四人搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)課程名稱(chēng)： 設(shè)計(jì)題目: 院 系： 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專(zhuān)業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 2011年5月 27日課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)設(shè)計(jì)題目四人搶答器學(xué)生姓名王發(fā)亮所在院系電子信息與電氣工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)、年級(jí)、班2009級(jí)自動(dòng)化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(kāi)關(guān)；2、設(shè)置一個(gè)搶答開(kāi)始按鍵，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(hào)到來(lái)，超時(shí)而無(wú)人搶答題目作廢；3、系統(tǒng)具有第一搶答信號(hào)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(hào)，即

2、其他任何一組的搶答信號(hào)都不會(huì)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)四人搶答器的工作原理，并利用multisim軟件進(jìn)行電路仿真。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(duì)電路進(jìn)行安裝、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(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.北京：高等教育出版社，2005. 2臧春華.電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)與應(yīng)用m.北京:高等教育出版社,2005.3邱關(guān)源 羅先覺(jué).電路（第五版）m.北京：高等教育出版社，2006.4閻 石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）m.北京：高等

3、教育出版社，2005.5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.工作計(jì)劃： 5月16號(hào)18號(hào)完成原理圖的設(shè)計(jì)；5月19號(hào)22號(hào)進(jìn)行pcb設(shè)計(jì)；5月23號(hào)25號(hào)制作pcb板；5月26號(hào)27號(hào)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： 2010 年 5 月 16 日任務(wù)完成日期： 2010 年 5 月 27 日指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）： xxx四人搶答器摘 要：由計(jì)數(shù)器74ls192,555定時(shí)器，bcd7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動(dòng)器74ls247，共陽(yáng)極數(shù)碼管，雙d觸發(fā)器74ls74共同組合成10秒倒計(jì)時(shí)的時(shí)鐘電路。用四d觸發(fā)器74ls175和四輸

4、入雙與門(mén)74ls21，二輸入四與門(mén)74ls08,555定時(shí)器共同組合實(shí)現(xiàn)搶答功能模塊。通過(guò)一個(gè)上拉電阻和發(fā)光二極管，蜂鳴器組合成第一搶答聲光指示器。關(guān)鍵詞：555定時(shí)器；計(jì)數(shù)器；搶答器；四d觸發(fā)器目 錄1.設(shè)計(jì)背景11.1了解數(shù)字電路的定義與組成11.2掌握multisim軟件和dxp軟件12.設(shè)計(jì)方案12.1任務(wù)分析12.2方案論證23.方案實(shí)施23.1原理圖設(shè)計(jì)23.2電路仿真53.3pcb制作64.結(jié)果與結(jié)論65收獲與感謝76參考文獻(xiàn)77.附件77.1電路原理圖77.2pcb布線(xiàn)圖87.3.元器件清單81. 設(shè)計(jì)背景1.1了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路

5、、輸出電路、時(shí)鐘電路和電源等。輸入電路主要作用是將被控信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其形式包括各種輸入接口電路。比如數(shù)字頻率計(jì)中，通過(guò)輸入電路對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大、整形，得到數(shù)字電路可以處理的數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)則需要通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)輸入電路時(shí)，必須首先了解輸入信號(hào)的性質(zhì)，接口的條件，以設(shè)計(jì)合適的輸入接口電路。1.2掌握multisim軟件和dxp軟件multisim軟件是由加拿大iit公司推出的大型設(shè)計(jì)工具軟件。它不僅提供了電路原理圖輸入和硬件描述語(yǔ)言模型輸入的接口和比較全面的仿真分析功能，同時(shí)還提供了一個(gè)龐大的元、器件模型庫(kù)和一整套虛擬儀器表，可以滿(mǎn)足對(duì)一般的數(shù)字邏輯電路

