數(shù)電課程設(shè)計(jì)——四人搶答器

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)</p><p>　　課程名稱(chēng)：數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)</p><p>　　設(shè)計(jì)題目： 四人搶答器 </p><p>　　院 系： 電子信息與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué)生姓名： </p>

2、<p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 電子信息工程2010級(jí)1班 </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　2012年5月25日</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)</p><

3、p><b>　　四人搶答器</b></p><p>　　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(hào)到來(lái)，超時(shí)而無(wú)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(hào)；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)

4、器（74LS175），二輸入四與非門(mén)74LS00，四輸入雙與門(mén)（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(lái)實(shí)現(xiàn)；顯示電路用七段共陽(yáng)極數(shù)碼管和譯碼器（74LS47）來(lái)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(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。</p><p>　　關(guān)鍵詞： 四人搶答器；搶答信號(hào)；聲光報(bào)警；定時(shí)電路

5、 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)背景 ……………………………………………………………………1</p><p>　　1.1學(xué)習(xí)并進(jìn)一步了解數(shù)字電路 ………………………………………………1</p><p>　　1.2脈沖發(fā)生電路基本構(gòu)成及作用…………………………………………

6、1</p><p>　　2.設(shè)計(jì)方案……………………………………………………………………1</p><p>　　2.1任務(wù)分析……………………………………………………………………1</p><p>　　2.2方案論證……………………………………………………………………1</p><p>　　3.方案實(shí)施 …………………………………………………

7、………………2</p><p>　　3.1原理圖設(shè)計(jì)…………………………………………………………………2</p><p>　　3.2電路仿真……………………………………………………………………5</p><p>　　3.3 PCB制作 ……………………………………………………………………6</p><p>　　3.4 安裝與調(diào)試 ………………

8、………………………………………………6</p><p>　　4.結(jié)果與結(jié)論…………………………………………………………………7</p><p>　　5.收獲與致謝…………………………………………………………………7</p><p>　　6.參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………8</p><p>　　7.附件 ……………

9、……………………………………………………………9</p><p>　　7.1電路原理圖…………………………………………………………………9</p><p>　　7.2 PCB布線圖………………………………………………………………10</p><p>　　7.3 元器件清單………………………………………………………………10</p><p>&

10、lt;b>　　1. 設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　1.1學(xué)習(xí)并進(jìn)一步了解數(shù)字電路</p><p>　　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(mén)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(shí)。不僅明白它們功能而且知道它們內(nèi)部的工作原理，為靈活運(yùn)用這些器件打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。也讓我們對(duì)數(shù)字電子技術(shù)有了整體的認(rèn)識(shí)，它一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路

11、、時(shí)鐘電路和電源等。</p><p>　　通過(guò)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(shí)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)用打下了基礎(chǔ)。</p><p>　　1.2脈沖發(fā)生電路基本構(gòu)成及作用</p><p>　　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)

12、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)分頻后形成各種時(shí)鐘脈沖電路的作用下來(lái)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。</p><p><b>　　2. 設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　2

13、.1任務(wù)分析</b></p><p>　　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(lái)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(guò)邏輯分析設(shè)計(jì)如何實(shí)現(xiàn)其整體功能。</p><p><b>　　2.2方案論證</b

14、></p><p>　　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(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?、報(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

15、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1HZ，來(lái)得到我們所要的時(shí)間信號(hào)，用此信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器來(lái)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

16、，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(mén)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(mén)經(jīng)與門(mén)后連到4D觸發(fā)器的CLK（鎖存控制端），由</p><p><b>　　3. 方案實(shí)施</b></p><p><b>　　3.1原理圖設(shè)計(jì)</b></p><p>　　選擇合適的數(shù)字器件，m

17、ultisim軟件繪制各單元的邏輯電路圖。</p><p><b>　　1、顯示電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　圖1 顯示電路</b></p><p>　　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(lái)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。</p&

18、gt;<p>　　2、多諧振蕩器電路設(shè)計(jì) </p><p>　　圖2 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路</p><p>　　表1 555定時(shí)器的功能表</p><p>　　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

19、電壓在VT+與VT-之間往復(fù)振動(dòng)，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(mén)=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。</p><p><b>　　3、報(bào)警電路設(shè)計(jì)</b></p><

