數(shù)電課程設(shè)計(jì)報(bào)告-四人搶答器

.PAGE.-..-可修遍-課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)設(shè)計(jì)題目：四人搶答器院系：電子信息與電氣工程學(xué)院學(xué)生：光宇學(xué)號：1專業(yè)班級：電子信息工程2010級1班指導(dǎo)教師：胡萬里2012年5月25日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目四人搶答器學(xué)生光宇所在院系電子信息與電氣工程學(xué)院專業(yè)、年級、班電子信息工程2010級1班設(shè)計(jì)要求：1、設(shè)計(jì)制作一個(gè)可容納四個(gè)組參賽的搶答器，每組一個(gè)搶答開關(guān)；2、設(shè)置一個(gè)搶答開場按鍵，同時(shí)設(shè)置搶答定時(shí)電路，且計(jì)時(shí)起點(diǎn)與搶答命令同步，計(jì)時(shí)終點(diǎn)是第一個(gè)搶答者的搶答信號到來，超時(shí)而無人搶答題目作廢；3、系統(tǒng)具有第一搶答信號鑒別和鎖存功能，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，即其他任何一組的搶答信號都不會使電路響應(yīng)；4、系統(tǒng)采用聲光指示第一搶答者：用揚(yáng)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。學(xué)生應(yīng)完成的工作：設(shè)計(jì)一個(gè)四人搶答器的電路，并利用Multisim軟件進(jìn)展電路仿真。利用DXP軟件繪制電路原理圖，并設(shè)計(jì)制作電路的PCB板。根據(jù)設(shè)計(jì)原理對電路進(jìn)展安裝、調(diào)試，完成課程設(shè)計(jì)工作，并提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。參考文獻(xiàn)閱讀：[1]童詩白.模擬電子技術(shù)根底[M].：高等教育，2005.[2]臧春華.電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].:高等教育，2005.[3]邱關(guān)源，羅先覺.電路〔第五版〕[M].：高等教育，2006.[4]閻石.數(shù)字電子技術(shù)〔第五版〕[M].：高等教育，2005.[5]陽天，異凡ProtelDXP電路設(shè)計(jì)[M].：高等教育，2005.工作方案：5月14號—16號完成原理圖的設(shè)計(jì)；5月17號—28號進(jìn)展PCB設(shè)計(jì)；5月21號—23號制作PCB板；5月24號—25號電路板安裝與調(diào)試，提交課程設(shè)計(jì)報(bào)告。任務(wù)下達(dá)日期：2012年5月14日任務(wù)完成日期：2012年5月25日指導(dǎo)教師〔簽名〕：學(xué)生〔簽名〕：四人搶答器摘要：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)與搶答命令同步，計(jì)時(shí)終點(diǎn)是第一個(gè)搶答者的搶答信號到來，超時(shí)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(yīng)記下第一搶答者的組別，并封鎖其他各組的搶答信號；用揚(yáng)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(diǎn)〔功能〕。其中，搶答電路用4D觸發(fā)器〔74LS175〕，二輸入四與非門74LS00，四輸入雙與門〔74LS21〕,555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實(shí)現(xiàn)；顯示電路用七段共陽極數(shù)碼管和譯碼器〔74LS47〕來實(shí)現(xiàn)；時(shí)鐘電路用555定時(shí)器和十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器〔74LS192〕來實(shí)現(xiàn)。利用Multisim10對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)展仿真，可以得到設(shè)計(jì)要求的結(jié)果。關(guān)鍵詞：四人搶答器；搶答信號；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)生電路根本構(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……………………53.3PCB制作……………………63.4安裝與調(diào)試………………6..4.結(jié)果與結(jié)論…………………75.收獲與致…………………76.參考文獻(xiàn)……………………87.附件…………97.1電路原理圖…………………97.2PCB布線圖………………107.3元器件清單………………10...-可修遍-1.設(shè)計(jì)背景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)根底，了解數(shù)字電路中的門電路、組合邏輯電路、觸發(fā)器、時(shí)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部的工作原理，為靈活運(yùn)用這些器件打下了堅(jiān)實(shí)的根底。也讓我們對數(shù)字電子技術(shù)有了整體的認(rèn)識，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。通過數(shù)電實(shí)驗(yàn)的練習(xí)讓我們更深入了解各個(gè)器件的功能，把課本上的理論知識應(yīng)用于實(shí)踐，更加清楚的明白了各個(gè)器件的功能和用法〔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)用打下了根底。1.2脈沖發(fā)生電路根本構(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，通過調(diào)節(jié)電路中電容電阻值，來調(diào)節(jié)出我們需要的時(shí)鐘脈沖。