6、、模擬電路、模擬電路以及數(shù)字-模擬混合電路進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)的需要。dxp軟件是一個(gè)高效的pcb制版軟件，能夠掌握multisim軟件的使用和dxp軟件有助于學(xué)習(xí)數(shù)字電路。2. 設(shè)計(jì)方案2.1任務(wù)分析1. 由于設(shè)計(jì)要求為四人搶答器，且具有第一搶答信號(hào)鑒別和鎖存功能，故選用四d觸發(fā)器74ls175。搶答電路的設(shè)計(jì)要求為10秒，故選用計(jì)數(shù)器74ls192和多諧振蕩器、雙d正邊沿觸發(fā)器74ls74組合實(shí)現(xiàn)。2. 在搶答過(guò)程中需要計(jì)時(shí)顯示電路用來(lái)提醒搶答者剩余搶答時(shí)間，此時(shí)顯示電路由bcd-7譯碼器/驅(qū)動(dòng)器、共陽(yáng)極數(shù)碼管共同完成。當(dāng)有搶答信號(hào)發(fā)出，第一搶答者產(chǎn)生，系統(tǒng)設(shè)計(jì)用揚(yáng)聲器提示第一搶答者出現(xiàn)，用發(fā)光

7、二極管指示。2.2方案論證將四個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)分別接至四d觸發(fā)器四個(gè)d輸入端，將由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器發(fā)出的高頻脈沖接至四d觸發(fā)器脈沖端口。當(dāng)系統(tǒng)搶答信號(hào)發(fā)出，第一者搶答者信號(hào)生成，四d觸發(fā)器所對(duì)應(yīng)的q端口輸出高電平，此時(shí)指示發(fā)光二極管led閃亮。同時(shí)將q端口和高脈沖相與接至四d觸發(fā)器脈沖端口，由于q端口發(fā)出低電平信號(hào)，從而封鎖了搶答電路。在此同時(shí)，四d觸發(fā)器q端口的低電平信號(hào)也接至聲光指示模塊上，和10秒倒計(jì)時(shí)模塊中555定時(shí)器組成的多諧振蕩器的1hz時(shí)鐘相與后，從而封鎖倒計(jì)時(shí)模塊。3. 方案實(shí)施3.1原理圖設(shè)計(jì) 1. 顯示電路設(shè)計(jì) 顯示電路的設(shè)計(jì)是為了提醒搶答者剩余搶答時(shí)間的多少便于搶答

8、。故需要將倒計(jì)時(shí)模塊產(chǎn)生的信號(hào)接至顯示電路中。其中顯示電路的完成需要bcd-7段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器和數(shù)碼管。由于此次設(shè)計(jì)提供的器件為共陽(yáng)極數(shù)碼管，故需要將ca端口接至高電平。具體電路圖如圖1所示。圖1顯示電路設(shè)計(jì) 2. 時(shí)鐘電路設(shè)計(jì) 在本次設(shè)計(jì)中系統(tǒng)要求倒計(jì)時(shí)為10秒。在本著設(shè)計(jì)電路中集成電路數(shù)目最少，種類(lèi)最少，互相間連線(xiàn)最少的最簡(jiǎn)標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)為由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器發(fā)出的1hz時(shí)鐘脈沖接至預(yù)置數(shù)為9的計(jì)數(shù)器74ls192，當(dāng)74ls192倒計(jì)時(shí)為0時(shí)借位信號(hào)發(fā)出，將借位信號(hào)接至d輸入端口始終接高電平的雙d正邊沿觸發(fā)器74ls74的脈沖輸入端口，從74ls74的q的端口輸出低電平。將此低電平

9、信號(hào)與1hz時(shí)鐘脈沖相與，從而封鎖了倒計(jì)時(shí)模塊。整個(gè)過(guò)程由預(yù)置數(shù)為9的計(jì)數(shù)器74ls192到雙d正邊沿d觸發(fā)器74ls74的q的端口輸出低電平信號(hào)產(chǎn)生，恰好為10秒，實(shí)現(xiàn)了時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)。具體電路圖如圖2所示。圖2時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)（1）圖2中關(guān)于由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器的原理為把555定時(shí)器的thr端口和tri端口連在一起構(gòu)成施密特觸發(fā)器，然后將v0經(jīng)rc積分回路接回輸入端。由于c的容量較大不宜直接由555定時(shí)器的g4提供電容充放電流，為此將dis端口與r1接成了一個(gè)反向器，它們的輸出vod與v0在高低電平狀態(tài)上完全相同，因此圖2中是將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

