合工大數(shù)電課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、專業(yè).專注學(xué)習(xí)參考A胞工專大手?jǐn)?shù)字電路課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院：計(jì)算機(jī)與信息學(xué)院姓名：學(xué)號：班級：通信工程14-2班指導(dǎo)老師：許良鳳吳從中設(shè)計(jì)題目數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)成績（一）設(shè)計(jì)題目：智力競賽電子搶答器1、設(shè)計(jì)任務(wù)：本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個電子搶答控制器決定最先給出控制信號的答題人。2、設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求：（1）通道數(shù)8個，每路設(shè)置一個搶答按鈕，供搶答者使用。（2）電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復(fù)位并發(fā)出搶答指令課后,若參賽者按搶答開關(guān)，則該組指示燈亮，顯示電路顯示出搶答者的組別，同時揚(yáng)聲器程發(fā)出滴嘟”的雙音，音響才I續(xù)23s。設(shè)（3）電路應(yīng)具備自鎖功能，一旦有人事先搶答，其他開

2、關(guān)不起作用計(jì)（二）設(shè)計(jì)題目：數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)主1、設(shè)計(jì)任務(wù)：要本課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是設(shè)計(jì)一個數(shù)字電子鐘能夠準(zhǔn)點(diǎn)報(bào)時并具有校時功能內(nèi)2、設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求：容（1）時鐘功能：采用數(shù)碼管顯示累計(jì)時間，以24小時為周期。（2）校時功能：能快速校準(zhǔn)“時”、分”、秒”的功能。（3）整時報(bào)時功能：具體要求整點(diǎn)前鳴叫5次低音（500Hz）,整點(diǎn)時再鳴叫一次高音（1000Hz左右），共鳴叫6響，兩次鳴叫間隔0.5so（選做）（4）計(jì)時準(zhǔn)確：每天計(jì)時誤差不超過10So指導(dǎo)教師評語建議：從學(xué)生的工作態(tài)度、工作量、設(shè)計(jì)（論文）的創(chuàng)造性、學(xué)術(shù)性、實(shí)用性及書面表達(dá)能力等方面給出評價。簽名：2016年月日設(shè)計(jì)題目：智力競賽電子搶答

3、器1 .設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一個電子搶答控制器決定最先給出控制信號的答題人。通道數(shù)8個，每路設(shè)置一個搶答按鈕，供搶答者使用。電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復(fù)位并發(fā)出搶答指令后，若參賽者按搶答開關(guān)，則該組指示燈亮，顯示電路顯示出搶答者的組別，同時揚(yáng)聲器發(fā)出滴嘟”的雙音，音響持續(xù)23s。電路應(yīng)具備自鎖功能，一旦有人事先搶答，其他開關(guān)不起作用。2 .方案設(shè)計(jì)與論證方案一：利用編碼器74LS148對電路進(jìn)行輸入判斷，獲取輸入信息；然后送入74LS279進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存于鎖存，最后送入74LS48數(shù)碼管驅(qū)動驅(qū)動數(shù)碼管顯示結(jié)果。方案二：該方案即為最終所采用的方案，它采用了74LS148來

4、實(shí)現(xiàn)搶答器的選號，采用了74LS373芯片實(shí)現(xiàn)對號碼的鎖存。輸入電路由鎖存器74LS373和按鍵組成。鎖存器控制電路由相關(guān)的門電路組成優(yōu)先編碼器74LS148進(jìn)行編碼，編成的二進(jìn)制代碼再送到BCD碼七段譯碼驅(qū)動器74LS247,最后送到共陽極的七段數(shù)碼管，顯示相應(yīng)的數(shù)字。選擇方案：在方案一中，其電路較方案二較為復(fù)雜，涉及到連線的改變。它有自身的優(yōu)點(diǎn)，但其線路過于復(fù)雜，所以它不是首選方案。而由于方案二已能滿足基本設(shè)計(jì)和提高設(shè)計(jì)的要求，而且它的原理更簡單易懂，直觀明了，元件更少，連線更方便，且比較容易實(shí)現(xiàn)，所以最終選用了方案二。在主持人將控制開關(guān)打到開始時，搶答開關(guān)的信號將進(jìn)入鎖存器，后進(jìn)入74L

