按键状态扫描显示电路的设计与制作

武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书

摘要

本文对按键状态扫描显示电路的原理与设计方案作了详细的说明与分析，主要通过各芯片与门电路的结合，通过合理的设计、布局，对由开关电路输入的信号进行编码、触发、保持、译码、显示等操作，实现按键状态扫描显示电路的功能。电路的设计方案通过比较和优化，比较简单，电路的设计用到了TTL系列芯片，外加一些基本的电阻、导线、开关、电源。电路设计方案完成后，在Multisim软件中进行了仿真,最后做出了实物，进行了调试与分析。本电路的设计将所学的数字电路基础和电路的相关知识，运用于实践，最后本文对该电路设计做了整体评价，并作出总结。

关键词：按键 编码 触发 保持 译码 显示

1

武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书

按键状态扫描显示电路的设计与制作

1 设计内容与方案选择

1.1 设计的内容与要求

初始条件：

(1)以0～9十个数符标识十个按键；

(2)当有键按下时，显示其标识符，并保持显示符直到新的按键作用； (3)如果多个按键同时作用，只响应最先作用的按键。

1.2方案选择

1.2.1按键的标识及其对应的标识符显示的选择

该电路用无锁的按键开关代替按键，用开关的通断控制信号的输入，开关按下时接通，输入1，开关断开输入0，编码电路可以采用优先编码器74LS148芯片，10输入可以用两片74LS148级联实现，输入低有效，因此开关断开时表示输入信号。

1.2.2按键优先方案的选择

该电路设计的难点在于如何实现当多个按键同时作用，只响应最先作用的按键。我想到可以用触发器来实现，使当多个按键同时作用，仅第一个按键按下时触发器工作，其余按键按下时触发器输出不变。触发器的输出端连接译码显示电路。实现对触发器的控制有两种方案：

方案一：通过输入信号控制触发器的触发信号

触发器采用74LS175,低电平触发，输入信号经过与非门连接至74LS175的CP输入端，当输入信号全为1时，与非门输出0，CP输入端为0；当有一个开关断开，输入为0时，与非门输出0→1，CP输入端为0→1，触发器工作。如果再断开多个开关，与非门输出仍为1，CP输入也不变，触发器输出不变，后面连接的译码显示输出也不变，因此满足该电路的设计要求。

方案二：通过74LS148的标志位输出端的输出控制触发器的触发信号 触发器同样采用74LS175，由74LS148的功能表可知，它有标志位输出端GS，当74LS148无输入时GS 输出1，有输入时输出0。将两片74LS148的GS端通过

2

武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书

二输入与非门接到74LS175的CP输入端，当74LS148无输入时，GS 输出1，与非门输出输出端为0，CP输入端为0，触发器不工作；当有输入时，有输入的芯片GS 端输出1→0，与非门输出0→1，CP输入端0→1，触发器工作，如果有多个输入，不影响GS 端的输出，即CP输入端不变，译码显示不变，从而实现了多个按键同时作用，只响应最先作用的按键的功能。

比较两个方案，方案二的实现更简单，只需将将两片74LS148的GS端通过二输入与非门接到74LS175的CP输入端即可，用到的芯片更少，电路更简单。

2电路的设计及器件的选择

2.1电路原理

2.1.1电路的原理框图及其说明

方案一：

开关电路 编码电路 触发电路 译码显示电路

组合门电路

图1 按键状态扫描显示电路原理框图（方案一）

方案二：

开关电路 编码电路 触发电路 译码显示电路

组合门电路

图1 按键状态扫描显示电路原理框图（方案一）

原理框图说明：两方案的原理框图均由开关电路、编码电路、触发电路、组合门电路、译码显示电路五部分组成，信号从开关电路输入，经编码、触发电路

3

武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书

在译码显示电路输出按键信号。方案一通过输入信号经组合门电路控制触发电路，而方案二通过编码电路的输出控制触发电路，实现按键优先作用。

2.1.2单元电路的说明

开关电路：

由+5V 电源、十个 1kΩ 电阻、十个无锁的按键开关构成，作用： 提供输入信号，每个开关相互独立，电路中开关闭合输入 0（高电平） ，断开则 输入 1（低电平） 。这十个开关分别对应 0～9 这十个模拟的按键。以此开关电路为编码电路提供低有效的输入信号，开关电路与组合门电路相连则是为触发电路提供触发信号。