10、諧振蕩器。由電容c上的電壓vc在vt+和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,故電路振蕩周期為t=t1+t2=（r1+2*r2）*c*ln2,振蕩頻率為f=1/t=1/（r1+2*r2）*c*ln2。輸出脈沖占空比為q=t1/t=(r1+r2)/ （r1+2*r2）。由于設(shè)計(jì)要求為f=1hz,占空比為2/3,故r1=r2=48k。由于本次數(shù)電實(shí)習(xí)提供47k的電阻，故略有偏差。（2）圖2中計(jì)數(shù)器74ls192的預(yù)置數(shù)端口load接主持人搶答開(kāi)始按鍵處的下拉電阻。主持人搶答開(kāi)始按鍵未按下時(shí)，預(yù)置數(shù)端口load接低電平，計(jì)數(shù)器被

11、置為9，主持人搶答按鍵按下之后，預(yù)置數(shù)端口load被置為高電平，計(jì)數(shù)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)工作。 3. 搶答電路設(shè)計(jì) 四個(gè)搶答開(kāi)關(guān)信號(hào)分別接至四d觸發(fā)器的四個(gè)d輸入端，由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器發(fā)出的高頻脈沖信號(hào)接四d觸發(fā)器脈沖輸入端。具體電路圖如圖3所示。圖3搶答電路設(shè)計(jì) 圖中當(dāng)一個(gè)搶答者按下?lián)尨鹌?，所?duì)應(yīng)的q端口輸出高電平，隨后的led閃亮，q端口輸出低電平和高頻脈沖信號(hào)進(jìn)行與運(yùn)算后接至74ls175脈沖輸入端，從而封鎖了搶答電路。4. 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 具體電路圖如圖4所示。圖4報(bào)警電路設(shè)計(jì)圖中線(xiàn)3引出端口接四d觸發(fā)器的四個(gè)q端口進(jìn)行與運(yùn)算后的端口，當(dāng)搶答者按下?lián)尨鹌?，此端口為低電平，發(fā)光二極管閃

12、亮，與之并聯(lián)的蜂鳴器開(kāi)始震動(dòng)。3.2電路仿真在multisim里面進(jìn)行電路仿真，首先學(xué)會(huì)如何使用multisim軟件，并且懂得基本設(shè)置。在仿真過(guò)程中必須保證芯片輸入端鎖定一個(gè)具體的電平，或是高電平，或是低電平，而輸出端沒(méi)有這個(gè)限制。另外考慮傳輸函數(shù)對(duì)系統(tǒng)仿真的影響，傳輸函數(shù)過(guò)小，或者所設(shè)計(jì)的電路頻率過(guò)低，導(dǎo)致輸出不明顯。具體電路仿真圖如圖5所示。圖5四人搶答器電路仿真圖3.3 pcb制作 1. 首先將原理圖導(dǎo)入pcb制板，設(shè)定板子大小，由于第一次使用，pcb的布局不甚緊湊，所以板子初選為10*15，單位采用公制mm。且在現(xiàn)有資源的要求下，使用單層覆銅板，元器件封裝形式均為直插式。 2. pcb

13、布局緊湊美觀，便于布線(xiàn)，其中過(guò)孔的大小和焊盤(pán)的大小一致，電源線(xiàn)和地線(xiàn)要求為0.8mm或是0.6mm，如果從兩個(gè)焊盤(pán)中間穿過(guò)時(shí)用0.4mm或是0.3mm.信號(hào)線(xiàn)采用0.5mm,如果從兩個(gè)焊盤(pán)中間穿過(guò)時(shí)用0.4mm或是0.3mm。焊盤(pán)的內(nèi)徑用0.8mm或0.85mm。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。 3. 最后進(jìn)行pcb打印，電路板焊接，焊接過(guò)程中注意是否為虛焊。3.4 安裝與調(diào)試 在電路的安裝過(guò)程中注意元器件特別是發(fā)光二極管是否接反，電路焊制過(guò)程中，焊錫千萬(wàn)不要與銅融合以防止短路，另外本次試驗(yàn)中時(shí)鐘脈沖開(kāi)關(guān)采用六腳封裝，