5、S148,信號變?yōu)槎M(jìn)制信號，后經(jīng)過譯碼器在顯示屏上顯示。總體框圖如下：掄答開關(guān)舟 示 燈編 "!慚存控制音接控制傳地發(fā)生3 .單元電路設(shè)計(jì)輸入單元：輸入部分由8個按鈕開關(guān)，排阻和74LS373鎖存器組成，在沒人搶答時，74LS373的使能端為為高電平，此時芯片處于工作狀態(tài)，輸入什么數(shù)據(jù)，就輸出什么數(shù)據(jù)。當(dāng)有人搶答時，使能端為低電平，電路輸入端被鎖存，輸出端繼續(xù)輸出鎖存前的數(shù)據(jù)，及輸出不受影響。（注意：要接上拉電阻，以防電源與地短接）23咐|7左1；|1了|13|力1山山巨|口|山山山山口|回OEOnDoDiOiOjD?thO3GNO74LS373引腳圖當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時

6、，Q0Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時，Q0Q7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。編碼單元：由優(yōu)先編碼器74LS148可以完成上述功能。當(dāng)主持人控制開關(guān)處于清零”位置時，74LS48的BI=0,顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST=0,74LS148處于工作狀態(tài)，當(dāng)主持人將開關(guān)撥到開始”位置時，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，等待輸入端I7、h、I5、I4、I3、I2、h、I0輸入信號,當(dāng)有選手將鍵按下時（如按下S5）,經(jīng)74LS373鎖存后，74LS148輸出Y2Y1Y0,經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出5&q

7、uot;。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關(guān)S,使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答74LS148編碼單元驪A用出豆抵國環(huán)福?？煽奢詊 X K X KK S Xn I 11L1111 L 1111 1 1i oQR K X N X if 00 4 00 LQ，邕 國 x *0&a n t0 1 10C K R xOILI 00 I0E K X K 01110 11.0 IO'W W M 011111 0 。0 I0>E X 0 t t 1111 0 I0 I01IK 0111 ill1 ! 601JI 1 1 1 11

8、11i i i0IW7W74L148引腳圖74LS148功能表顯示單元：優(yōu)先編碼器74LS148進(jìn)行編碼，編成的二進(jìn)制代碼再送到BCD碼七段譯碼驅(qū)動器74LS247,最后送到共陽極的七段數(shù)碼管，顯示相應(yīng)的數(shù)字I-且日耳1號I圖營PU374LS48DU4D4 .具體電路圖專業(yè).專注學(xué)習(xí)參考U4C74LS04DU4B74LS04DR2VCC5V下3350QVCC5VVCC-AW-AW-AA/-WV-VW10kQCOOOOOOOOD048411£6-r197ITRABCDiiSitAAAGO01234567Idddddddde5V041C2QOOOOtr-i22QQQQQQQQU5dddd

9、1234OGGS1"III”U374LS48DU4D74LU4A4D74LS04DU274LS148DlS373DW5.調(diào)試分析及調(diào)試中所遇問題及解決方法VCC5VS2IKey=A顯示電路不穩(wěn)定問題，在進(jìn)行調(diào)試階段時發(fā)現(xiàn)搶答器數(shù)碼管顯示選手編號不穩(wěn)定。主要表現(xiàn)在單選手按下?lián)尨疰I后數(shù)碼管顯示的不是選手當(dāng)前號碼。因此著手對電路進(jìn)行檢查，首先檢查電路連接是否有問題，然后又檢查電路各個芯片管腳接錯均未發(fā)現(xiàn)問題最后發(fā)現(xiàn)當(dāng)觸動某按鍵連線時顯示正常由此判斷可能是因?yàn)槌霈F(xiàn)了接觸不穩(wěn)或者開關(guān)不穩(wěn)的問題。我們先按照仿真的電路進(jìn)行了電路的連接，然后進(jìn)行了測試，撥動不同開關(guān)，顯示屏上有不同的數(shù)字，當(dāng)某一選手