编码电路：

由74LS148 芯片构成，作用：接受输入信号，编码为四位二进制数。 触发电路：

由 74LS175 芯片构成，作用：对编码后的信号进行锁存，并接受触发信号，实现优先按键的功能，将处理后的输出信号送入译码显示电路。

组合门电路：

方案一由 74LS37、 74LS15、 74LS08构成，用到了74LS08芯片中的三个二输入与门和 74LS37芯片中的一个二输入与非门实现两片74LS148的级联， 实现0-9十信号的输入、输出，用74LS15 芯片中的两个三输入与门、和74LS37芯片中的两个二输入与非门构成十输入与非门， 与开关电路相连为触发电路提供触发信号。方案二由74LS37、74LS08构成，用到了74LS08芯片中的三个二输入与门和 74LS37芯片中的一个二输入与非门实现两片74LS148的级联， 实现0-9十信号的输入、输出，用到了74LS37芯片中的一个二输入与非门接GS标志位输出端为触发电路提供触发信号。

译码显示电路：

由74LS478芯片和共阳极的七段显示管构成，作用：将输出信号译码显示为0 到9 的十进制的数字信号。

2.1.3完整电路图

方案一：

4

武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书

图3 完整电路图（方案一）

方案二：

图4 完整电路图（方案二）

译码显示部分由74LS48和共阴极七段数码管构成，图中合二为一。

5

武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书

结束语

本次课程设计既是对我们所学数字电子技术、电路基础知识的考察，也是对我们创新能力、实践能力、动手能力、学习能力的培养，从电路图的设计、方案的选择、可行性分析、元器件的选择和购买、电路的连接与制作、调试与结果分析，每一个环节都至关重要，也要求我们不仅要充分运用所学知识，更要通过从图书馆、网上查阅资料、与老师、同学交流等方法学习新的知识。课程设计能让我们学到很多课堂之外的知识，也激起了我们学习的兴趣。另外制作实物的过程让我们认识到连接电路图时一定要细致，当测试结果没达到理想的情况时，要冷静地考虑可能发生故障的原因，用万用表、发光二极管、示波器等工具逐一测试各单元电路的工作情况，根据测试情况，确定故障原因，排除故障。

11

武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书

参考文献

[1]吴友宇.《数字电子技术基础》.清华大学出版社.2009 [2]周新明.《工程实践与训练部分》.武汉理工大学出版社.2009 [3]李建清.《从零开始学数字电子技术》.国防工业出版社.2006

[4]Charles K.Alexander and Matthew N.Sadiku.《Fundamentals of Elactric Circuits》.北京：清华大学出版社.2000

[5]康华光.《电子技术数电基础实验》.华中科技大学出版社.2006 [6]邱关源.《电路》.北京高等教育出版社.2006

[7]李建清.《从零开始学电路仿真Mlitisim与电路设计Protel技术》.国防工业出版社.2006

[8]蒋黎红.《模电数电基础实验》.浙江大学出版社.2007

12

武汉理工大学《电工电子技术》课程设计说明书

附录：按键状态扫描显示电路所用元件

名称 电源 开关 电阻 编码器 D触发器 规格型号 5V直流电源 无锁式按键开关 180Ω 74LS148 74LS175 位号 VCC J1 R1 U1、U2 U3 U9 U9 U5、U7、U8 U6、U11 数量 1个 10个 10个 2个 1个 1个 1个 1个 1个 七段数码管译码器 74LS48 共阴极七段数码管 GH5011 二输入与门 二输入与非门

74LS08 74LS37 13

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/viy2.html