在時(shí)鐘脈沖及經(jīng)分頻后形成各種時(shí)鐘脈沖電路的作用下來控制整個(gè)系統(tǒng)，是整個(gè)系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。本次課程設(shè)計(jì)中我們采用的是用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.設(shè)計(jì)方案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)、顯示等幾局部組成。我們小組采用了先局部后整體的模塊化設(shè)計(jì)思想，根據(jù)本次課程設(shè)計(jì)所提供的器件來設(shè)計(jì)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？我們采用了用555定時(shí)器構(gòu)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龅摹?、報(bào)警如何實(shí)現(xiàn)？由于要聲光報(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)？我們采用七段共陽極的數(shù)碼管，用74LS47來驅(qū)動數(shù)碼管顯示數(shù)字。4、計(jì)時(shí)局部如何實(shí)現(xiàn)？首先要有一個(gè)脈沖信號〔555定時(shí)器構(gòu)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(shí)間信號，用此信號來驅(qū)動十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器來記錄脈沖的個(gè)數(shù)〔即時(shí)間〕，再將此時(shí)間用顯示電路顯示就實(shí)現(xiàn)了計(jì)時(shí)功能。5、搶答局部如何實(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？首先需要四個(gè)獨(dú)立的按鍵開關(guān)供四位搶答者用，其次要想鎖存信號就用4D觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)，最后，要想到達(dá)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，我們采用的是四輸入雙與門來判斷是否有人搶答，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CLK〔鎖存控制端〕，由于多諧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)搶答者的信號也被鎖存住，再有其它信號來時(shí)4D觸發(fā)器就不會工作來鎖存其它信號了。3.方案實(shí)施3.1原理圖設(shè)計(jì)選擇適宜的數(shù)字器件，multisim軟件繪制各單元的邏輯電路圖。1、顯示電路設(shè)計(jì)圖1顯示電路顯示電路是提醒搶答者倒計(jì)時(shí)時(shí)間，并能記錄下?lián)尨鸬臅r(shí)刻，因此要將倒計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)時(shí)間。2、多諧振蕩器電路設(shè)計(jì)圖2555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路表1555定時(shí)器的功能表輸入輸出UTHUTRUOTD01111××低電平低電平不變高電平高電平導(dǎo)通導(dǎo)通不變截止截止由555定時(shí)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(gòu)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(gòu)成多諧振蕩器。由于電容C上的電壓在VT+與VT-之間往復(fù)振動，知電容C的充放電時(shí)間T1和T2。T1=(R1+R2)*C*ln2，T2=R2*C*ln2，又因?yàn)門=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(shè)計(jì)要求為f=1Hz，占空比為2/3，故R1=R2=48K。由于本次設(shè)計(jì)提供的是47K的電阻，故有偏差。3、報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖3由LED和蜂鳴器構(gòu)成的報(bào)警電路報(bào)警電路實(shí)際連接時(shí)0端沒有直接接地，而是由4D觸發(fā)器的四個(gè)~Q端口進(jìn)展與運(yùn)算后的端口，當(dāng)有搶答者搶答時(shí)，此端口變成低電平，出現(xiàn)聲光報(bào)警。4、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)圖4時(shí)鐘電路時(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)鐘脈沖接至預(yù)置數(shù)為9的計(jì)數(shù)器74LS192的倒計(jì)數(shù)脈沖輸入端。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為0時(shí)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(shí)鐘脈沖經(jīng)過與非門連接到倒計(jì)時(shí)脈沖輸入端，從而封鎖了倒計(jì)時(shí)模塊。整個(gè)過程恰好實(shí)現(xiàn)了10秒倒計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘設(shè)計(jì)。5、搶答電路設(shè)計(jì)圖5搶答電路搶答電路的四個(gè)搶答開關(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)出高頻脈沖信號接觸發(fā)器的脈沖輸入端。當(dāng)有搶答開關(guān)閉合時(shí)，觸發(fā)器將其信號鎖存，相應(yīng)的Q端變成高電平，與其相連的LED發(fā)光。同時(shí)~Q端口輸出低電平和高頻脈沖信號經(jīng)過兩個(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)搶答信號有效。