數(shù)電課程設計——四人搶答器_第1頁
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文檔簡介

1、<p>  課 程 設 計 說 明 書</p><p>  課程名稱:數(shù)字電子技術、模擬電子技術</p><p>  設計題目: 四人搶答器 </p><p>  院 系: 電子信息與電氣工程學院 </p><p>  學生姓名: </p>

2、<p>  學 號: </p><p>  專業(yè)班級: 電子信息工程2010級1班 </p><p>  指導教師: </p><p>  2012年5月25日</p><p>  課 程 設 計 任 務 書</p><

3、p><b>  四人搶答器</b></p><p>  摘 要:設計了一個四人搶答器控制電路,該電路具有計時起點與搶答命令同步,計時終點是第一個搶答者的搶答信號到來,超時而無人搶答題目作廢;主持人發(fā)布搶答命令后,第一搶答者按下?lián)尨疰I后,電路應記下第一搶答者的組別,并封鎖其他各組的搶答信號;用揚聲器提示第一搶答者產(chǎn)生;用發(fā)光二極管指指示第一搶答者等特點(功能)。其中,搶答電路用4D觸發(fā)

4、器(74LS175),二輸入四與非門74LS00,四輸入雙與門(74LS21),555定時器實現(xiàn);報警電路用上拉電阻,發(fā)光二極管和蜂鳴器組合來實現(xiàn);顯示電路用七段共陽極數(shù)碼管和譯碼器(74LS47)來實現(xiàn);時鐘電路用555定時器和十進制加減計數(shù)器(74LS192)來實現(xiàn)。利用Multisim 10對設計的電路進行仿真,可以得到設計要求的結果。</p><p>  關鍵詞: 四人搶答器;搶答信號;聲光報警;定時電路

5、 </p><p><b>  目 錄</b></p><p>  1.設計背景 ……………………………………………………………………1</p><p>  1.1學習并進一步了解數(shù)字電路 ………………………………………………1</p><p>  1.2脈沖發(fā)生電路基本構成及作用…………………………………………

6、1</p><p>  2.設計方案……………………………………………………………………1</p><p>  2.1任務分析……………………………………………………………………1</p><p>  2.2方案論證……………………………………………………………………1</p><p>  3.方案實施 …………………………………………………

7、………………2</p><p>  3.1原理圖設計…………………………………………………………………2</p><p>  3.2電路仿真……………………………………………………………………5</p><p>  3.3 PCB制作 ……………………………………………………………………6</p><p>  3.4 安裝與調(diào)試 ………………

8、………………………………………………6</p><p>  4.結果與結論…………………………………………………………………7</p><p>  5.收獲與致謝…………………………………………………………………7</p><p>  6.參考文獻……………………………………………………………………8</p><p>  7.附件 ……………

9、……………………………………………………………9</p><p>  7.1電路原理圖…………………………………………………………………9</p><p>  7.2 PCB布線圖………………………………………………………………10</p><p>  7.3 元器件清單………………………………………………………………10</p><p>&

10、lt;b>  1. 設計背景</b></p><p>  1.1學習并進一步了解數(shù)字電路</p><p>  學習了數(shù)字電子技術基礎,了解數(shù)字電路中的門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時序邏輯電路和脈沖的產(chǎn)生與整形等知識。不僅明白它們功能而且知道它們內(nèi)部的工作原理,為靈活運用這些器件打下了堅實的基礎。也讓我們對數(shù)字電子技術有了整體的認識,它一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路

11、、時鐘電路和電源等。</p><p>  通過數(shù)電實驗的練習讓我們更深入了解各個器件的功能,把課本上的理論知識應用于實踐,更加清楚的明白了各個器件的功能和用法(包括接口技術),使我們具備了一定的數(shù)字電路設計的能力。也為各種器件的綜合運用打下了基礎。</p><p>  1.2脈沖發(fā)生電路基本構成及作用</p><p>  脈沖發(fā)生電路是數(shù)字電路系統(tǒng)中的核心,根據(jù)系統(tǒng)