10、搶答后，其他選手搶答無效，但是當(dāng)撥到開關(guān)？時，顯示屏上顯示的數(shù)字卻是7,當(dāng)開關(guān)撥到？時，顯示屏上的數(shù)字是6,以此類推，得到的顯示屏上的數(shù)字都是對7取余的數(shù)字，后來發(fā)現(xiàn)原來是忘了接反向器導(dǎo)致的后來我們?yōu)槊恳粋€開關(guān)都接了一個反向器，最終問題得到解決。6 .感想和體會在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之前，分析了實(shí)驗(yàn)要求的設(shè)計(jì)指標(biāo)，并且翻閱了謝自美主編的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)書，其中有類似的實(shí)驗(yàn)，不過書中的例子更為復(fù)雜，結(jié)合參考資料和老師所給的PPT我們確定了實(shí)驗(yàn)方案，并且按照設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行了仿真，實(shí)驗(yàn)中遇到了一些問題，顯示屏上顯示的數(shù)字并不是實(shí)驗(yàn)要求的數(shù)字，在接了反向器后問題得以解決。另外在進(jìn)行電路的測試時，我們發(fā)現(xiàn)測試結(jié)果與仿真

11、的結(jié)果不一致，即結(jié)果不正確，但是我們連線的電路與電路的仿真是一致的仿真沒有問題但是實(shí)際的電路卻出了問題，原來是仿真中有的引腳的高低點(diǎn)平不需要接，但是在實(shí)際的電路中是需要接的，否則結(jié)果就會出現(xiàn)問題，由此可見仿真和實(shí)際的實(shí)驗(yàn)還是有一點(diǎn)差別的，但是電路的仿真也是十分必要的，它能夠讓我們在不耗費(fèi)時間連線的情況下，在電腦上就可以提前察知我們設(shè)計(jì)電路是否符合實(shí)驗(yàn)的任務(wù)要求，同時也方便修改，并未也不會出現(xiàn)元器件損壞或者接觸不良等等的問題。搶答器的實(shí)驗(yàn)不但幫助了我們更加深入地去理解運(yùn)用課本上的知識，同時也提供了發(fā)散創(chuàng)新的機(jī)會，也鍛煉了我們的小組協(xié)作能力。課程設(shè)計(jì)帶給我們的收獲與書本知識是不一樣的，可能這就是所

12、說的紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”吧，這次實(shí)驗(yàn)讓我將學(xué)過的一些知識串聯(lián)了起來，一個競賽搶答器需要鎖存器、優(yōu)先編碼器等去共同實(shí)現(xiàn)，這能夠讓我在實(shí)踐中更好地理解運(yùn)用書本知識。7 .參考資料1謝自美.電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測試M,武昌：華中理工大學(xué)出版社2王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)第二版高等教育出版社專業(yè).專注設(shè)計(jì)題目：數(shù)字電子鐘設(shè)計(jì)1 .設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一個數(shù)字電子鐘能夠準(zhǔn)點(diǎn)報(bào)時并具有校時功能。時鐘功能：采用數(shù)碼管顯示累計(jì)時間，以24小時為周期。校時功能：能快速校準(zhǔn)“時”、分”、秒”的功能。整時報(bào)時功能：具體要求整點(diǎn)前鳴叫5次低音（500Hz）,整點(diǎn)時再鳴叫一次高音（1000Hz左右），共鳴叫6響

13、，兩次鳴叫間隔0.5s。（選做）計(jì)時準(zhǔn)確：每天計(jì)時誤差不超過10s。2 .方案設(shè)計(jì)與論證方案一： 采用74LS90作為計(jì)時器，分和秒用74LS90設(shè)計(jì)為模60的計(jì)數(shù)器，時用74LS90設(shè)計(jì)為模24的計(jì)數(shù)器。 校時用與非門門構(gòu)成組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)其功能。用TTL與非門實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時功能。方案二：采用74LS390作為計(jì)時器，分和秒用74LS390設(shè)計(jì)為模60的計(jì)數(shù)器，時用74LS390設(shè)計(jì)為模24的計(jì)數(shù)器磔校時用與非門門構(gòu)成組合邏輯電路實(shí)現(xiàn)其功能。用TTL與非門實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時功能。選擇方案：相對于方案一而言，計(jì)時器采用74LS90耗費(fèi)的元器件更多，對于方案二，二十四進(jìn)制電路和六十進(jìn)制電路都是用一個74

