李萌 實(shí)踐baogao

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書 題 目： 四路搶答器的設(shè)計(jì) 系 部： 專 業(yè)： 班 級： 學(xué)生姓名: 學(xué) 號: 指導(dǎo)教師: 2013年 6月 25 日目 錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求.12 設(shè)計(jì)方案.13 硬件電路設(shè)計(jì).2 3.1 總體電路設(shè)計(jì).2 3.2 74LS148優(yōu)先編碼器.3 3.3 74LS48譯碼器.6 3.4 74LS279鎖存器.9 3.5 LED數(shù)碼管.114 軟件系統(tǒng).135 系統(tǒng)軟件調(diào)試.156 總結(jié).197 參考文獻(xiàn).201 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 本次課程設(shè)計(jì)，主要掌握譯碼器、編碼器、鎖存器的功能與作用；分析與設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路。畫出四路搶答器的整機(jī)邏輯電路圖，掌握搶答

2、器的工作原理及其設(shè)計(jì)方法，并對各種元器件的功能和應(yīng)用有所了解。并能對其在電路中的作用進(jìn)行分析。另外還要掌握電路原理和分析電路設(shè)計(jì)流程，每個(gè)電路的設(shè)計(jì)都要有完整的設(shè)計(jì)流程。 這樣才能在分析電路是有良好的思路，便于查找出錯(cuò)的原因。 以下是本次設(shè)計(jì)的目的： 搶答器同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用4個(gè)按鈕A、B、C、D表示。 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。 搶答器具有鎖存與顯示功能。即當(dāng)選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED 數(shù)碼管上顯示，選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。2 設(shè)計(jì)方案 當(dāng)主持人控制開關(guān)S置清零端時(shí)，RS觸發(fā)器的R端

3、均為“0”，4個(gè)觸發(fā)器輸出1Q-4Q全部為零，使74LS48的BI=0，數(shù)碼管顯示器滅；同時(shí)74LS148的選通輸入端ST=0，使之處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人將開關(guān)“S”置于“開始”端時(shí)，優(yōu)先編碼器和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待信號輸入端信號輸入，當(dāng)有選手按下時(shí)，比如“S0”按下時(shí)，74LS148的輸出Y2Y1Y0=000,經(jīng)RS鎖存后，BI=1,74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=A2A1A0=000,經(jīng)74LS148譯碼后，顯示器顯示“0” 。接通電源后，主持人將開關(guān)撥到清除狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持

4、人將開關(guān)置“開始狀態(tài)，宣布開始搶答器工作。選手在搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、亮燈提示。如果再次搶答必須由主持人再次操作清除和開始狀態(tài)開關(guān)。當(dāng)主持人控制開關(guān)S置清零端時(shí)，RS觸發(fā)器的R端均為“0”，4個(gè)觸發(fā)器輸出1Q-4Q全部為零，使74LS48的BI=0，數(shù)碼管顯示器滅；同時(shí)74LS148的選通輸入端ST=0，使之處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人將開關(guān)“S”置于“開始”端時(shí)，優(yōu)先編碼器和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待信號輸入端信號輸入，當(dāng)有選手按下時(shí)，比如“S0”按下時(shí)，74LS148的輸出Y2Y1Y0=000,經(jīng)RS鎖存后，BI=1,

5、74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=A2A1A0=000,經(jīng)74LS148譯碼后，顯示器顯示“0”設(shè)計(jì)電路原理圖為圖1： 圖1 電路原理圖3 硬件電路設(shè)計(jì)3.1 總體電路設(shè)計(jì) 四路搶答器設(shè)計(jì)用到了74LS148 優(yōu)先編碼器，7段顯示譯碼器74LS48，74LS279 鎖存器，LED數(shù)碼管?？傠娐吩韴D如圖2。圖2 總電路原理圖 3.2 74LS148優(yōu)先編碼器 在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上編碼信號。不過在設(shè)計(jì)優(yōu)先編碼器時(shí)，已經(jīng)將所有的輸入信號按優(yōu)先順序排了隊(duì)。在同時(shí)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上輸入信號時(shí)，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級高的輸入信號編碼，優(yōu)先級低的信號則不起作用。74148是一個(gè)八