12、的要求首先確定主時鐘的頻率,通過調(diào)節(jié)電路中電容電阻值,來調(diào)節(jié)出我們需要的時鐘脈沖。在時鐘脈沖及經(jīng)分頻后形成各種時鐘脈沖電路的作用下來控制整個系統(tǒng),是整個系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。本次課程設計中我們采用的是用555定時器構成的多諧振蕩器提供倒計時脈沖和掃描電路的脈沖。</p><p><b>  2. 設計方案</b></p><p><b>  2

13、.1任務分析</b></p><p>  任務是一個四人搶答器:它分為脈沖、報警、搶答、計時、顯示等幾部分組成。我們小組采用了先局部后整體的模塊化設計思想,根據(jù)本次課程設計所提供的器件來設計電路。首先我們要分析各個模塊要實現(xiàn)它的功能需要哪些器件,然后再思考怎樣連接這些器件。最后通過邏輯分析設計如何實現(xiàn)其整體功能。</p><p><b>  2.2方案論證</b

14、></p><p>  1、怎樣得到所需脈沖?我們采用了用555定時器構成的多諧振蕩器,通過調(diào)節(jié)與它相連的電容和電阻值來得到我們想要的頻率(采用555向?qū)ё龅模?、報警如何實現(xiàn)?由于要求是聲光報警,我們采用的是發(fā)光二極管和蜂鳴器并聯(lián)的形式,當有高電平時發(fā)光二極管和蜂鳴器同時工作,就實現(xiàn)了聲光報警。3 、如何顯示倒計時?我們采用七段共陽極的數(shù)碼管,用74LS47來驅(qū)動數(shù)碼管顯示數(shù)字。4 、計時部分如何實現(xiàn)?首

15、先要有一個脈沖信號(555定時器構成的多諧振蕩器)調(diào)節(jié)它的頻率為1HZ,來得到我們所要的時間信號,用此信號來驅(qū)動十進制加減計數(shù)器來記錄脈沖的個數(shù)(即時間),再將此時間用顯示電路顯示就實現(xiàn)了計時功能。5、搶答部分如何實現(xiàn)第一搶答者按下?lián)尨疰I后,電路應記下第一搶答者的組別,并封鎖其他各組的搶答信號?首先需要四個獨立的按鍵開關供四位搶答者用,其次要想鎖存信號就用4D觸發(fā)器來實現(xiàn),最后,要想達到第一搶答者按下?lián)尨疰I后,電路應記下第一搶答者的組別

16、,并封鎖其他各組的搶答信號,我們采用的是四輸入雙與門來判斷是否有人搶答,用一個555定時器構成的多諧振蕩器的脈沖與四輸入雙與門經(jīng)與門后連到4D觸發(fā)器的CLK(鎖存控制端),由</p><p><b>  3. 方案實施</b></p><p><b>  3.1原理圖設計</b></p><p>  選擇合適的數(shù)字器件,m

17、ultisim軟件繪制各單元的邏輯電路圖。</p><p><b>  1、顯示電路設計</b></p><p><b>  圖1 顯示電路</b></p><p>  顯示電路是提醒搶答者倒計時時間,并能記錄下?lián)尨鸬臅r刻,因此要將倒計時模塊連接到顯示電路。顯示電路是用七段譯碼器來驅(qū)動數(shù)碼管顯示倒計時時間。</p&

18、gt;<p>  2、多諧振蕩器電路設計 </p><p>  圖2 555定時器構成的多諧振蕩器電路</p><p>  表1 555定時器的功能表</p><p>  由555定時器組成的多諧振蕩器的原理是將它的THR端口和TRI端口短接構成施密特觸發(fā)器。將VOD與R2和C組成的積分電路接到施密特觸發(fā)器輸入端構成多諧振蕩器。由于電容C上的

19、電壓在VT+與VT-之間往復振動,知電容C的充放電時間T1和T2。T1=(R1+R2)*C*ln2,T2=R2*C*ln2,又因為T=T1+T2,振蕩頻率為f=1/T。輸出脈沖的占空比為q=T1/T。由于設計要求為f=1Hz,占空比為2/3,故R1=R2=48K。由于本次設計提供的是47K的電阻,故有偏差。</p><p><b>  3、報警電路設計</b></p><

20、p>  圖3 由LED和蜂鳴器構成的報警電路</p><p>  報警電路實際連接時0端沒有直接接地,而是由4D觸發(fā)器的四個~Q端口進行與運算后的端口,當有搶答者搶答時,此端口變成低電平,出現(xiàn)聲光報警。</p><p><b>  4、時鐘電路設計</b></p><p><b>  圖4 時鐘電路</b><