20、p>　　圖3 由LED和蜂鳴器構(gòu)成的報(bào)警電路</p><p>　　報(bào)警電路實(shí)際連接時(shí)0端沒(méi)有直接接地，而是由4D觸發(fā)器的四個(gè)~Q端口進(jìn)行與運(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。</p><p><b>　　4、時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　圖4 時(shí)鐘電路</b><

21、;/p><p>　　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(hào)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(hào)與1Hz的時(shí)鐘脈沖經(jīng)過(guò)與非門(mén)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)了10秒倒計(jì)時(shí)，實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘設(shè)計(jì)。</p><p><

22、b>　　5、搶答電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　圖5 搶答電路</b></p><p>　　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)器將其信號(hào)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(hào)經(jīng)過(guò)兩

23、個(gè)與非門(mén)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。</p><p><b>　　3.2 電路仿真</b></p><p>　　在各單元電路設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，用Multisim軟件把各單元電路連接起來(lái)，畫(huà)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(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

24、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。</p><p><b>　　圖6 電路仿真圖</b></p><p><b>　　3.3 PCB制作</b></p><p>　　1、單位采用公制單位（mm）。</p&

25、gt;<p>　　2、電源線和地線采用0.6mm,如果從兩個(gè)焊盤(pán)中間穿過(guò)時(shí)用0.4mm。.</p><p>　　3、信號(hào)線采用0.5mm。如果從兩個(gè)焊盤(pán)中間穿過(guò)時(shí)用0.4mm。</p><p>　　4、 焊盤(pán)的內(nèi)徑用0.9mm。外徑根據(jù)需要進(jìn)行修改，一般為X方向1.6 mm，Y方向2.0mm， 或是X方向2.0 mm，Y方向1.6mm。</p><p&

26、gt;　　5、過(guò)孔的大小和焊盤(pán)的設(shè)置一樣。</p><p>　　6、數(shù)碼管的封裝采用上下的封裝形式。</p><p>　　7、PCB板制作的大小緊湊、美觀。</p><p>　　PCB大小選用10*15（單位CM）（實(shí)際布線范圍應(yīng)比所選規(guī)格要?。?。</p><p><b>　　3.4 安裝與調(diào)試</b></p>

27、;<p>　　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(guò)程中不要和銅融合以防止短路，另外本次試驗(yàn)中時(shí)鐘脈沖開(kāi)關(guān)采用六角封裝，信信號(hào)脈沖開(kāi)關(guān)采用四角封裝，因此在安裝過(guò)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)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

28、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)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。 </p><p><b>

29、;　　4. 結(jié)果與結(jié)論</b></p><p>　　在電路設(shè)計(jì)的過(guò)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(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

30、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)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。</p><

31、p><b>　　5. 收獲與致謝</b></p><p>　　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

32、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。加深了我們對(duì)組合邏輯電路與時(shí)序邏輯電路的認(rèn)識(shí)，進(jìn)一步增進(jìn)了對(duì)一些常見(jiàn)邏輯器件的了解。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、

33、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。</p><p>　　感謝老師在課程設(shè)計(jì)中給我們的指導(dǎo)，感謝學(xué)校為我們提供實(shí)踐的機(jī)會(huì)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(shí)到了自己的不足。</p><p><b>　　6. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]童詩(shī)白.模

34、擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：高等教育出版社，2005. </p><p>　　[2]臧春華.電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社，2005.</p><p>　　[3]邱關(guān)源，羅先覺(jué).電路（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[4]閻 石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）[M].北京：高等教育出版社，2005.</p>

35、<p>　　[5]張陽(yáng)天，韓異凡. Protel DXP電路設(shè)計(jì)[M].北京：高等教育出版社，2005.</p><p>　　7. 附件 </p><p><b>　　7.1電路原理圖</b></p><p>　　電路原理圖如圖7所示。</p><p><b>　

36、　圖7 電路原理圖</b></p><p>　　7.2 PCB布線圖</p><p>　　PCB布線圖如圖8所示。</p><p>　　圖8 PCB布線圖</p><p><b>　　7.3 元器件清單</b></p><p>　　元器件清單如表2所示。</p><