6、線-三線優(yōu)先級編碼器，共有 54/74148 和 54/74LS148 兩種線路結(jié)構(gòu)型式， 將 8 條數(shù)據(jù)線（07）進(jìn)行 3 線(4-2-1)二進(jìn)制（八進(jìn)制）優(yōu)先編碼，即對最高位數(shù)據(jù)線進(jìn)行譯碼。 利用選通端（EI）和輸出選通端（EO）可進(jìn)行八進(jìn)制擴(kuò)展。如圖3和圖4所示的是八線-三線編碼器74148的管腳圖引腳圖。 圖3 優(yōu)先編碼器74LS148引腳圖 圖4 優(yōu)先編碼器74LS148引腳 74LS148的工作原理： 該編碼器有8個(gè)信號輸入端，3個(gè)二進(jìn)制碼輸出端。電路設(shè)置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS。當(dāng)EI=0時(shí)，編碼器工作；而當(dāng)EI=1時(shí)，則不論8個(gè)輸入端為何種狀態(tài)

7、，3個(gè)輸出端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態(tài)這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出也為低電來有效的情況。當(dāng)EI為0，且至少有一個(gè)輸入端有編碼請求信號（邏輯0）時(shí)，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS為0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為1。圖5為74LS148的功能表. 圖5 74LS148功能表 由功能表可知，在8個(gè)輸入端均無低電平輸入信號和只有輸入0端（優(yōu)先級別最低位）有低電平輸入時(shí)，A2A1A0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由GS的狀態(tài)加以區(qū)別，當(dāng)GS1時(shí)，表示8個(gè)輸入端均無低電平輸,入，此時(shí)A2A1A0=111為非編碼輸出；GS0時(shí)，A2A1

8、A0=111表示響應(yīng)輸入0端為低電平時(shí)的輸出代碼（編碼輸出）。EO只有在EI為0，且所有輸入端都為1時(shí)，輸出為0，它可與另一片同樣器件的EI連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編碼器。 從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級別的次為7，6，0。輸入有效信號為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端無低電平輸入時(shí)，輸出端才輸出相對應(yīng)的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級別比它高的輸入6和輸入7均為1時(shí)，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理。其中74LS148的邏輯圖為圖6.4 圖6 74LS148的邏輯圖 3.3 74LS48譯碼器 下圖6為74LS48芯片的實(shí)物圖 0 74LS48芯片

9、是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中，下面我就給大家介紹一下這個(gè)元件的一些參數(shù)與應(yīng)用技術(shù)等資料。其中74LS48的引腳圖為圖7 圖7 74LS48的引腳圖 74LS48的特點(diǎn)有內(nèi)部上拉電阻，故不需外接電阻，有試燈輸入，有調(diào)制燈亮度的能力，有前、后沿的滅零控制，典型參數(shù):tpd=100ns Pd=125mW。7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無效電平時(shí)，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號，顯示相應(yīng)字符。除DCBA=0000外，RBI也可以接低電平，見表1中116行。2

10、）消隱功能（BI=0）此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號時(shí)，表1倒數(shù)第3行，無論LT和RBI輸入什么電平信號，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。3）燈測試功能（LT=0）此時(shí)BI/RBO端作為輸出端，端輸入低電平信號時(shí)，表1最后一行，與及DCBA輸入無關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測試，判別是否有損壞的字段。（4）動(dòng)態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端，LT端輸入高電平信號，RBI端輸入低電平信號，若此時(shí)DCBA=0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器

11、熄滅，不顯示這個(gè)零。DCBA0，則對顯示無影響。該功能主要用于多個(gè)7段顯示器同時(shí)顯示時(shí)熄滅高位的零。下圖表8為74LS48的功能表。0 表8 74LS48 功能表 7段顯示譯碼器74LS48是輸出高電平有效的譯碼器，工作電壓:5V 。74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。74ls48的真值表如圖9： 圖9 74ls48的真值表 74LS48芯片的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖見下圖10： 0 圖10 74LS48內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)圖

12、3.4 74 LS279鎖存器 74LS279四/R-/S 鎖存器簡要說明:74LS279 為四個(gè)/R-/S 鎖存器，74LS279 線路結(jié)構(gòu)型式其主要電器特性的典型值如下不同廠家具體值有差別:型號 tPD PD54279/74279 12ns 90mW54LS279/74LS27912ns 19mW四個(gè)鎖存器中有 2 個(gè)具有 2 個(gè)置位端（/SA/SB）當(dāng)/S 為低電平，/R 為高電平時(shí)，輸出端 Q 為高電平。當(dāng)/S 為高電平，/R為低電平時(shí)，Q 為低電平。當(dāng)/S 和/R 均為高電平時(shí)，Q被鎖存在已建立的電平。當(dāng)/S 和/R 均為低電平時(shí)，Q 為不穩(wěn)定的高電平狀態(tài)。對/SA 和/SB，/S