21、;/p><p>  時鐘電路由555定時器組成的多諧振蕩器發(fā)出1Hz的時鐘脈沖接至預置數(shù)為9的計數(shù)器74LS192的倒計數(shù)脈沖輸入端。當?shù)褂嫊r為0時借位信號輸出,將借位端接至雙D觸發(fā)器的CLK端,從74LS74的~Q的端口輸出低電平。將此低電平信號與1Hz的時鐘脈沖經(jīng)過與非門連接到倒計時脈沖輸入端,從而封鎖了倒計時模塊。整個過程恰好實現(xiàn)了10秒倒計時,實現(xiàn)了時鐘設計。</p><p><

22、b>  5、搶答電路設計</b></p><p><b>  圖5 搶答電路</b></p><p>  搶答電路的四個搶答開關接至4D觸發(fā)器的四個輸入端,由555定時器構成的多諧振蕩器發(fā)出高頻脈沖信號接觸發(fā)器的脈沖輸入端。當有搶答開關閉合時,觸發(fā)器將其信號鎖存,相應的Q端變成高電平,與其相連的LED發(fā)光。同時~Q端口輸出低電平和高頻脈沖信號經(jīng)過兩

23、個與非門后接至4D觸發(fā)器的CLK脈沖輸入端,使得CLK端一直為低電平,從而封鎖了搶答電路,實現(xiàn)了只有第一個搶答信號有效。</p><p><b>  3.2 電路仿真</b></p><p>  在各單元電路設計的基礎上,用Multisim軟件把各單元電路連接起來,畫出符合軟件要求的系統(tǒng)整體邏輯電路圖。系統(tǒng)整體電路設計完成后,對系統(tǒng)整體進行仿真,驗證設計的正確性。驗證

24、結果表明完全符合電路的設計要求。即主持人開關閉合時,開始進行倒計時,當有人搶答時,對應的LED發(fā)光二極管亮,并出現(xiàn)相應的報警。完成總體設計的要求。</p><p><b>  圖6 電路仿真圖</b></p><p><b>  3.3 PCB制作</b></p><p>  1、單位采用公制單位(mm)。</p&

25、gt;<p>  2、電源線和地線采用0.6mm,如果從兩個焊盤中間穿過時用0.4mm。.</p><p>  3、信號線采用0.5mm。如果從兩個焊盤中間穿過時用0.4mm。</p><p>  4、 焊盤的內(nèi)徑用0.9mm。外徑根據(jù)需要進行修改,一般為X方向1.6 mm,Y方向2.0mm, 或是X方向2.0 mm,Y方向1.6mm。</p><p&

26、gt;  5、過孔的大小和焊盤的設置一樣。</p><p>  6、數(shù)碼管的封裝采用上下的封裝形式。</p><p>  7、PCB板制作的大小緊湊、美觀。</p><p>  PCB大小選用10*15(單位CM)(實際布線范圍應比所選規(guī)格要?。?。</p><p><b>  3.4 安裝與調(diào)試</b></p>

27、;<p>  安裝元件時極性不要接反例如發(fā)光二極管,極性電容,蜂鳴器等。還有集成器件也應注意,不要插反。電路焊制過程中不要和銅融合以防止短路,另外本次試驗中時鐘脈沖開關采用六角封裝,信信號脈沖開關采用四角封裝,因此在安裝過程中一定要與PCB板上的電路接法相吻合。電路完成安裝后,進行第一次調(diào)試,發(fā)現(xiàn)電路工作不穩(wěn)定,仔細檢查后發(fā)現(xiàn)電路中存在短路。認為是銅和焊錫少量接觸,于是吸錫后重新焊接,進行調(diào)試后成功。進行調(diào)試發(fā)現(xiàn)電路工作狀

28、態(tài)不穩(wěn)定,有些功能時好時壞 ,又經(jīng)反復調(diào)試后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是2D觸發(fā)器的問題,它影響倒計時,使得倒計時變快,并且使得搶答失去鎖存功能。將2D觸發(fā)器去掉后倒計時恢復正常,搶答功能也恢復正常。又反復檢查電路無誤后,經(jīng)分析我們認為是2D觸發(fā)器的CLR清零端沒有起到清零作用,剛上電Q端就是高電平,就出現(xiàn)聲光報警 。經(jīng)多次調(diào)試后發(fā)現(xiàn)是接觸不良造成的,只有多次調(diào)節(jié)主持人開關才能使電路正常工作。 </p><p><b>