14、信號(hào)脈沖開(kāi)關(guān)采用四腳封裝，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)電路工作不理想，仔細(xì)檢查后發(fā)現(xiàn)電路中存在斷路，用跳線(xiàn)把斷開(kāi)處焊接好之后，用萬(wàn)用表測(cè)時(shí)后發(fā)現(xiàn)電路斷開(kāi)處正常工作。進(jìn)行第二次調(diào)試，發(fā)現(xiàn)電路不穩(wěn)定，用萬(wàn)用表調(diào)試后發(fā)現(xiàn)電路中存在短路。認(rèn)為是銅和焊錫的少量融合，于是吸錫后重新焊接，進(jìn)行調(diào)試后發(fā)現(xiàn)問(wèn)題得到解決，第三次調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，電路顯示模塊不工作，進(jìn)行若干次修改，問(wèn)題仍沒(méi)得到解決。4. 結(jié)果與結(jié)論 在本著設(shè)計(jì)電路中集成電路數(shù)目最少，種類(lèi)最少，互相間連線(xiàn)最少的最簡(jiǎn)標(biāo)準(zhǔn)下，對(duì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)進(jìn)行透徹分析后，將本次電路設(shè)計(jì)分為四個(gè)模塊：顯示電路模塊、時(shí)

15、鐘電路模塊、搶答電路模塊、報(bào)警電路模塊。預(yù)期設(shè)想當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_(kāi)始按鍵之后，系統(tǒng)開(kāi)始工作。時(shí)鐘電路模塊開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，顯示電路模塊提示剩余搶答時(shí)間，搶答電路模塊工作，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)搶答者按下?lián)尨鹌?，時(shí)鐘倒計(jì)時(shí)模塊停止倒計(jì)時(shí)，顯示電路模塊顯示此時(shí)剩余搶答時(shí)間，報(bào)警電路模塊聲光指示第一搶答者產(chǎn)生。 把設(shè)計(jì)構(gòu)想落實(shí)到multisim仿真軟件上，發(fā)現(xiàn)電路仿真很成功，于是進(jìn)行pcb制板，電路的具體安裝后，進(jìn)行調(diào)試后發(fā)現(xiàn)電路有斷路現(xiàn)象和短路現(xiàn)象，解決之后進(jìn)行多次調(diào)試后發(fā)現(xiàn)搶答電路模塊工作，顯示電路模塊存在問(wèn)題以至于不工作?？v觀整個(gè)設(shè)計(jì)流程，這兩周的數(shù)電實(shí)習(xí)還算成功。5. 收獲與致謝這次為期兩個(gè)星期的數(shù)字電路實(shí)習(xí)，

16、讓我受益匪淺。不僅讓我更好的熟悉了muslism和dxp這兩個(gè)軟件，更加深了我對(duì)數(shù)字電路的理解。在這種學(xué)習(xí)型的收獲之外，我更切身體驗(yàn)到做事與做學(xué)問(wèn)的區(qū)別，團(tuán)隊(duì)團(tuán)結(jié)一致共同克服困難的氛圍和做實(shí)驗(yàn)要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)臏?zhǔn)則讓我對(duì)以后的工作學(xué)習(xí)有了新的展望。最后特別感謝在這次數(shù)電實(shí)習(xí)中不辭辛勞指導(dǎo)我們的高素玲老師！6. 參考文獻(xiàn)1童詩(shī)白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)m.北京：高等教育出版社，2005. 2臧春華.電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)與應(yīng)用m.北京:高等教育出版社,2005.3邱關(guān)源 羅先覺(jué).電路（第五版）m.北京：高等教育出版社，2006.4閻 石.數(shù)字電子技術(shù)（第五版）m.北京：高等教育出版社，2005.5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，2005.7. 附件7.1 電路原理圖7.2 pcb布線(xiàn)圖7.3 元器件清單 元器件規(guī)格個(gè)數(shù)電阻47k4電阻1k5電阻100歐姆3電容10uf1電容10nf3芯片ne555p2芯