《数字电子技术》课程设计数显式多路抢答器的设计.doc
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1、湖 南 xx 院数字电子技术课程设计说明书课题名称:数显式多路抢答器的设计专业名称:电子信息工程技术学生班级:学生姓名: 学生学号:指导老师: 摘 要为了适应现代电子技术飞速发展的需要,更好的培养21世纪的应用型电子技术人才,其学好模拟电子技术在实际应用中起到了举足轻重的作用。随着社会不断发展,各种仪器设备的不断更新,数字电子技术应用领域也越来越广泛。因此,我们必须学好数字电子技术这一门课程。数字电子技术是一门发展迅速,实践性和应用性很强的技术基础课程。而我们学好这一门课程,必须做到理论与实际相结合,在学好理论的基础上,要进行大量的实践,从实践中总结经验、教训。 为了培养运用基本知识并进行简单
2、电路设计的能力,扎实基础理论,我们现在首次进行模拟电子技术课程设计。本课程设计的编写是以实验研究为主线,以科学实验研究所运用的实验技术为主要内容,按照实验是什么,为什么,干什么,怎么干的逻辑思维体系和实验的构成要素(主体,手段,对象和目的)为教材内容展开 通过本课题的设计,培养学生掌握电子技术的科学实验规律,实验技术,测量技术等实验研究方法,使其具有独立实验研究的能力,以便在未来的工作中开拓创新。本设计所涉及的知识:方案论证,产品说明,原理说明,安装工艺,调试与测试,焊接技术,元件清单,操作说明。为了全面介绍科学实验研究的技术方法,在加强的直接实验方法的同时,力求使学生尽快掌握当前先进科学技术
3、,本课题设计所用到的EWB,Protel99等技术的新手段,新工具。本课题的设计达到的目的:除了使没有真正进行过电子技术实验的学生,通过课程设计,能够加深对电路理论知识的理解和掌握,更主要的是学习和掌握科学实验研究方法。进而培养了我的理论联系实际能力、设计电路能力、实际操作能力以及正确的处理数据、分识。析和综合实验结果,检查和排除故障的能力。从而巩固了我的理论知识和解决实际问题的能力。 本书是由湖南工学院电气与信息工程系贾雅琼老师担任主审,他对全部书搞进行了认真的审阅,并提出了许多宝贵的意见,在此表示衷心的感谢!由于编者水平有限,书中存在错误和不足之处在所难免,恳请读者批评指正,以便不断提高。
4、关键词 八路, 抢答器,定时,计时目录第1章 设计内容3 1.1 设计任务与要求.3 1.2 设计方案提示.3第2章 抢答器的基本组成框价5第3章 单元电路的设计.6 3.1抢答电路.6 3.2定时电路7 3.3控制电路9第4章 元器件选择.10 4.1 74LS279RS锁存器.10 4.2 74LS148 8线-3线优先编码器.10 4.3 374LS48七段显示译码器 12 4.4 单稳态触发器74LS12.13 4.5 555定时器.14第5章 PCB板是制作.15 5.1 PCB生成流程图.15 5.2 原理图的绘制.15 5.3 电路板图设计的基本原则要求.15 5.4 印刷板图设
5、计中应注意的几点.17第6章 调试与测试.186.1调试准备检查电路186.2 通电观察186.3 调试.186.4 正确使用测量仪器的接地端.19 6.5正确选择测量点.19 6.6 测量方法要方便可行.19第7章 焊接技术.207.1焊接时所用的工具器材.207.2常用的锡焊方法.207.3锡焊注意事项.20第8章 元件清单.22结束语.24参考文献.25附录一:原理图26附录二:PCB图26鸣 谢27第1章 设计内容在许多比赛活动中,为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者,通常设置一台抢答器,通过数显等多种手段批示出第一抢答者。1.1本题任务与要求如下:(1)设计一个数显式多路抢答器,可
6、同时供8名选手或8个代表队参加比赛,他们的编号是0、1、2、3、4、5、6、7,各用一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号相对应,分别是、。(2)给节目主持人设置一个控制开关,用来控制系统的清零和抢答的开始。(3)抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存,并在LED数码管上显示出选手的编号,同时扬声器给出音响提示。此外,要封锁输入电路,禁止其他选手抢答,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。(4)抢答器具有定时抢答的功能,且一次抢答的时间可以由主持人设定(如30s)。当节目主持人启动“开始”键后,要求定时器立即减计时,并用显示器显示,同时扬声器发
7、出短暂的声响,声响持续时间0.5s左右。(5)参赛选手在设定的时间内抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间,并保持到主持人将系统清零为止。(6)如果定时抢答的时间已到,却没有选手抢答时,本次抢答无效,系统短暂报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答,时间显示器上显示00。(7)计算机输出设计说明书一份,A4方框图一张,电路原理图纸一张(或分图多张)。(8)课程设计说明书每人一份,要求至少20页,单面打印,A4纸张。(9)设计时间:二周1.2总体方案设计提示(1)本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可用触发器或锁存器等。在得到第一信号
