電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)論文39886

1、本科生課程設(shè)計(jì)題 目： 智力競(jìng)賽搶答器 課 程： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化 總 目 錄第一部分：任務(wù)書 第二部分：課程設(shè)計(jì)報(bào)告第三部分：設(shè)計(jì)圖紙第 一 部 分任務(wù)書一、課程設(shè)計(jì)的目的本課程是在學(xué)完數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)、數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)之后，集中一周時(shí)間，進(jìn)行的復(fù)雜程度較高、綜合性較強(qiáng)的設(shè)計(jì)課題的實(shí)踐環(huán)節(jié)，通過該教學(xué)環(huán)節(jié)，要求達(dá)到以下目的： 1、使學(xué)生進(jìn)一步掌握數(shù)字電子技術(shù)的理論知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生工程設(shè)計(jì)能力和綜合分析問題、解決問題的能力； 2、使學(xué)生基本掌握常用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法，提高電子電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ?3、熟悉并學(xué)會(huì)選用電子元器件，為以后從事生產(chǎn)和科研工作打下一定的

2、基礎(chǔ)。二、課程設(shè)計(jì)的要求1、設(shè)計(jì)時(shí)要綜合考慮實(shí)用、經(jīng)濟(jì)并滿足性能指標(biāo)要求；2、必須獨(dú)立完成設(shè)計(jì)課題； 3、合理選用元器件； 4、按時(shí)完成設(shè)計(jì)任務(wù)并提交設(shè)計(jì)報(bào)告。 三、設(shè)計(jì)題目及內(nèi)容 智力競(jìng)賽搶答器（1）、搶答器為四路；（2）、顯示出最先搶答器的號(hào)碼；（3）、帶裁判員啟動(dòng)控制按鈕；（4）、裁判員啟動(dòng)，30秒后無組搶答，搶答器停止工作（應(yīng)顯示30秒遞減時(shí)間）。 四、設(shè)計(jì)要求 1、用中小型規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)出所要求的電路； 2、在實(shí)驗(yàn)箱上安裝、調(diào)試出所設(shè)計(jì)的電路。 3、寫出設(shè)計(jì)、調(diào)試、總結(jié)報(bào)告。 五、使用儀器設(shè)備 1、穩(wěn)壓電源(5v，15v)； 2、實(shí)驗(yàn)電路箱； 3、低頻信號(hào)發(fā)生器； 4、示波器 5、

3、pc機(jī) 六、參考文獻(xiàn) 1、“數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)”教材； 2、有關(guān)“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書”； 3、“集成電路特性應(yīng)用手冊(cè)”； 4、eda技術(shù)使用教程； 5、其他。第 二 部 分課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄1設(shè)計(jì)任務(wù)及要求72系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案82.1總體設(shè)計(jì)方案82.2方案特點(diǎn)83控制電路設(shè)計(jì)93.1控制電路工作原理93.2參數(shù)計(jì)算103.3器件選型104 振蕩電路設(shè)計(jì)114.1振蕩電路工作原理114.3器件選型125 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)135.1計(jì)數(shù)電路工作原理135.2參數(shù)計(jì)算145.3器件選型146 譯碼顯示電路設(shè)計(jì)156.1譯碼顯示電路工作原理156.2參數(shù)計(jì)算166.3器件選型167系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)17

4、7.1系統(tǒng)總體電路177.2 電路說明188電路調(diào)試198.1振蕩電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析198.2 計(jì)數(shù)電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析198.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析198.4 控制電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析198.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析2010器件明細(xì)清單23參 考 文 獻(xiàn)241設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1. 搶答器同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用4個(gè)按鈕k0 k4表示。2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)s，該開關(guān)由主持人控制。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在led數(shù)碼管上顯示,選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4. 搶

5、答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)開始鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí).5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，定時(shí)顯示器上顯示00。2系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1總體設(shè)計(jì)方案數(shù)字搶答器總體方框圖秒脈沖定時(shí)電路譯碼器主持人開關(guān)控制電路搶答按鈕譯碼器顯示器顯示器它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成，主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編碼，同時(shí)封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。

