數(shù)電課程設(shè)計(jì)-四人搶答器

1、院 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)設(shè)計(jì)題目電子信息工程2010 級(jí)1 班 5月月月月年5月日年5月日摘 要：設(shè)計(jì)了一個(gè)四人搶答器控制電路，該電路具有計(jì)時(shí)起點(diǎn)與搶答命令主持人發(fā)布搶答命令后，第一搶答者按下?lián)尨疰I后，電路應(yīng)記下第一搶答者的組別，并封鎖其他各組的搶答信號(hào)；用揚(yáng)聲器提示第一搶答者產(chǎn)生；用發(fā) 4D 觸發(fā)器（74LS17574LS00，四輸入雙與門（74LS21555 定時(shí)器實(shí)現(xiàn)；報(bào)警電路用上拉電阻，發(fā)光二極管和蜂鳴器組合來(lái)實(shí)現(xiàn)；顯示電路74LS47 555定時(shí)器和十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器（74LS192）來(lái)實(shí)現(xiàn)。利用Multisim 10對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，可以得到設(shè)計(jì)要求的結(jié)果。關(guān)鍵詞： 四人搶

2、答器；搶答信號(hào)；聲光報(bào)警；定時(shí)電路目 錄1.設(shè)計(jì)背景 11.1學(xué)習(xí)并進(jìn)一步了解數(shù)字電路11.2 脈沖發(fā)生電路基本構(gòu)成及作用 12.設(shè)計(jì)方案 12.1 任務(wù)分析12.2 方案論證13.方案實(shí)施 23.1 原理圖設(shè)計(jì)23.2 電路仿真53.3 PCB制作63.4 安裝與調(diào)試 64.結(jié)果與結(jié)論 75.收獲與致謝 76.參考文獻(xiàn) 87.附件 97.1 電路原理圖97.2 PCB 布線圖107.3 元器件清單10 1.1學(xué)習(xí)并進(jìn)一步了解數(shù)字電路學(xué)習(xí)了數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，了解數(shù)字電路中的門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時(shí)它一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時(shí)鐘電路和電源等。于實(shí)踐，更加清楚的明白了各個(gè)器件

3、的功能和用法（包括接口技術(shù)），使我們具備了一定的數(shù)字電路設(shè)計(jì)的能力。也為各種器件的綜合運(yùn)用打下了基礎(chǔ)。1.2脈沖發(fā)生電路基本構(gòu)成及作用脈沖發(fā)生電路是數(shù)字電路系統(tǒng)中的核心，根據(jù)系統(tǒng)的要求首先確定主時(shí)鐘的頻率，通過(guò)調(diào)節(jié)電路中電容電阻值，來(lái)調(diào)節(jié)出我們需要的時(shí)鐘脈沖。在時(shí)鐘脈沖及經(jīng)分頻后形 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器提供倒計(jì)時(shí)脈沖和掃描電路的脈沖。 2.1任務(wù)分析任務(wù)是一個(gè)四人搶答器：它分為脈沖、報(bào)警、搶答、計(jì)時(shí)、顯示等幾部分組成。我電路。首先我們要分析各個(gè)模塊要實(shí)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(guò)邏輯分析設(shè)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)其整體功能。2.2方案論證1、怎樣得到所需脈沖？我們采

4、用了用555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，通過(guò)調(diào)節(jié)與它相連的電容和電阻值來(lái)得到我們想要的頻率（采用 555 向?qū)ё龅模?、?bào)警如何實(shí)現(xiàn)？由于要求是聲光報(bào)警，我們采用的是發(fā)光二極管和蜂鳴器并聯(lián)的形式，當(dāng)有高電平時(shí)發(fā)光二極管和蜂鳴器同時(shí)工作，就實(shí)現(xiàn)了聲光報(bào)警。3 、如何顯示倒計(jì)時(shí)？我們采用七段共陽(yáng)極的數(shù)碼管，用 74LS47 來(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示數(shù)字。4 、計(jì)時(shí)部分如何實(shí)現(xiàn)？首先要有一個(gè)脈沖信號(hào)（555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器）調(diào)節(jié)它的頻率為，來(lái)得到我們所1此時(shí)間用顯示電路顯示就實(shí)現(xiàn)了計(jì)時(shí)功能。5、搶答部分如何實(shí)現(xiàn)第一搶答者按下?lián)尨疰I后，電路應(yīng)記下第一搶答者的組別，并封鎖其他各組的搶答信號(hào)？首先需要四個(gè)獨(dú)立

5、的按鍵開(kāi)關(guān)供四位搶答者用，其次要想鎖存信號(hào)就用 4D 觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，最后，要想達(dá)到第一搶答者按下?lián)尨疰I后，電路應(yīng)記下第一搶答者的組別，并封鎖其他各組的搶答信號(hào)，我們采用的是四輸入雙與門來(lái)判斷是否有人搶答，用一個(gè)555 定時(shí)器構(gòu)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 振蕩器脈沖的輸入所以電路在不斷的掃描是否有人搶答，直到有人搶答后 CLK 被鎖，第一個(gè)搶答者的信號(hào)也被鎖存住，再有其它信號(hào)來(lái)時(shí) 4D 觸發(fā)器就不會(huì)工作來(lái)鎖存其它信號(hào)了。 圖1 2圖2 表 1 555 定時(shí)器的功能表輸 入RD3、報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖3 由時(shí)鐘電路由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器發(fā)出1Hz的時(shí)鐘脈沖接至