13、的低電平表示/SA 和/SB 只要有一個(gè)為低電平，/S 的高電平表示/SA 和/SB 均為高電平。引出端符號：1Q4Q 輸出端/1S/4S 置位端（低電平有效）/1R/4R 復(fù)位端（低電平有效） 74LS279就是4R-S觸發(fā)器，每片上有四路R-S觸發(fā)器。每路R-S觸發(fā)器有R和S兩個(gè)輸入和一個(gè)輸出端Q。當(dāng)S輸入低電平（0）時(shí)，輸出Q為低電平（0）；當(dāng)S輸入高電平（1）0時(shí)，如果R輸入低電平（0），則Q為高電平（1）；當(dāng)S輸入高電平（1）時(shí)，如果R輸入低電平（1），則Q保持不變。如下圖11為74LS279的特性的介紹： 圖11 74LS279 管腳引線圖 原理：在74ls279中，由于4回路中2

14、回路置位端子為兩個(gè)，所以使用其一時(shí)，整理兩個(gè)置位輸入作為1個(gè)使用，或?qū)⒘硪粋€(gè)輸入固定為“H”使用。另外，作為稍微變化74LS279 的使用方法，也可將3組作為RS鎖存器使用，剩余的RS鎖存器作為2輸入NAND門電路使用，復(fù)位輸入例如管腳固定為”L”時(shí)其輸入為”H”，所以可構(gòu)成將和作為輸入，輸出為的2輸入NAND，此變換如圖12: 圖12 原理變換圖3.5 LED數(shù)碼管數(shù)碼管圖像如下圖13： 圖13 數(shù)碼管圖像 LED數(shù)碼管有一般亮和超亮等不同之分，也有0.5寸、1寸等不同的尺寸。小尺寸數(shù)碼管的顯示筆畫常用一個(gè)發(fā)光二極管組成，而大尺寸的數(shù)碼管由二個(gè)或多個(gè)發(fā)光二極管組成，一般情況下，單個(gè)發(fā)光二極管

15、的管壓降為1.8V左右，電流不超過30mA。發(fā)光二極管的陽極連接到一起連接到電源正極的稱為共陽數(shù)碼管，發(fā)光二極管的陰極連接到一起連接到電源負(fù)極的稱為共陰數(shù)碼管。常用LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字和字符是0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、A、B、C、D、E、F。LED數(shù)碼管的工作電流為310mA，當(dāng)超過30mA時(shí)會(huì)將數(shù)碼管燒毀。因此需要在數(shù)碼管的每一段串入一個(gè)電阻進(jìn)行限流。電阻的選擇范圍為470歐到1K。如電源電壓5V，1k限流電阻，一個(gè)二極管的結(jié)壓降為1.8v，電流為5v-1.8v/1k=3.2mA。采用1K限流電阻時(shí)流過數(shù)碼管每段的電流為3.2mA。 七段數(shù)碼管是數(shù)碼管的一種是半導(dǎo)體發(fā)光器件，

16、數(shù)碼管可分為七段數(shù)碼管和八段數(shù)碼管,區(qū)別在于八段數(shù)碼管比七段數(shù)碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元，其基本單元是發(fā)光二極管。 直流驅(qū)動(dòng)：是指每個(gè)數(shù)碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機(jī)的I/O端口進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅(qū)動(dòng)。優(yōu)點(diǎn)是編程簡單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多。動(dòng)態(tài)顯示驅(qū)動(dòng)：是將所有數(shù)碼管通過分時(shí)輪流控制各個(gè)數(shù)碼管的的COM端就使各個(gè)數(shù)碼管輪流受控顯示。將所有數(shù)碼管的8個(gè)顯示筆a,b,c,d,e,f,g,dp的同名端連在一起，另外為每個(gè)數(shù)碼管的公共極COM增加位選通控制電路，位選通由各自獨(dú)立的I/O線控制，當(dāng)單片機(jī)輸出字形碼時(shí)，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那

17、個(gè)數(shù)碼管會(huì)顯示出字形，取決于單片機(jī)對位選通COM端電路的控制，所以我們只要將需要顯示的數(shù)碼管通控制打開，該位就顯示出字形，沒有選通的數(shù)碼管就不會(huì)亮。共陰極數(shù)碼管引腳圖14。 圖14 LED數(shù)碼管外形及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)4 軟件系統(tǒng) 以下是四路搶答器系統(tǒng)的流程圖15：主程序開始否 按鍵處理 有按鍵下？開始搶答？ 否 有按鍵下？ 是 犯規(guī)處理 結(jié)束搶答是 圖15 四路搶答器的流程圖 圖16 Multisim Multisim 組成（如圖16）構(gòu)建仿真電路仿真電路環(huán)境multi mcu -單片機(jī)仿真FPGA、PLD，CPLD等仿真FPGA、PLD，CPLD等仿真 通信系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)的模塊 PCB設(shè)計(jì)模塊：直