6、 2.2方案特點(diǎn) 如圖所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到清除狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器顯示“0”，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間“30”；主持人將開關(guān)置于“開始狀態(tài)，搶答器開始工作，定時(shí)器開始減倒計(jì)時(shí)。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作清除和開始狀態(tài)開關(guān)。若在30秒內(nèi)無人搶答，定時(shí)顯示器顯示“00”，封鎖搶答器。3控制電路設(shè)計(jì)3.1控制電路工作原理控制電路的單元電路圖 正沿雙d觸發(fā)器74ls74 : d觸發(fā)器功能，4號(hào)端子接高電平，1號(hào)端子接開關(guān)

7、，6號(hào)端子接輸出。六導(dǎo)向器74ls04：反相器功能。四輸入雙與非門74ls20：實(shí)現(xiàn)與非功能，1、2、4、5號(hào)端子輸入，6號(hào)端子輸出。二輸入四與非門74ls00：實(shí)現(xiàn)與非功能，12、13號(hào)端子輸入，11號(hào)端子輸出。工作原理：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清除”位置時(shí)候，各觸發(fā)器的都被置零，譯碼器輸入端為0000，數(shù)碼管顯示0。當(dāng)主持控制開關(guān)打在高電平后，即可進(jìn)行搶答，每個(gè)搶答選手操縱一個(gè)微動(dòng)開關(guān)，搶先按動(dòng)者按動(dòng)后，數(shù)碼管顯示搶答選手所對(duì)于的號(hào)碼，此時(shí)封鎖其他選手的選擇權(quán)，只有主持人按清零開關(guān)后，才可以解除封鎖。3.2參數(shù)計(jì)算由分析可知，若1先搶答，q1為“1”，q2、q3、q4必須均為“0”，所以d1

8、可以設(shè)定為q2的非和q3的非和q4的非的與非。同理d2、d3、d4。3.3器件選型正沿雙d觸發(fā)器74ls74四塊六導(dǎo)向器74ls04一個(gè)四輸入雙與非門74ls20一塊 二輸入四與非門（74ls00）一塊4 振蕩電路設(shè)計(jì)4.1振蕩電路工作原理74ls160是十進(jìn)制分頻，74ls74是二進(jìn)制分頻，4mhz的石英晶體經(jīng)過了六個(gè)十進(jìn)制分頻器和兩個(gè)二進(jìn)制分頻器后最后的頻率為1hz，即最后得到所需要的秒脈沖。4.2參數(shù)計(jì)算根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的4mhz的晶振，我們選用六個(gè)74ls160用作六級(jí)十倍分頻獲得4hz的方波信號(hào)，再選用兩個(gè)d觸發(fā)器用作兩級(jí)兩倍分頻獲得我們需要的1hz的方波信號(hào)作為秒脈沖信號(hào)，另外，我們

9、還用到容值分別為0.01uf和10pf的電容。4.3器件選型 十進(jìn)制分頻器7ls160六塊 二進(jìn)制分頻器74ls74一塊 反相器74ls04一塊 石英晶體一塊 電容10pf， 0.01uf各一個(gè) 電阻1k兩個(gè)5 計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)5.1計(jì)數(shù)電路工作原理計(jì)數(shù)電路的單元電路圖二輸入四與非門74ls00：實(shí)現(xiàn)與非功能，4、5號(hào)端子輸入，6號(hào)端子輸出。十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74192：可逆計(jì)數(shù)器功能，5、9、10、11、15號(hào)端子接高電平，14號(hào)端子接地，4號(hào)端子接第二片74192的7號(hào)端子。六倒相器74ls04： 反相器功能。四輸入雙與非門74ls20：與非門功能，9、10、12、13號(hào)端子接輸入，8號(hào)端子輸出

