數(shù)電課程設(shè)計-觸碰抽獎機

1、-作者xxxx-日期xxxx數(shù)電課程設(shè)計-觸碰抽獎機【精品文檔】鄭州科技學(xué)院數(shù)字電子課程設(shè)計題 目 觸碰抽獎機的設(shè)計 學(xué)生姓名 黃聰 專業(yè)班級 電氣工程及其自動化4班學(xué) 號 201347103 院 （系） 電氣工程學(xué)院 指導(dǎo)教師 王曉冬 完成時間 2016 年 3 月 25 日 【精品文檔】目 錄1 設(shè)計目的12 設(shè)計的任務(wù)與要求12.1 設(shè)計任務(wù)1 2.2 功能要求12.3 設(shè)計要求23 電路設(shè)計方案與論證24元器件功能說明34.1 74LS16134.2 74LS4844.3 七段數(shù)碼管65 制作與調(diào)試75.1 電路仿真75.2 硬件電路制作與調(diào)試76 總結(jié) 9參考文獻10附錄1：總體電路

2、原理圖11附錄2：元器件清單12附錄3：實物圖131 設(shè)計目的（1）鞏固和加深對電子電路基本知識的理解，提高綜合運用本課程所學(xué)知識的能力。（2）培養(yǎng)根據(jù)課題需要選學(xué)參考書籍,查閱手冊、圖表和文獻資料的自學(xué)能力。通過獨立思考，深入鉆研有關(guān)問題，學(xué)會自己分析并解決問題的方法。（3）通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計計算和選取元器件；初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。（4）能夠正確使用實驗儀器進行電路的調(diào)試與檢測； （5）使用適當(dāng)?shù)能浖M行仿真，提高電路仿真分析及操作能力； （6）了解與課題有關(guān)的電子電路以及元器件的工程技術(shù)規(guī)范，能按設(shè)計任務(wù)書的要求，編寫設(shè)計說明書，正確地反映設(shè)計與實

3、驗的成果，正確地繪制電路圖等。2 任務(wù)與要求2.1 設(shè)計任務(wù) 通過觸碰產(chǎn)生觸發(fā)，計數(shù)器47LS161在觸發(fā)脈沖的作用下產(chǎn)生計數(shù)，經(jīng)過與非門74LS00的反饋使得計數(shù)器逢十進位。計數(shù)器的計數(shù)方式采用8421BCD的編碼形式，將輸出信號傳給譯碼器74LS48，譯碼器將計數(shù)器的輸出信號轉(zhuǎn)換為七段數(shù)碼管的數(shù)碼信號，經(jīng)過數(shù)碼管顯示出相應(yīng)的數(shù)字。產(chǎn)品由兩塊相同的計數(shù)譯碼相級連，從而實現(xiàn)099之間的數(shù)位跳轉(zhuǎn)，以達到隨機數(shù)的功能。2.2 功能要求1.使用74LS161、74LS48、74LS00七段數(shù)碼管等要求能夠?qū)崿F(xiàn)接觸式的隨機數(shù)產(chǎn)生功能；2.用手接觸硬幣時，數(shù)碼管示數(shù)快速跳轉(zhuǎn)以產(chǎn)生隨機效果；3.停止接觸時

4、，數(shù)碼管穩(wěn)定顯示一個099之間的隨機數(shù)。2.3 設(shè)計要求（1）分析設(shè)計要求，明確性能指標。必須仔細分析課題要求、性能、指標及應(yīng)用環(huán)境等，構(gòu)思出各種總體方案，繪制結(jié)構(gòu)框圖。（2）確定合理的總體方案。對各種方案進行比較，以電路的先進性、結(jié)構(gòu)的繁簡、成本的高低及制作的難易等方面作綜合比較，敲定可行方案。（3）設(shè)計各單元電路。總體方案化整為零，分解成若干子系統(tǒng)或單元電路，逐個設(shè)計。（4）組成系統(tǒng)。在一定幅面的圖紙上合理布局，通常是按信號的流向，采用左進右出的規(guī)律擺放各電路，并標出必要的說明。3 設(shè)計方案與論證74LS161芯片為一8421BCD編碼的計數(shù)器，除了具有普通四位二進制加法計數(shù)器的功能外，還

