數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)搶答器課程設(shè)計(jì)課件

數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)搶答器課程設(shè)計(jì)課件第一頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)的教學(xué)要求1、了解電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)與制作的一般過(guò)程；2、初步掌握一般電子線路分析和設(shè)計(jì)的基本方法；3、了解PCB布線的基本原則和方法；4、掌握一般電子線路裝配的基本方法；5、掌握一般電子線路實(shí)際調(diào)試的基本并能解決出現(xiàn)的問(wèn)題；6、能撰寫(xiě)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)并作簡(jiǎn)單、流暢的答辯。第二頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、根據(jù)設(shè)計(jì)指標(biāo),確立設(shè)計(jì)方案；2、畫(huà)出原理框圖；3、選擇元器件,畫(huà)出電原理圖；4、根據(jù)電原理圖,設(shè)計(jì)印制板的布局、布線；5、根據(jù)電原理圖,焊接電路板；6、測(cè)試、驗(yàn)證、完善設(shè)計(jì)。一般電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)流程第三頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、設(shè)計(jì)、制作一個(gè)能夠?qū)崿F(xiàn)一下功能的八路搶答器：（1）輸入為八個(gè)搶答開(kāi)關(guān)、一個(gè)復(fù)位開(kāi)關(guān)，搶答結(jié)果由LED數(shù)碼顯示；（2）當(dāng)無(wú)人搶答時(shí)，LED數(shù)碼管應(yīng)顯示為0；（3）當(dāng)某人搶答按下某個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)，其輸出應(yīng)顯示相應(yīng)的搶答者的位置編號(hào)并保持鎖存，且對(duì)于后續(xù)搶答者的搶答請(qǐng)求不予反應(yīng)；（4）下一輪搶答開(kāi)始時(shí)，能夠通過(guò)按鍵實(shí)現(xiàn)解鎖，解鎖后電路恢復(fù)允許搶答狀態(tài)，進(jìn)行下一輪搶答；2、完成所制作電路的調(diào)試和測(cè)試；3、按照要求撰寫(xiě)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)的報(bào)告和圖紙（答辯前上交）；4、通過(guò)數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)的答辯。數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)教學(xué)任務(wù)第四頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、所設(shè)計(jì)的電路必須存在搶答開(kāi)關(guān)陣列才能實(shí)現(xiàn)搶答功能；設(shè)計(jì)任務(wù)分析2、電路中必須存在能夠顯示搶答結(jié)果的LED數(shù)碼管，該數(shù)碼管在搶答結(jié)束后，應(yīng)當(dāng)立即顯示對(duì)應(yīng)的搶答結(jié)果。搶答器復(fù)位后，該數(shù)碼管顯示為“0”，以表明當(dāng)前狀態(tài)為待搶答狀態(tài)；3、電路中必須存在鎖存電路，以使搶答器在響應(yīng)某個(gè)搶答請(qǐng)求后，對(duì)后續(xù)搶答者的搶答請(qǐng)求不予反應(yīng)；5、電路中必須設(shè)置一個(gè)復(fù)位按鍵，使搶答器復(fù)位，以便在本輪搶答結(jié)束后，能夠可靠地進(jìn)入下一輪搶答。4、電路中必須存在編碼電路，以便將搶答者的搶答信息進(jìn)行編碼，并供顯示電路進(jìn)行顯示。6、倒計(jì)時(shí)功能，搶答開(kāi)始后開(kāi)始計(jì)時(shí)，30秒到停止搶答。第五頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日（1）開(kāi)關(guān)陣列電路：搶答輸入八人搶答器原理開(kāi)關(guān)陣列電路電路觸發(fā)鎖存編碼器七段顯示譯碼器數(shù)碼顯示器解鎖電路（2）觸發(fā)鎖存電路：搶答控制（3）編碼器：搶答者序號(hào)編碼（4）7段顯示譯碼器：搶答結(jié)果譯碼驅(qū)動(dòng)（5）數(shù)碼顯示器：搶答結(jié)果顯示（6）解鎖電路：本輪搶答后復(fù)位，以便進(jìn)入下一輪搶答第六頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、電路作用搶答者序號(hào)顯示電路主要用于顯示搶答者的序號(hào)，以便主持人能夠及時(shí)了解搶答的情況。搶答者序號(hào)顯示電路2、電路組成搶答者序號(hào)顯示電路主要由譯碼驅(qū)動(dòng)電路及數(shù)碼顯示電路組成。在實(shí)際電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，譯碼驅(qū)動(dòng)電路一般可以直接使用專用數(shù)字集成電路，而數(shù)碼顯示電路一般使用七段LED數(shù)碼管。