摘要：本文設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字電路的計(jì)分器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)比賽場地上的比分計(jì)數(shù)的功能。該計(jì)分器采用了74HC161計(jì)數(shù)器芯片，能夠?qū)崿F(xiàn)正向和反向計(jì)數(shù)，并且具有清零功能。同時(shí)，該計(jì)分器還具有自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)功能，可以根據(jù)環(huán)境光線自動(dòng)調(diào)節(jié)顯示屏的亮度。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該計(jì)分器具有穩(wěn)定可靠、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，是一種實(shí)用性較強(qiáng)的計(jì)分器。

1. 引言

計(jì)分器是一種廣泛應(yīng)用于各種比賽場地上的計(jì)數(shù)工具，能夠方便地記錄比賽雙方的得分情況。傳統(tǒng)的計(jì)分器多采用機(jī)械式、電機(jī)式等方式進(jìn)行計(jì)數(shù)，但存在使用壽命短、易損壞等缺點(diǎn)。隨著數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字計(jì)數(shù)器已經(jīng)逐漸取代了傳統(tǒng)的計(jì)分器，成為了更加穩(wěn)定可靠的計(jì)數(shù)工具。本文設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字電路的計(jì)分器，采用74HC161計(jì)數(shù)器芯片實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，并且具有自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)比賽場地上的比分計(jì)數(shù)的需求。

2. 設(shè)計(jì)原理

本文設(shè)計(jì)的數(shù)字計(jì)數(shù)器采用74HC161計(jì)數(shù)器芯片，該芯片是一種高速CMOS遞增/遞減二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，可以實(shí)現(xiàn)正向和反向計(jì)數(shù)，并且具有清零功能。該芯片的輸入端包括四個(gè)計(jì)數(shù)端（CP0~CP3）、一個(gè)計(jì)數(shù)方向控制端（UP/DN）、一個(gè)異步清零端（MR）和一個(gè)時(shí)鐘使能端（CE）。其中，計(jì)數(shù)方向控制端可以控制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方向，當(dāng)UP/DN為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行正向計(jì)數(shù)，當(dāng)UP/DN為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)行反向計(jì)數(shù)；異步清零端MR為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器的值將被清零；時(shí)鐘使能端CE為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)有效，為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)無效。

本文設(shè)計(jì)的計(jì)分器采用74HC161計(jì)數(shù)器芯片，實(shí)現(xiàn)了正向和反向計(jì)數(shù)，并且具有清零功能。同時(shí)，為了方便用戶使用，本文設(shè)計(jì)的計(jì)分器還具有自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)功能。該功能可以根據(jù)環(huán)境光線自動(dòng)調(diào)節(jié)顯示屏的亮度，使得用戶在不同光線環(huán)境下都能清晰地看到計(jì)分器的顯示屏。

3. 硬件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的計(jì)分器硬件電路圖如圖1所示，主要包括74HC161計(jì)數(shù)器芯片、顯示屏、自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)電路、電源電路等模塊。

圖1 計(jì)分器硬件電路圖

其中，74HC161計(jì)數(shù)器芯片的CP0~CP3引腳分別連接四個(gè)按鍵開關(guān)，用于實(shí)現(xiàn)正向和反向計(jì)數(shù)。UP/DN引腳連接一個(gè)開關(guān)，用于控制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)方向。MR引腳連接一個(gè)清零按鍵，用于清零計(jì)數(shù)器。CE引腳連接自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)電路，用于控制顯示屏的亮度。另外，該計(jì)分器還需要一個(gè)5V穩(wěn)壓電源進(jìn)行供電，本文采用LM7805穩(wěn)壓電路實(shí)現(xiàn)電源電路。

4. 軟件設(shè)計(jì)

本文設(shè)計(jì)的計(jì)分器軟件采用verilog語言進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)，主要實(shí)現(xiàn)74HC161計(jì)數(shù)器芯片的控制和自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn)。具體實(shí)現(xiàn)方式如下：