5、具有可編程計數(shù)器的編程功能，使用靈活方便。編程方法有兩種：一是由計數(shù)器的不同輸出組合來實現(xiàn)控制計數(shù)器模；另一種是通過改變計數(shù)器的預(yù)置輸入數(shù)據(jù)來改變計數(shù)器的模。既可以從零開始計數(shù)，也可以從非零開始計數(shù)。設(shè)計方案：通過用手接觸面板上的硬幣給以觸發(fā)，將觸發(fā)信號傳給計數(shù)器74LS161，再將計數(shù)信號傳給譯碼器74LS48，譯碼器再將譯碼過的信號經(jīng)過數(shù)碼管顯示。電路運行框圖如圖3-1 譯碼器計數(shù)器 數(shù)碼管顯示觸發(fā)圖 3-1 電路運行流程框圖4 各元件功能說明 芯片74LS16174LS161為二進制同步計數(shù)器，具有同步預(yù)置數(shù)、異步清零以及保持等功能。74LS161的功能表如下表4-1表4-1 74LS1

6、61功能表輸 入輸 出CTrCTpCPD0D1D2D3Q0Q1Q2Q30000010d0d1d2d3d0d1d2d31111計 數(shù)110保 持110保 持注：QCC= CTrQ0Q1Q2Q3 從功能表的第一行可知，當(dāng)0（輸入低電平），則不管其他輸入端（包括CP端）狀態(tài)如何，四個數(shù)據(jù)輸出端Q0、Q1、Q2、Q3全部清零。由于這一清零操作不需要時鐘脈沖CP配合（即不管CP是什么狀態(tài)都行），所以為異步清零端，且低電平有效，也可以說該計數(shù)器具有“異步清零”功能。從功能表的第二行可知，當(dāng)1且0時，時鐘脈沖CP上升沿到達，四個數(shù)據(jù)輸出端Q0、Q1、Q2、Q3同時分別接收并行數(shù)據(jù)輸入信號d0、d1、d2、d

7、3。由于這個置數(shù)操作必須有CP上升沿配合，并與CP上升沿同步，所以稱那么該芯片具有“同步置數(shù)”功能。從功能表的第三行可知，當(dāng)1，CTrCTp1時，則對計數(shù)脈沖CP實現(xiàn)同步十進制加計數(shù)；而從功能表的第四行又知道，當(dāng)1時，只要CTr和CTp中有一個為0，則不管CP狀態(tài)如何（包括上升沿），計數(shù)器所有數(shù)據(jù)輸出都保持原狀態(tài)不變。因此，CTr和CTp應(yīng)該為計數(shù)控制端，當(dāng)它們同時為1時，計數(shù)器執(zhí)行正常同步計數(shù)功能；而當(dāng)它們有一個為0時，計數(shù)器執(zhí)行保持功能。另外，進位輸出Qcc= CTrQ0Q1Q2Q3表明，進位輸出端僅當(dāng)計數(shù)控制端CTr1且計數(shù)器狀態(tài)為15時它才為1，否則為0。 芯片74LS48譯碼驅(qū)動器在

8、數(shù)字顯示系統(tǒng)中，用顯示器把字符顯示出來，就需要將代表具體數(shù)字符號的二進制代碼，經(jīng)譯碼器、驅(qū)動顯示器顯示出個字段。譯碼器的類型有很多，本方案只涉及用于LED數(shù)碼管的8421BCD碼7段譯碼器74LS48，這種譯碼器是常用的中規(guī)模集成芯片，內(nèi)部帶有驅(qū)動電路，使用時無需再接驅(qū)動電路。74LS48（輸出高電平有效）配共陰極的LED數(shù)碼管，其輸出各段可直接與數(shù)碼管各段相連接。一、74LS48的引腳如圖4-2圖 4-1 74LS48引腳圖二、各使能端的功能說明：:測燈輸入端。=0時，顯示各段都亮，主要用來檢查74LS48及顯示器好壞。：動態(tài)滅零輸入端。=1條件下，當(dāng)=0且輸入數(shù)碼DCBA=0000時，顯示