14、LS390,耗費(fèi)元器件更少，電路更為簡單，因此最終選擇方案二。采用74LS390作為計(jì)時器，結(jié)合校時電路和整點(diǎn)報(bào)時電路。電路的整體框圖如下：3 .單元電路設(shè)計(jì)時間計(jì)數(shù)電路時間計(jì)數(shù)電路由秒個位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個位和分十位計(jì)數(shù)器、時個位和時十位計(jì)數(shù)器構(gòu)成，其中秒個位和秒十位計(jì)數(shù)器、分個位和分十位計(jì)數(shù)器為60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，時個位和時十位計(jì)數(shù)器為24學(xué)習(xí)參考專業(yè).專注進(jìn)制計(jì)數(shù)器。實(shí)現(xiàn)這兩種模數(shù)的計(jì)數(shù)器采用中規(guī)模計(jì)數(shù)器74LS390,其引腳圖和功能表如下圖所示：氤QsQaQLLLL1LLLH.LLHLjiLLl1H4LHLLLHLHALHHL-LHHH£HLLL4HLLH附口計(jì)數(shù)1向注Ailf

15、t.出G/Qui'1LLg1LLHLLHLJ1LH114LHLL,HLLL事KLLH丁MLHLtHLHHQHHLI .學(xué)習(xí)參考74LS390引腳圖74LS390功能表分、秒的計(jì)時電路由74LS390構(gòu)成的60進(jìn)制計(jì)數(shù)器如下圖所示：11RIC2B2CQ2BU2 BN1262 AN2U1B 74LS390DQQQQAN1 1I 4U1A 74LS390D計(jì)數(shù)脈沖-將一片74LS390設(shè)置為10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，另一片設(shè)置為6進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器。因?yàn)?的二進(jìn)制表示是0110,因此在反饋清零的時候，將十位的Qc和Qb通過74LS00與非門后接入十位的清零端。兩片74L390按照反饋清零法串聯(lián)。個位的

16、清零信號級聯(lián)十位的脈沖輸入端。秒計(jì)數(shù)的十位和個位，輸出脈沖除用作自身清零外，同時還作為分計(jì)數(shù)器的輸入脈沖。74LS390十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的清零功能，在連接電路的時候要注意并且強(qiáng)調(diào)使能端的連接，具將影響到整一個電路的是否工作?？刂圃恚?000000100100011010001010110011110001001,第二片模值為10,000000010010001101000101第一片模值為6,產(chǎn)生了六個脈沖的時候向下級輸出一個時鐘脈沖。在實(shí)際電路圖中分與秒的電路如下：時的計(jì)時電路時電路的設(shè)計(jì)如圖所示：3-1 01 1 1DQ2CQ2BQ2<02RIC2BNI2ANI2U1B 74LS390

17、DRIC1DQ1 81BQ1 BNI161 ANI1U1A 74LS390D計(jì)數(shù)脈沖由分計(jì)數(shù)器的清零脈沖送入時個位計(jì)數(shù)器，電路在分的脈沖作用下按二進(jìn)制自然序依次遞增1,當(dāng)計(jì)數(shù)到24,這時小時個位計(jì)數(shù)狀態(tài)是QdQcQbQa=0100（也就是4）,小時十位計(jì)數(shù)器的狀態(tài)QdQcQbQa=0010（也就是2）時，小時十位計(jì)數(shù)器只有Qb端有輸出，小時個位計(jì)數(shù)器只有Qc端有輸出，將時十位的Qb、時個位的Qc端接一個二輸入與非門，與非門輸出一路送入小時十位計(jì)數(shù)器的清零端，另一路送入小時個位計(jì)數(shù)器的清零端。每時的個位10小時向小時十位計(jì)數(shù)器送CP脈沖，當(dāng)十位輸出為二，小時個位輸出為四時，將整個電路清零，從而構(gòu)