29、;  4. 結果與結論</b></p><p>  在電路設計的過程中,用Multisim仿真各個模塊的功能都正常,整體電路的的仿真也能實現(xiàn),按照仿真電路畫DXP的原理圖,并且仿真成功。然后成功導入PCB,并正確進行布線,成功制成電路板。正確安裝上元器件后進行電路調(diào)試電路出現(xiàn)不正常狀態(tài),經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)板子上有一處短線。故障排除后電路正常工作了一次然后又不正常了。然后又進行調(diào)試發(fā)現(xiàn)電路工作狀態(tài)不穩(wěn)定,有些

30、功能時好時壞 ,又經(jīng)反復調(diào)試后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是2D觸發(fā)器的問題,它影響倒計時,使得倒計時變快,并且使得搶答失去鎖存功能。將2D觸發(fā)器去掉后倒計時恢復正常,搶答功能也恢復正常。又反復檢查電路無誤后,經(jīng)分析我們認為是2D觸發(fā)器的CLR清零端沒有起到清零作用,剛上電Q端就是高電平,就出現(xiàn)聲光報警 。 經(jīng)多次調(diào)試后發(fā)現(xiàn)是接觸不良造成的,只有多次調(diào)節(jié)主持人開關才能使電路正常工作。 最終沒能夠穩(wěn)定的達到設計的要求的效果。</p><

31、p><b>  5. 收獲與致謝</b></p><p>  經(jīng)過兩個星期的電子技術課程設計,雖然短暫但是讓我得到多方面的提高:1、這次課程設計我們采用三人一組,讓我們學會了團結一致,在交流中取得進步,從問題中提高自己。2、讓我學會了multisim和DXP的運用為以后的學習打下了基礎。3、讓我學會了科學地分析實際問題,在與小組成員成員和小組之間交流的過程中,打破了我的思維局限,開拓了

32、視野。4、在設計和制作的過程中也培養(yǎng)了我認真嚴謹?shù)膽B(tài)度,因為任何一個環(huán)節(jié)出錯都有可能導致失敗。5、通過數(shù)電課程設計讓我對數(shù)電有了更深的認識,提高了我們的邏輯思維能力,使我們在邏輯電路的分析與設計上有了很大的進步。加深了我們對組合邏輯電路與時序邏輯電路的認識,進一步增進了對一些常見邏輯器件的了解。6、我們在設計電路時,遇到很多不理解的東西,有的我們通過查閱參考書弄明白,有的通過網(wǎng)絡查到,在實踐中學習,讓我對所學的知識有了更深刻的理解。7、

33、讓我認識到了數(shù)電的學習不是紙上談兵,應該在實踐中學習,在學習中聯(lián)系實際增強自己的動手能力。</p><p>  感謝老師在課程設計中給我們的指導,感謝學校為我們提供實踐的機會和條件,讓我明白了學習的方法和方向即理論聯(lián)系實際,也讓我清楚地認識到了自己的不足。</p><p><b>  6. 參考文獻</b></p><p>  [1]童詩白.模

34、擬電子技術基礎[M].北京:高等教育出版社,2005. </p><p>  [2]臧春華.電子線路設計與應用[M].北京:高等教育出版社,2005.</p><p>  [3]邱關源,羅先覺.電路(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2006.</p><p>  [4]閻 石.數(shù)字電子技術(第五版)[M].北京:高等教育出版社,2005.</p>

35、<p>  [5]張陽天,韓異凡. Protel DXP電路設計[M].北京:高等教育出版社,2005.</p><p>  7. 附件 </p><p><b>  7.1電路原理圖</b></p><p>  電路原理圖如圖7所示。</p><p><b> 

36、 圖7 電路原理圖</b></p><p>  7.2 PCB布線圖</p><p>  PCB布線圖如圖8所示。</p><p>  圖8 PCB布線圖</p><p><b>  7.3 元器件清單</b></p><p>  元器件清單如表2所示。</p><

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