10、。工作原理：選用十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器（74192）進(jìn)行設(shè)計(jì).將個(gè)位置數(shù)為0000,十位數(shù)為0011,個(gè)位的bo端接到十位的down端,這樣,數(shù)碼管顯示的數(shù)可以從30減到0。主持人開關(guān)控制兩個(gè)計(jì)數(shù)器的置數(shù)端,當(dāng)主持人將開關(guān)打到低電平時(shí),就會(huì)置數(shù)在30。當(dāng)主持人開關(guān)打到開始按鈕（高電平）后,計(jì)數(shù)器開始工作,從30開始遞減。5.2參數(shù)計(jì)算要構(gòu)成30進(jìn)制計(jì)數(shù)器，首先將兩片192用并行進(jìn)位方式連成一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由于192是異步置數(shù)，所以計(jì)數(shù)器從30開始減到00時(shí)立即跳為30，即00為不穩(wěn)定狀態(tài)，正好計(jì)數(shù)器幾入了30個(gè)脈沖。所以我們把高位192置入3（即0011），低位置入0（即0000）。5.3器件選型二

11、輸入四與非門74ls00一塊十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74192兩塊六倒相器74ls04八塊四輸入雙與非門74ls20二塊6 譯碼顯示電路設(shè)計(jì)6.1譯碼顯示電路工作原理譯碼是把給定的代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的狀態(tài)。用于驅(qū)動(dòng)液晶數(shù)字顯示屏的cmos七段液晶顯示譯碼器，只要在它的輸入端輸入8、4、2、1碼，七段液晶顯示器就能顯示十進(jìn)制數(shù)字，如圖： bcd七段顯示譯碼器74ls48： 3、4、5號(hào)端子接高電平，6號(hào)端子接地，13、12、11、10、9、15、14號(hào)端子分別與數(shù)碼管的a、b、c、d、e、f、g相連。6.2參數(shù)計(jì)算當(dāng)a、b、c、d輸入端輸入信號(hào)經(jīng)過74ls48到達(dá)led上時(shí)，led就會(huì)顯示相應(yīng)的數(shù)字

12、。6.3器件選型led共陰七段數(shù)碼管三塊bcd七段顯示譯碼器74ls48三塊7系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)7.1系統(tǒng)總體電路7.2 電路說明主持人開關(guān)有工作和清零兩個(gè)工作狀態(tài)，其中工作時(shí)開關(guān)處在高電平，清零則處在低電平。當(dāng)主持人將開關(guān)置于低電平端時(shí)，觸發(fā)器被清零，該電路部分的數(shù)碼顯示管顯示數(shù)字“0”；與此同時(shí)，倒計(jì)時(shí)部分電路被置數(shù)為三十秒，該電路部分的數(shù)碼顯示管顯示數(shù)字“3”和“0”并隨著cp脈沖逐秒遞減。倒計(jì)時(shí)電路逐秒遞減的條件是主持人開關(guān)處在工作的高電平狀態(tài)，且有秒脈沖送進(jìn)來。而秒脈沖又受到其他兩個(gè)因素的控制：（1）搶答電路只要且只要有一個(gè)搶答開關(guān)工作秒脈沖就將被鎖定，時(shí)間顯示電路將停止工作，數(shù)碼管示

13、數(shù)也將被鎖定不變；（2）主持人開關(guān)啟動(dòng)搶答功能三十秒后仍然沒人搶答，則秒脈沖同樣被鎖定，時(shí)間顯示電路也將停止工作，數(shù)碼管示數(shù)將被鎖定在“0”和“0”狀態(tài)。秒脈沖一旦被鎖定，倒計(jì)時(shí)部分電路就將停止工作，同時(shí)會(huì)給搶答電路提供一個(gè)封鎖搶答功能的高電平信號(hào)，這是搶答器將不能實(shí)現(xiàn)搶答功能，需要主持人重新清零之后，這兩部分的電路才能重新工作。8電路調(diào)試8.1振蕩電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前繪制的電路原理圖在電腦軟件上接線，并仔細(xì)檢查之后將脈沖信號(hào)的輸出端接電腦軟件上的小燈泡，同時(shí)用導(dǎo)線將標(biāo)準(zhǔn)1hz的脈沖信號(hào)接到另一個(gè)小燈泡上，接通電源，觀察兩個(gè)小燈泡的閃爍頻率。實(shí)際觀察結(jié)果：小燈泡閃爍頻率相同