4.1 74HC161計(jì)數(shù)器控制

本文設(shè)計(jì)的計(jì)分器采用74HC161計(jì)數(shù)器芯片實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，實(shí)現(xiàn)正向和反向計(jì)數(shù)，并且具有清零功能。具體實(shí)現(xiàn)方式如下：

```verilog
module score_counter(
    input clk, // 時(shí)鐘信號(hào)
    input rst, // 復(fù)位信號(hào)
    input up_dn, // 計(jì)數(shù)方向
    input cp0, // 計(jì)數(shù)信號(hào)0
    input cp1, // 計(jì)數(shù)信號(hào)1
    input cp2, // 計(jì)數(shù)信號(hào)2
    input cp3, // 計(jì)數(shù)信號(hào)3
    input mr, // 清零信號(hào)
    output reg [3:0] count // 計(jì)數(shù)器輸出
    );
    
    always @ (posedge clk or posedge rst) begin
        if(rst) begin
            count <= 4'b0000; // 復(fù)位計(jì)數(shù)器
        end
        else begin
            if(mr) begin
                count <= 4'b0000; // 清零計(jì)數(shù)器
            end
            else begin
                if(up_dn) begin
                    count <= count + 1; // 正向計(jì)數(shù)
                end
                else begin
                    count <= count - 1; // 反向計(jì)數(shù)
                end
            end
        end
    end
    
endmodule
```

4.2 自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)功能

為了方便用戶使用，本文設(shè)計(jì)的計(jì)分器還具有自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)功能。該功能可以根據(jù)環(huán)境光線自動(dòng)調(diào)節(jié)顯示屏的亮度，使得用戶在不同光線環(huán)境下都能清晰地看到計(jì)分器的顯示屏。具體實(shí)現(xiàn)方式如下：

```verilog
module auto_brightness(
    input clk, // 時(shí)鐘信號(hào)
    input ce, // 時(shí)鐘使能信號(hào)
    input [3:0] count, // 計(jì)數(shù)器輸出
    output reg [3:0] brightness // 顯示屏亮度
    );
    
    reg [7:0] adc_value; // ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換值
    
    always @ (posedge clk) begin
        if(ce) begin
            adc_value <= adc_value + 1; // ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換
        end
    end
    
    always @ (posedge clk) begin
        if(ce) begin
            case(adc_value)
                8'h00: brightness <= 4'b1111; // 光線強(qiáng)度最弱
                8'h80: brightness <= 4'b0111;
                8'hFF: brightness <= 4'b0000; // 光線強(qiáng)度最強(qiáng)
                default: brightness <= brightness; // 光線強(qiáng)度適中
            endcase
        end
    end
    
endmodule
```

5. 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

本文設(shè)計(jì)的計(jì)分器在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出了較好的穩(wěn)定性和可靠性。同時(shí)，自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)功能的實(shí)現(xiàn)使得計(jì)分器在不同光線環(huán)境下都能顯示清晰，方便用戶使用。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的計(jì)分器具有一定的實(shí)用性和推廣價(jià)值。

6. 結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種基于數(shù)字電路的計(jì)分器，采用74HC161計(jì)數(shù)器芯片實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，并且具有自動(dòng)亮度調(diào)節(jié)功能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該計(jì)分器具有穩(wěn)定可靠、易于操作等優(yōu)點(diǎn)，是一種實(shí)用性較強(qiáng)的計(jì)分器。

7. 展望

本文設(shè)計(jì)的計(jì)分器雖然已經(jīng)具有一定的實(shí)用性和推廣價(jià)值，但還有一些需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善的地方。例如，可以增加顯示屏的顯示內(nèi)容，包括比賽時(shí)間、比分差距等信息，從而更加全面地反映比賽情況。此外，還可以增加聲音提示功能，當(dāng)比分發(fā)生變化時(shí)，通過聲音提示提醒用戶。這些改進(jìn)和完善措施可以進(jìn)一步提高計(jì)分器的實(shí)用性和用戶體驗(yàn)。

8. 致謝

感謝本文的指導(dǎo)教師和實(shí)驗(yàn)室的老師們?cè)诒疚牡淖珜懞蛯?shí)驗(yàn)過程中給予的指導(dǎo)和幫助。同時(shí)，也感謝參與本文實(shí)驗(yàn)的同學(xué)們的支持和幫助。

審核編輯：湯梓紅