9、器各段全滅，當(dāng)輸入數(shù)碼非零時，正常譯碼顯示。：靜態(tài)滅燈輸入使能端。只要=0，無論輸入數(shù)據(jù)如何，譯碼器各段輸出全為低電平，顯示器滅燈。RBO：動態(tài)滅零輸出端。在不使用功能時，/RBO為輸出使能，只有在譯碼器實現(xiàn)動態(tài)滅零時，RBO=0，否則RBO=1。實現(xiàn)整數(shù)位的消隱，是將高位的/RBO接到低位的端；實現(xiàn)小數(shù)點位的零消隱，是將低位的/RBO接到相鄰高位的端。三、74LS48的功能表如圖4-2表 4-2 74LS48功能表 七段數(shù)碼管共陰極數(shù)碼管是一類數(shù)字形式的顯示屏，通過對其不同的管腳輸入相對的電流，會使其發(fā)亮，從而顯示出數(shù)字能夠顯示時間、日期、溫度等所有可用數(shù)字表示的參數(shù)。由于它的價格便宜、使用

10、簡單、在電器，特別是家電領(lǐng)域應(yīng)用極為廣泛，空調(diào)、熱水器、冰箱等等。絕大多數(shù)熱水器用的都是數(shù)碼管，其他家電也用液晶屏與熒光屏。一、數(shù)碼管的驅(qū)動方式1.直流驅(qū)動是指每個數(shù)碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅(qū)動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅(qū)動。優(yōu)點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多。2.七段數(shù)碼管動態(tài)顯示驅(qū)動是將所有數(shù)碼管通過分時輪流控制各個數(shù)碼管的控制端，就使各個數(shù)碼管輪流受控顯示。將每個數(shù)碼管的公共極增加位選通控制電路，位選通由各自獨立的I/O線控制，當(dāng)單片機輸出字形碼時，所有數(shù)碼管都接收到相同的字形碼，但究竟是那個數(shù)碼管會顯示出字形，取決于單片機對位選通

11、控制端電路的控制。二、七段數(shù)碼管引腳圖圖 4-2 七段數(shù)碼管結(jié)構(gòu)圖圖中（a）為共陰極數(shù)碼管，（b）中左邊為共陰極數(shù)碼管結(jié)構(gòu)，右邊為共陽極數(shù)碼管結(jié)構(gòu)。5 制作與調(diào)試5.1 電路仿真 在電子仿真實驗室用Multisim軟件進行電路仿真實驗，Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。通過直觀的電路圖捕捉環(huán)境,輕松設(shè)計電路。仿真模擬實驗避免了實物實驗的危險性，損壞性以及能源損耗性。在仿真電路中，當(dāng)開關(guān)J1閉合接觸一下再彈起時，數(shù)碼管就會在原

12、來數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上加一。其仿真電路如圖5-1。圖 5-1 實驗仿真電路圖5.2 硬件電路制作與調(diào)試一、硬件制作1. 元器件焊接之前先用萬用表分別檢測電阻、數(shù)碼管和各個芯片等電子元器件是否損壞；2. 按技術(shù)要求和焊盤間距對元器件的引腳成形，將元器件各個引腳按需要彎曲直角或其它要求；3. 將元器件按照電路圖中的位置插入萬能板；4. 按電路圖連接線路，焊接電子元器件；5. 半導(dǎo)體元件的焊接最好采用較細的低溫焊絲，為防止烙鐵溫度過高而燒毀半導(dǎo)體元件，烙鐵在焊接處停留的時間不宜過長,元器件的焊接時最好控制在23秒；二、硬件的調(diào)試通電前，首先直觀檢查電路各部分接線是否正確，檢查電源、地線、信號線、元器件引腳之