8、之后应立即将电路的输入封锁,使其它的抢答信号无效。同时还必须注意,第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效,否则应视为提前抢答而犯规。(2)当电路形成第一抢答信号之后,用编码、译码及数码显示电路者的组别,也可以用发光二极管直接批示出组别。还可用鉴别出的第一抢答信号控制一个具有两种工作频率交替变化的音频振荡器工作,使其推动扬声器发出两态币音音响,表示该题抢答有效。(3)节目主持人根据抢答题的难易程度,设定一次抢答的时间,通过预置时间电路对计数器进行预置,选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计,计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。(4)由555定时器和三极管构成报警点路。(5)时序控制
9、电路是抢答器设计的关键,它要完成以下三项功能:主持人将控制开关拨到“开始”位置时,扬声器发声,抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。当参赛选手按动抢答键时,扬声器发声,抢答电路和定时电路停止工作。当设定的抢答时间到,无人抢答时,扬声器发声,同时抢答电路和定时电路停止工作。第2章 抢答器的组成框图定时抢答器的总体框图如图1所示。他主要由主体电路和扩展电路两部分组成。主体部分完成基本的抢答功能,即开始抢答后,当选手按动抢答键时,能显示选手的编号。同时能封锁输入电路,禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。 主体电路抢答按钮报警电路控制电路主持人控制开关译码电路定时电路秒脉冲产生电路显示电路
10、译码电路译码显示锁存器优先编码电路 扩展电路 图 2-1 定时抢答器的总体框图 图1所示定时抢器的工作过程是:接通电源时,节目支持人将开关置于“清除”位置,抢答器处于禁止工作状态,编号显示器灭灯,定时器显示设定的时间,当主持持人宣布抢答题目后,说一声“抢答开始”,同时将控制开关拨到“开始”位置,抢答器处于工作状态,定时器倒计时,当定时时间到,却没有选手抢答时,输入电路被封锁,禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时,抢答器要完成下面几个工作:1优先编码电路立即分辨出抢答者的编号,并由锁存器进行锁存,然后有译码显示电路显示编号;2.制电路要对输入编码电路进行封锁,避免其他选手再次进行抢
11、答;3控制电路要使定时器停止工作,时间器上显示抢答时间,并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕后,主持人操作控制开关,使系统回复到禁止工作状态,以便进行下一轮抢答。第3章 单元电路的设计3.1抢答电路的基本原理抢答电路的功能有两个:一是能分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,供译码显示电路用;二是要使其他选手的按键操作无效。这里选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279完成上述功能,其电路图如图2所示。 图3-1 抢答电路其工作原理是:当主持人控制开关处于“清除”位置时,RS触发器的端为低电平,输出端(4Q1Q)全部为低电平。于是74LS48的=0,显示器灭灯;
12、74LS148的选通输入端=0,74LS148处于工作状态,此时锁存电路不工作,当主持人开关拨到“开始”位置时,优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态,即抢答器处于等待状态,等待输入端输入信号,当有选手将键按下时(如按下S5),74LS148的输出=011,=0,经RS锁存器后,CTR=1,BI=1,74LS279处于工作状态,4Q3Q2Q=100,经74LS48译码后,显示器显示出“4”,此外,CTR=1,使74LS148的端为高电平,74LS148处于禁止工作的状态,封锁的其他按键的输入。当按下的键松开后,74LS148的为高电平,但由于CTR维持高电平不变,所以74LS148仍处于禁止工
13、作状态,其他按键的输入信号不会被接受,这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后,有主持人操作控制开关S,使抢答电路复位,进行下一轮的抢答3.2定时电路的设计图3-2 定时电路原理及设计:该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数,通过译码电路74LS48显示到数码管上,其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数,由节目主持人根据抢答题的难易程度,设定一次抢答的时间,通过预置时间电路对计数器进行预置