3.2電路仿真在各單元電路設(shè)計(jì)的根底上，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(shè)計(jì)完成后，對系統(tǒng)整體進(jìn)展仿真，驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。驗(yàn)證結(jié)果說明完全符合電路的設(shè)計(jì)要求。即主持人開關(guān)閉合時(shí)，開場進(jìn)展倒計(jì)時(shí)，當(dāng)有人搶答時(shí)，對應(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。圖6電路仿真圖3.3PCB制作1、單位采用公制單位〔mm〕。2、電源線和地線采用0.6mm,如果從兩個(gè)焊盤中間穿過時(shí)用0.4mm。.3、信號線采用0.5mm。如果從兩個(gè)焊盤中間穿過時(shí)用0.4mm。4、焊盤的徑用0.9mm。外徑根據(jù)需要進(jìn)展修改，一般為X方向1.6mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0mm，Y方向1.6mm。5、過孔的大小和焊盤的設(shè)置一樣。6、數(shù)碼管的封裝采用上下的封裝形式。7、PCB板制作的大小緊湊、美觀。PCB大小選用10*15〔單位CM〕〔實(shí)際布線圍應(yīng)比所選規(guī)格要小〕。3.4安裝與調(diào)試安裝元件時(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，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(yàn)中時(shí)鐘脈沖開關(guān)采用六角封裝，信信號脈沖開關(guān)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(jìn)展第一次調(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)展調(diào)試后成功。進(jìn)展調(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)檢查電路無誤后，經(jīng)分析我們認(rèn)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(bào)警。經(jīng)屢次調(diào)試后發(fā)現(xiàn)是接觸不良造成的，只有屢次調(diào)節(jié)主持人開關(guān)才能使電路正常工作。4.結(jié)果與結(jié)論在電路設(shè)計(jì)的過程中，用Multisim仿真各個(gè)模塊的功能都正常，整體電路的的仿真也能實(shí)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(dǎo)入PCB，并正確進(jìn)展布線，成功制成電路板。正確安裝上元器件后進(jìn)展電路調(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)展調(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)檢查電路無誤后，經(jīng)分析我們認(rèn)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(bào)警。經(jīng)屢次調(diào)試后發(fā)現(xiàn)是接觸不良造成的，只有屢次調(diào)節(jié)主持人開關(guān)才能使電路正常工作。最終沒能夠穩(wěn)定的到達(dá)設(shè)計(jì)的要求的效果。5.收獲與致經(jīng)過兩個(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)會了團(tuán)結(jié)一致，在交流中取得進(jìn)步，從問題中提高自己。2、讓我學(xué)會了multisim和DXP的運(yùn)用為以后的學(xué)習(xí)打下了根底。3、讓我學(xué)會了科學(xué)地分析實(shí)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，開拓了視野。4、在設(shè)計(jì)和制作的過程中也培養(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、通過數(shù)電課程設(shè)計(jì)讓我對數(shù)電有了更深的認(rèn)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(shè)計(jì)上有了很大的進(jìn)步。加深了我們對組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的認(rèn)識，進(jìn)一步增進(jìn)了對一些常見邏輯器件的了解。6、我們在設(shè)計(jì)電路時(shí)，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(luò)查到，在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，讓我對所學(xué)的知識有了更深刻的理解。7、讓我認(rèn)識到了數(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)自己的動手能力。感教師在課程設(shè)計(jì)中給我們的指導(dǎo)，感學(xué)校為我們提供實(shí)踐的時(shí)機(jī)和條件，讓我明白了學(xué)習(xí)的方法和方向即理論聯(lián)系實(shí)際，也讓我清楚地認(rèn)識到了自己的缺乏。6.參考文獻(xiàn)[1]童詩白.模擬電子技術(shù)根底[M].：高等教育，2005.[2]臧春華.電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].:高等教育，2005.[3]邱關(guān)源，羅先覺.電路〔第五版〕[M].：高等教育，2006.[4]閻石.數(shù)字電子技術(shù)〔第五版〕[M].：高等教育，2005.[5]陽天，異凡.ProtelDXP電路設(shè)計(jì)[M].：高等教育，2005.7.附件7.1電路原理圖電路原理圖如圖7所示。圖7電路原理圖7.2PCB布線圖PCB布線圖如圖8所示。圖8PCB布線圖7.3元器件清單元器件清單如表2所示。表2元件清單名稱功能