18、觀、層板32層、快速自動(dòng)布線、強(qiáng)制向量和密度直方圖（自動(dòng)布線模塊） 仿真的內(nèi)容器件建模及仿真；電路的構(gòu)建及仿真；系統(tǒng)的組成及仿真；儀表儀器原理及制造仿真。器件建模及仿真：可以建模及仿真的器件：模擬器件（二極管，三極管，功率管等）；數(shù)字器件（74系列，COMS系列，PLD，CPLD等）；FPGA器件。 電路的構(gòu)建及仿真單元電路、功能電路、單片機(jī)硬件電路的構(gòu)建及相應(yīng)軟件調(diào)試的仿真。系統(tǒng)的組成及仿真：Commsim 是一個(gè)理想的通信系統(tǒng)的教學(xué)軟件。它很適用于如信號與系統(tǒng)、通信、網(wǎng)絡(luò)等課程，難度適合從一般介紹到高級。使學(xué)生學(xué)的更快并且掌握的更多。Commsim含有200多個(gè)通用通信和數(shù)學(xué)模塊，包含工業(yè)

19、中的大部分編碼器，調(diào)制器，濾波器，信號源，信道等，Commsim 中的模塊和通常通信技術(shù)中的很一致，這可以確保你的學(xué)生學(xué)會(huì)當(dāng)今所有最重要的通信技術(shù)。要觀察仿真的結(jié)果，你可以有多種選擇：時(shí)域，頻域，XY圖，對數(shù)坐標(biāo)，比特誤碼率，眼圖和功率譜。儀表儀器的原理及制造仿真：可以任意制造出屬于自己的虛擬儀器、儀表，并在計(jì)算機(jī)仿真環(huán)境和實(shí)際環(huán)境中進(jìn)行使用。PCB的設(shè)計(jì)及制作：產(chǎn)品級版圖的設(shè)計(jì)及制作。5 系統(tǒng)軟件調(diào)試 （1） 由總電路可以看到，本次課程設(shè)計(jì)的接線十分之多，因?yàn)樵诮泳€時(shí)要十分細(xì)心，如果不小心就會(huì)接錯(cuò)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)體連接的過程中，每一步都小心翼翼地做。一條線接錯(cuò)或者一條線在過程中不小心被動(dòng)到，都

20、有可能讓整個(gè)電路沒有反應(yīng)，所以每一步都必須要小心，沒有人希望重新連接一次，器件和線路實(shí)在是多，最好能夠先把電路劃分清晰，就是盡量明顯的把個(gè)各塊獨(dú)立的電路組成部分分開得明顯些，這樣就算接錯(cuò)了也可以大概檢查各塊輸出就知道哪里出問題，減少檢查的范圍和數(shù)量，更省時(shí)省力。 （2） 實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意74系列要接入電源，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中，我曾經(jīng)忘記了接電源。使得搶答器的顯示燈無法正常顯示。在接線時(shí)，要看清楚管腳是16個(gè)腳還是14個(gè)腳，如果是16腳的，一定要接入電源。電源跟地一定要接對，有一次因?yàn)榻渝e(cuò)地很電源，浪費(fèi)了半個(gè)鐘頭。 （3） LED顯示燈接7448驅(qū)動(dòng)時(shí)一定要記得先測量其電壓，如果發(fā)熱很快，就應(yīng)該接上電阻，如果沒有接上電阻，會(huì)使器件燒壞。如果發(fā)現(xiàn)允許可以不接電阻，就不接。 （4） 七段共陰數(shù)碼管的共陰端需要接一個(gè)電阻再接地，這個(gè)電阻值的大小要選擇恰當(dāng)，電阻太小，數(shù)碼管工作的時(shí)候電壓會(huì)過大，從而把數(shù)碼管燒壞；電阻過大，數(shù)碼管又會(huì)不夠亮。后來與同學(xué)交流，吸取了大家的想法，接了一個(gè)330的電阻，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這樣的阻值剛剛好。 （5） 剛剛開始的時(shí)候由于我們的粗心，接錯(cuò)了74ls279的13號引腳，以至于數(shù)碼管不能正