14、，得到所需要的秒脈沖。8.2 計(jì)數(shù)電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前繪制的電路原理圖在面包板上接線，并仔細(xì)檢查之后，接入標(biāo)準(zhǔn)1hz脈沖信號(hào)，接通電源，觀察該部分電路中的數(shù)碼管數(shù)字顯示。實(shí)際觀察結(jié)果：剛開始的時(shí)候，由于粗心所致，第一片192的4端子和第二片192的7端子沒有連起來，所以導(dǎo)致集成塊不能正常工作，后來經(jīng)過檢查改正后，數(shù)碼管從30開始遞減到0，然后鎖定在0處不變，符合要求。8.3 譯碼顯示電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析（該部分內(nèi)容已經(jīng)包括在計(jì)數(shù)電路和搶答電路中）8.4 控制電路調(diào)試及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析根據(jù)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室之前繪制的電路原理圖在面包板上接線，并仔細(xì)檢查之后 ，接通電源，觀察該部分電碼數(shù)

15、字管顯示。 實(shí)際觀察結(jié)果：觀察結(jié)果正常，當(dāng)主持人清0時(shí)，數(shù)碼管顯示為0，當(dāng)搶答選手按動(dòng)自己所對(duì)應(yīng)的開關(guān)后，數(shù)碼管顯示所對(duì)應(yīng)選手的號(hào)碼，此時(shí)其他選手按動(dòng)自己的開關(guān)后，數(shù)碼管顯示的數(shù)字不會(huì)因此而改變。剛開始，在接好線之后不管怎么檢查，數(shù)碼管總是不亮，后來才發(fā)現(xiàn)原來是因?yàn)閿?shù)碼管的38線沒有接。待我們接好之后，控制電路部分就開始正常工作了。8.5 系統(tǒng)聯(lián)調(diào)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析將搶答電路部分和計(jì)數(shù)（倒計(jì)時(shí)）電路部分按照實(shí)驗(yàn)電路原理圖連接起來，秒脈沖用數(shù)字邏輯箱上的標(biāo)準(zhǔn)1hz脈沖代替，認(rèn)真仔細(xì)檢查之后，接通電源。實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析：當(dāng)主持人清0時(shí)，控制電路部分的數(shù)碼管顯示0，計(jì)數(shù)部分的數(shù)碼管顯示30，主持人開關(guān)打到高

16、電平后。如果有選手搶答，控制部分的數(shù)碼顯示管會(huì)顯示該選手的序號(hào)，與此同時(shí)30秒倒計(jì)時(shí)開始。而如若在他之后又有其他的選手搶答，計(jì)數(shù)部分則不會(huì)有顯示,倒計(jì)時(shí)部分也不會(huì)有影響。30秒倒計(jì)時(shí)結(jié)束后指示燈自動(dòng)亮。 9改進(jìn)意見及收獲體會(huì)改進(jìn)意見:整個(gè)電路邏輯性比較強(qiáng),但還是有些值得改進(jìn)的地方：用優(yōu)先編碼器代替與非門,將所要的數(shù)據(jù)傳入譯碼器,可以減少電路接線的復(fù)雜性，還可以加強(qiáng)電路的邏輯功能,可以用555接成報(bào)警器電路，當(dāng)選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在led數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。在接線的過程中，所接的線顯得雜亂，可以在接線的過程中適當(dāng)減少接線的數(shù)量，改善布線格局，提高面包板上的美觀度

17、。收獲體會(huì)：這一周的課程設(shè)計(jì)既充滿了艱辛又充滿了歡笑，我再次體會(huì)到了書到用時(shí)方恨少的感覺，同樣也體會(huì)到了知識(shí)的偉大性，這是我第一次將知識(shí)成功轉(zhuǎn)化為實(shí)物，我將永遠(yuǎn)銘記。同時(shí)也明白了團(tuán)結(jié)協(xié)作的重要性,要想取得成功單靠一個(gè)人的力量是不夠的,合作使一家一大于二!說實(shí)話剛拿到課程設(shè)計(jì)任務(wù)的時(shí)候就懵了,以前從未做過這么復(fù)雜的電路,感覺無從下手,但是晚上還得硬著頭皮做,看書翻資料,上網(wǎng)查閱,能用的方法都用了一遍,一個(gè)小單元一個(gè)小單元的接,奮戰(zhàn)到晚上十二點(diǎn)多終于搭出了一個(gè)完整的電路,但是,功能不全,仿真結(jié)果也不正確,第二天我們又去找各學(xué)霸,高手請(qǐng)教,然后我們小組成員再深入探討,收獲與付出是成正比的,周日下午我