6、預(yù)置數(shù)為9的計(jì)數(shù)器 74LS192 0 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(hào)與1Hz 的時(shí)鐘脈沖經(jīng)過(guò)與非門連接到倒計(jì)時(shí)脈沖輸入端，從而封鎖了倒計(jì)時(shí)模塊。整個(gè)過(guò)程恰好實(shí)現(xiàn)4搶答電路的四個(gè)搶答開(kāi)關(guān)接至 4D 觸發(fā)器的四個(gè)輸入端，由 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器發(fā)出高頻脈沖信號(hào)接觸發(fā)器的脈沖輸入端。當(dāng)有搶答開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，觸發(fā)器將其信 Q LEDQ端口輸出低電平和高頻脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)兩個(gè)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(shí)現(xiàn)了只有第一個(gè)搶答信號(hào)有效。 Multisim 件要求的系統(tǒng)整體邏輯電路圖。系統(tǒng)整

7、體電路設(shè)計(jì)完成后，對(duì)系統(tǒng)整體進(jìn)行仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。驗(yàn)證結(jié)果表明完全符合電路的設(shè)計(jì)要求。即主持人開(kāi)關(guān)閉合時(shí)，開(kāi)始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)，當(dāng)有人搶答時(shí)，對(duì)應(yīng)的 LED發(fā)光二極管亮，并出現(xiàn)相應(yīng)的報(bào)警。完成總體設(shè)計(jì)的要求。51、單位采用公制單位（mm2、電源線和地線采用 0.6mm,如果從兩個(gè)焊盤中間穿過(guò)時(shí)用 0.4mm。.3、信號(hào)線采用 0.5mm。如果從兩個(gè)焊盤中間穿過(guò)時(shí)用 0.4mm。4、焊盤的內(nèi)徑用0.9mm X方向1.6 Y方向2.0mm，或是 X方向 2.0 mm，Y 方向 1.6mm。5、過(guò)孔的大小和焊盤的設(shè)置一樣。安裝元件時(shí)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(yīng)注意

8、，不要插反。電路焊制過(guò)程中不要和銅融合以防止短路，另外本次試驗(yàn)中時(shí)鐘脈6 PCB板上的電路接法相吻合。電路完成安裝后，進(jìn)行第一次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)電路工作不穩(wěn)定，仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)電路中存在短路。認(rèn)為是銅和焊錫少量接觸，于是吸錫后重新焊接，進(jìn)行調(diào)試后成功。進(jìn)行調(diào)試發(fā)現(xiàn)電路工作狀態(tài)不穩(wěn)定，有些功能時(shí)好時(shí)壞 ，又經(jīng)反復(fù)調(diào)試后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是 2D觸發(fā)器的問(wèn)題，它影響倒計(jì)時(shí)，使得倒計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)恢復(fù)正常，搶答功能也恢復(fù)正常。又反復(fù)檢查 2D觸發(fā)器的 CLR Q端就是高電平，就出現(xiàn)聲光報(bào)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(kāi)關(guān)才能使電路正常工作。4

9、. Multisim 也能實(shí)現(xiàn)，按照仿真電路畫(huà)DXP 的原理圖，并且仿真成功。然后成功導(dǎo)入PCB，并正確進(jìn)行布線，成功制成電路板。正確安裝上元器件后進(jìn)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(jìn)行調(diào)試發(fā)現(xiàn)電路工作狀態(tài)不穩(wěn)定，有些功能時(shí)好時(shí)壞 ，又經(jīng)反復(fù)調(diào)試后經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)是 2D觸發(fā)器的問(wèn)題，它影響倒計(jì)時(shí)，使得倒計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)恢復(fù)正常，搶答功能也恢復(fù)正常。又反復(fù)檢查電路無(wú)誤后，經(jīng)分析我們認(rèn)為是 2D觸發(fā)器的 CLR清零端沒(méi)有起到清零作用，剛上電 Q端就是高電平，就出現(xiàn)聲光報(bào)警 。 經(jīng)

10、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(kāi)關(guān)才能使電路正常工作。 最終沒(méi)能夠穩(wěn)定的達(dá)到設(shè)計(jì)的要求的效果。 經(jīng)過(guò)兩個(gè)星期的電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)，雖然短暫但是讓我得到多方面的提高：1、這次課程設(shè)計(jì)我們采用三人一組，讓我們學(xué)會(huì)了團(tuán)結(jié)一致，在交流中取得進(jìn)步，從問(wèn)題中提高自己。2、讓我學(xué)會(huì)了 multisim 和 DXP 的運(yùn)用為以后的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。3、讓我學(xué)會(huì)了科學(xué)地分析實(shí)際問(wèn)題，在與小組成員成員和小組之間交流的過(guò)程中，打破了我的思維局限，開(kāi)拓了視野。4、在設(shè)計(jì)和制作的過(guò)程中也培養(yǎng)了我認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，因?yàn)槿魏我粋€(gè)環(huán)節(jié)出錯(cuò)都有可能導(dǎo)致失敗。5、通過(guò)數(shù)電課程設(shè)計(jì)讓我對(duì)數(shù)電有了更深的認(rèn)識(shí)，提高了我們的邏輯思維能力，使我們?cè)谶壿嬰娐返姆治雠c設(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。7的了解。6、我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路時(shí)，遇到很多不理解的東西，有的我們通過(guò)查閱參考書(shū)弄明白，有的通過(guò)網(wǎng)絡(luò)查到，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，讓我對(duì)所學(xué)的知識(shí)有了更深刻的理解。 7、讓我認(rèn)識(shí)到了數(shù)電的學(xué)習(xí)不是紙上談兵，應(yīng)該在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中聯(lián)系實(shí)際增強(qiáng)自己的動(dòng)手能力。感謝老師在課程設(shè)計(jì)中給我們的