14、,计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后,计数器开始减法计数工作,并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上,当有人抢答时,停止计数并显示此时的倒计时时间;如果没有人抢答,且倒计时时间到时,输出低电平到时序控制电路,控制报警电路报警,同时以后选手抢答无效。下面结合图4具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。结合图4,图中电容C的放电时间和充电时间分别为 ,于是从NE555的3端输出的脉冲的频率为,结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本,我们选择的电阻值为R1=15K,R2=68K,C=10uF,代入到上式中即得,即秒脉冲。 表3-1 555定时器功能表 ui1 ui2 uO T
15、的工作状态01 1 1 101 1 0 0导通截止 截止 导通 导通 图3-3 秒脉冲产生电路3.3 控制电路的设计 图3-4 定时和抢答电路的时序控制电路其工作原理是:主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时,来自抢答电路中RS锁存器的输出1Q=0,经G3反相,A=1,则从555输出端来的时钟信号CP能加到74HC390的CP0时钟输入端,定时电路进行加计时。同时,在定时时间未到时,则W=1,门G2的输出 =0,使 74LS148处于正常工作状态,从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时,1Q1,经 G3反相, A0,封锁 CP信号,定时器处于保持工作状态;同时,门G2的输出
16、 =1,74LS148处于禁止工作状态,从而实现功能的要求。当定时时间到时,则定时到信号为0,经图9锁存W =1,74LS148处于禁止工作状态,禁止选手进行抢答。同时, 门G1处于关门状态,封锁 CP信号,使定时电路保持0状态不变,实现了功能。第4章 元器件的选择该设计用到较多集成电路电路芯片,在此给出其管脚图和部分功能介绍:4.1 74LS279RS锁存器当R=1,S=0时,输出为0;当R=1,S=1时,锁存器具有保持功能,将输出一直保持为1,达到锁存的目的。 表4-1 74LS279 锁存器功能表输入1 2 输出 Q0 0 00 X 1X 0 11 1 01 1 1 1110没改变 图4
17、-1 74LS279锁存器引脚图4.2 74LS148 8线-3线优先编码器下图为74LS148的功能介绍,ST为使能端,控制芯片的工作;当无输入时,YEX=1,有输入时,YEX=0。其功能真值表如下 图4-2 74LS148的引脚图(a)和管脚图(b)图4-3 8线-3线优先编码器74LS148的逻辑图表4-2 74LS148功能输入输出0 1 2 3 4 5 6 72 1 0 1X X X X X X X X1 1 11 101 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 00X X X X X X X 00 0 0 0 10X X X X X X 0 10 0 1 0 10X X X X
18、X 0 1 10 1 0 0 10X X X X 0 1 1 10 1 1 0 10X X X 0 1 1 1 11 0 0 0 10X X 0 1 1 1 1 11 0 1 0 10X 0 1 1 1 1 1 11 1 0 0 100 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 1 4.3 74LS48七段显示译码器这是十进制(BCD)显示译码器,其中A1-A3是8421码的输入端,YA-YG是输入端,为7段显示器件提供驱动信号,显示器件根据输入的数据,分别显示数字0-9。其表如下图。表4-3 74LS48功能表十进制或功能BI/RBO输 出LTRBIa b c d e f g0123HHHH
19、H输 入HHHHH H H H H H LL H H L L L LH H L H H L HH H H H L L H4567HHHHD C B AHHHHL H H L L H HH L H H L H HL L H H H H HH H H L L L L891011HHHHH L L LH L L H H L H LH L H HHHHHH H H H H H HH H H L L H HL L L H H L HL L H H L L H12131415HHHHH H L LH H L HH H H LH H H HHHHH L H L L L H HH L L H L H HL L
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