18、們用multisim軟件仿真成功了。呵呵，這是第一個(gè)小高潮！接下來是最為重要的部分，也是考驗(yàn)一個(gè)人細(xì)心謹(jǐn)慎與耐力和體力的時(shí)候。我們打算先接三十秒那一部分，可是，剛接好準(zhǔn)備測(cè)試接好電源，一片74192竟然冒煙了，趕緊中止，魯波回去問班長又要了兩塊，我檢查線路，最后只得全部拆掉重新連接。這是第一個(gè)打擊。但是當(dāng)計(jì)數(shù)電路連好之后卻發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管永遠(yuǎn)鎖定在30不變,與秒脈沖信號(hào)沒有任何關(guān)系。后來經(jīng)過我們一條線一條線地排查，發(fā)現(xiàn)第一片192的4號(hào)端子和第二片192的7號(hào)端子沒有接，我們滿懷期待地連好這根線之后，滿以為計(jì)數(shù)電路完成了，可讓我們幾個(gè)大跌眼鏡的是：顯示數(shù)碼管仍然停在30不變化。我們一致認(rèn)為是192的

19、片子壞了，換了兩次，可是還是不管用。正好這時(shí)已經(jīng)快晚上7:00了，我們肚子實(shí)在是餓的得受不了了，便跑到食堂去吃晚飯，等我們吃完晚飯回到實(shí)驗(yàn)室之后，無意間調(diào)試了一下計(jì)數(shù)電路，竟然發(fā)現(xiàn)有用了?！氨娎飳にО俣?，驀然回首，那人卻在燈火闌珊處”啊，每人一個(gè)人擁抱，這是第二個(gè)小高潮。在接到最后一部分的時(shí)候已經(jīng)晚上九點(diǎn)多了，還有想到明天早上的時(shí)候就可以直接給老師驗(yàn)收搶答器，興奮緊張導(dǎo)致較簡(jiǎn)單的一部分又出問題了，最后一個(gè)顯示器總是不亮，我們反復(fù)檢查后發(fā)現(xiàn)線路并沒有接錯(cuò)，那是什么原因呢？幾遍下來都快沒耐心了，趴在桌子上無聊的看著這些線，突然腦子一靈光，我發(fā)現(xiàn)最后一個(gè)數(shù)碼管的38線沒有接地，我很確信就是這個(gè)問題

20、，因?yàn)榻拥谝徊糠值臅r(shí)候也出現(xiàn)了這個(gè)問題，于是我屏住呼吸，將38線輕輕地接好了地，手近乎顫抖的。打開開關(guān)、調(diào)試，成功了！成功了！我們幾個(gè)激動(dòng)地大叫了起來，我們小心翼翼的把板子藏起來，生怕有人給我們弄壞了，藏好后，高杰又要拿出來拍照各種pose，各種喜悅，各種成就感，咔，咔，咔！這次課程設(shè)計(jì)在相機(jī)的咔嚓聲中結(jié)束。總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)，可以用“山窮水盡疑無路，柳暗花明又一村”來形容了。每一部分電路的連接都不是那么順利，總是將導(dǎo)線拆了又接，接了又拆，反反復(fù)復(fù)，才接完的，雖然犧牲了端午假期，少了一次游玩的機(jī)會(huì)，但是卻收獲頗豐，值了！通過這次課程設(shè)計(jì)，我更加深深地感受到了團(tuán)隊(duì)的力量，一個(gè)人的能力再怎么強(qiáng)，始終是“眾人拾柴火焰高”的，所以我要真心感謝年老師的悉心指導(dǎo)、吳晗的熱心協(xié)助、以及我們組員的全身心