13、間有無短路，器件有無接錯。接入電路所要求的電源電壓，觀察電路中各部分器件有無異?，F(xiàn)象。如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象，則應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新通。路圖連線，按一定順序安裝好的線路，這樣比較容易查出哪里有錯誤。按連線是否正確，按照電路圖檢查安裝的線路。把每個元件引腳的連線一次查清，檢查每個去處在電路圖上是否存在，這種方法不但可以查出錯線和少線，還容易查出多線。為了防止出錯，對于已查過的線通常應(yīng)在電路圖上做出標記。把經(jīng)過準確測量的電源接入電路。觀察有無異?，F(xiàn)象，包括有無元件發(fā)熱，甚至冒煙有異味電源是否有短路現(xiàn)象等；如有此現(xiàn)象，應(yīng)立即斷電源，待排除故障后才能通電。若故障排查后電路無異?，F(xiàn)象在供電電壓

14、正常的前提下，可由前級至后逐級測量各級輸出端有無變化的電壓信號，以判斷電路各級工作狀態(tài)。這時需要用萬用表測量各元器件兩端的電壓及其電流是否達到工作有效值，根據(jù)電路實際情況適當(dāng)調(diào)整電路中元器件的參數(shù)。參數(shù)調(diào)節(jié)完成后電路正常工作，當(dāng)用手接觸電路面板正面的硬幣時，就相當(dāng)于給芯片一個觸發(fā)脈沖，但由于人體相當(dāng)于一個大電容，將對電路產(chǎn)生一個干擾，正是由于這個干擾，使得芯片的脈沖輸入端產(chǎn)生頻率很快而且又不穩(wěn)定的跳變，使得計數(shù)器以很快的頻率計數(shù)。當(dāng)手松開時，計數(shù)器計數(shù)停止，數(shù)碼管顯示的數(shù)相當(dāng)于從099中隨機產(chǎn)生的一個數(shù)。6 總結(jié)在本次課程設(shè)計中，通過一周的數(shù)字電路課程設(shè)計與實踐，我學(xué)到了很多。這次課程設(shè)計是對

15、知識的全新理解和鞏固，讓我重新感受到了電子技術(shù)在實際中的應(yīng)用，也讓我學(xué)會了如何將學(xué)到的知識應(yīng)用到實踐中去，進一步熟悉了一些基本的的數(shù)字電路的設(shè)計、仿真與焊接等基本技能，我在設(shè)計時也在不斷的學(xué)習(xí)，了解每一個器件的結(jié)構(gòu)、工作原理及其運用。在此期間我還學(xué)到了很多關(guān)于電子技術(shù)的相關(guān)知識，同時也更加清晰的明白了一些元件在電路中的作用以及它的工作原理，只有在實踐中才能真正體會到它的作用。任何一個課題包含的專業(yè)知識點都是很多的，我們只有很熟練的完成自己的每一個課題，才能完全的掌握自己所學(xué)到的專業(yè)知識。整個實訓(xùn)課程設(shè)計中也遇到了不少的問題與苦惱。首先是電路觸發(fā)機制沒搞明白，以至于電路仿真連續(xù)失敗，再到后來的焊

16、接調(diào)試，整個過程都是非常的艱辛。由此我感受到了一件電子產(chǎn)品的設(shè)計與生產(chǎn)并不是一件容易的事，它需要有很高的知識水平和專業(yè)素養(yǎng)。有很多的問題都需要靠自己不斷地學(xué)習(xí)才能解決的了，只有通過不斷地學(xué)習(xí)才能提高了自己獲得新知識的能力。一件電子產(chǎn)品的設(shè)計與制作必須要求嚴謹?shù)目茖W(xué)態(tài)度和認真對待每一個細節(jié)的精神，這樣才能按部就班的把一件產(chǎn)品做好。一分耕耘，一份收獲，只有不怕艱難的去探索才能沿著科技的軌道走的更遠。參考文獻1 電氣工程學(xué)院編寫.數(shù)字M.希望電子出版社.20033 陳光明. 電子技術(shù)課程設(shè)計與綜合實訓(xùn)M. 北京：北京航空航天大學(xué)出版社，20074 張新喜. Multisim 10電路仿真及應(yīng)用M. 北京：機械工業(yè)出版社，20115 張瑜璞. 電子技術(shù)課程設(shè)計M6 江曉安，董秀峰. 數(shù)字電子技術(shù)（第三版）M. 西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20087 夏路易 石宗