18、成24進(jìn)制計(jì)數(shù)器在實(shí)際電路中應(yīng)用如下：U3CT校時電路校時電路是數(shù)字鐘不可少的部分，每當(dāng)數(shù)字鐘顯示與實(shí)際時間不相符合的時候，需要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)時間進(jìn)行校時。該電路的針對分計(jì)時脈沖和時計(jì)時脈沖進(jìn)行控制，達(dá)到校時的目的。為了實(shí)現(xiàn)分校正和時校正功能，可以通過控制開關(guān)使計(jì)數(shù)器對1HZ的校時脈沖計(jì)數(shù)，用？?做校時”用的控制開關(guān)，用？?做校分”用的控制開關(guān)，這里利用輕觸開關(guān)來實(shí)現(xiàn)校時功能，輕觸開關(guān)的一端接高電平，另一端接時或分的個位，秒的個位的CP,當(dāng)按下輕觸開關(guān)時，時或分或秒的個位就會加1,這樣就能實(shí)現(xiàn)校時功能。實(shí)際應(yīng)用電路如下：整點(diǎn)報(bào)時電路該部分主要實(shí)現(xiàn)的功能是：當(dāng)59分50秒開始，進(jìn)行預(yù)報(bào)時，當(dāng)秒鐘為51

19、、53、57、59秒時蜂鳴器響一聲，共5聲，通常按照4低音1高音的順序發(fā)出間斷聲響。這里采用TTL與非門來實(shí)現(xiàn)整點(diǎn)報(bào)時電路。當(dāng)時間在59分50秒到59分59秒期間時，分十位、分個位和秒十位均保持不變，分別為5、9和5,因此可將分計(jì)數(shù)器十位的Qc和Qa、個位的Qd和Qa,秒計(jì)數(shù)器十位的Qc和Qa和秒個位相與，從而產(chǎn)生報(bào)時控制信號。具體實(shí)現(xiàn)電路如下：4 .具體電路圖整個電路圖主要由計(jì)時電路、顯示部分、校時電路、整點(diǎn)報(bào)時電路等部分組成。計(jì)時電路進(jìn)行計(jì)時并在顯示屏上顯示，并且由校時電路控制各計(jì)數(shù)部分的個位和信號發(fā)生器，正點(diǎn)前10秒開始，蜂鳴器1秒響1秒停地響5次，最終實(shí)現(xiàn)整個電路的設(shè)計(jì)U13DU14A

20、U15BU13CV174LS21D JU5DI74LSO0D74LS04D74LS21DV274LS04DD 74LS00D74LS00PU10U12DDCD HEX DIG BLUEDCDHEXDIU4BU2B1BU1A74LS390D7 4LS390DNAN A74LS390D74LS390DXFG1U5AU5CU12A U12CU12B74LS08D74LS08D74LS08D1kHz5 VU2A 74LS390DQQ QA 2 2 2 2500 HzRB AC2 2U3Ca2kHz-1 5 V4VEE5VS3-lULt-* v_Key = SpaceVDD5V4A 74LS390D74

21、LS00DU5B74LS04DR14LS00DU13AC133k。 0.01uF；00DQQQQ 1 1 1B AN N22S1Key = AU3B74LS00D74LS00DU13B74LS04DR23.3kB A'4LS00DC2士 0.01uF <S2Key = AB ANNU14B5 .調(diào)試分析及調(diào)試中所遇問題及解決方法在設(shè)計(jì)初期，因?yàn)樵久拷M提供了兩個74LS390,我們原本設(shè)計(jì)使用兩個390當(dāng)做分和秒的計(jì)時器，模值設(shè)計(jì)為60,用兩個74LS90當(dāng)做時的計(jì)數(shù)器，但是后來來我們從其他組又借到一個74LS390,我們在電腦上修改了電路的仿真，后來按照修改的電路進(jìn)行了電路的插接。這樣元器件更為簡潔，布線也較為簡單。專業(yè).專注在連接完校時電路進(jìn)行測試時也出現(xiàn)了問題，進(jìn)行測試時，時和分都能正常校正時，秒?yún)s出現(xiàn)問題，而不校時的時候，秒從。跳到39,然后又跳回0,分和秒之間無進(jìn)位，電路在時、分、秒進(jìn)位過程中能正常顯示，故可排除芯片和連線的接觸不良的問題。首先我們檢查了電路連接有沒有錯誤，之后萬用表的直流電壓檔帶電檢測秒十位的QA、QB、QC和QD腳，發(fā)現(xiàn)是由于秒到分的進(jìn)位未拔掉所至。拔掉進(jìn)位線后，電路正常工作。在進(jìn)行計(jì)時