第七頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日常用的數(shù)字顯示器有多種類型，按顯示方式分，有字型重疊式、點(diǎn)陣式、分段式等。按發(fā)光物質(zhì)分，有半導(dǎo)體顯示器，又稱發(fā)光二極管(LED)顯示器、熒光顯示器、液晶顯示器、氣體放電管顯示器等。目前應(yīng)用最廣泛的是由發(fā)光二極管構(gòu)成的七段數(shù)碼顯示器。七段數(shù)碼顯示器就是將七個(gè)發(fā)光二極管（加小數(shù)點(diǎn)為八個(gè)）按一定的方式排列起來(lái)，七段a、b、c、d、e、f、g（小數(shù)點(diǎn)DP）各對(duì)應(yīng)一個(gè)發(fā)光二極管，利用不同發(fā)光段的組合，顯示不同的阿拉伯?dāng)?shù)字。LED數(shù)碼顯示器第八頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日按照器件內(nèi)部的不同連接方式，LED七段數(shù)碼顯示器可以分為共陽(yáng)和共陰兩種，具體內(nèi)部電路連接方式如上圖所示。在實(shí)際使用時(shí)，為了避免LED因?yàn)楣ぷ麟娏鬟^(guò)大而損壞，一般在COM端與電源（共陽(yáng)）或地（共陰）之間串連一只限流電阻，該電阻一般為100歐姆（功率一般為0.5W）。共陽(yáng)共陰LED數(shù)碼管內(nèi)部電路第九頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日七段顯示譯碼器CD4511是一種與共陰極數(shù)字顯示器配合使用的集成顯示譯碼驅(qū)動(dòng)器，是一種以CMOS制成的中規(guī)模集成電路（Medium-ScaleIntegratedCircuit，簡(jiǎn)稱MSI），它的功能是將輸入的4位二進(jìn)制BCD碼轉(zhuǎn)換成顯示器所需要的七段驅(qū)動(dòng)信號(hào)a～g，它與共陰極數(shù)碼顯示管配合使用。該芯片為DIP16封裝（Dualin-linePackage

，簡(jiǎn)稱DIP），其引腳分布如下圖所示：譯碼驅(qū)動(dòng)電路CD4511介紹BCLTVccfgabcdeGNDDLEBLACD4511第十頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日CD4511真值表911001111001011811111110001011700001111110011611111000110011511011011010011411001100010011311001111100011210110110100011100001101000011001111110000011鎖存***********111滅0000000XxXXX0181111111xxxxxx0顯示gfedcbaABCDLEBCLTVccfgabcdeGNDDLEBLACD4511第十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日思考：依據(jù)CD4511的真值表和共陰LED數(shù)碼管，如何設(shè)計(jì)數(shù)碼管顯示電路?LED數(shù)碼顯示電路設(shè)計(jì)第十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日LED數(shù)碼顯示電路檢查圖中是否存在錯(cuò)誤？同時(shí)在進(jìn)行電路裝配時(shí)。注意圖中LED數(shù)碼管的引腳排列順序，如果引腳順序弄錯(cuò)，將導(dǎo)致LED數(shù)碼管顯示錯(cuò)誤或者為亂碼。搶答信號(hào)編碼第十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、電路作用編碼電路主要用于依據(jù)搶答者的搶答情況，對(duì)其進(jìn)行編碼，以產(chǎn)生滿足顯示電路所需要的對(duì)應(yīng)于搶答者序號(hào)的十進(jìn)制編碼。編碼電路2、電路組成在實(shí)際電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，編碼電路一般可以直接使用專用數(shù)字集成電路，在本設(shè)計(jì)中主要采用74LS147作為編碼電路。第十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、芯片功能介紹74LS147是DIP16封裝，為10線-4線優(yōu)先編碼器，具備9路輸入，輸出為4位十進(jìn)制編碼。74LS147簡(jiǎn)介2、真值表3、芯片引腳第十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、芯片功能介紹74LS147是DIP14封裝，為6非門電路，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)6路信號(hào)取反。74LS04簡(jiǎn)介2、邏輯符號(hào)3、芯片引腳1Y=1A，其余以此類推。第十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、芯片使用注意事項(xiàng)在本設(shè)計(jì)中，只需要使用8路，因此對(duì)多余的一個(gè)引腳必須進(jìn)行處理，結(jié)合該芯片的真值表，對(duì)多余的引腳（10腳）進(jìn)行處理（在數(shù)字電路中對(duì)多余引腳的處理方法一般為接地或者接電源的方法，需要視具體電路作不同的處理。）。該芯片的15腳為空余端子，在使用時(shí)可以不作任何處理。該電路的輸出為十進(jìn)制編碼的反碼，為了確保譯碼顯示電路能夠正確譯碼及顯示，在實(shí)際電路中還需要對(duì)該電路的十進(jìn)制編碼輸出端進(jìn)行取反處理，一般在其每個(gè)輸出端接一個(gè)非門即可。編碼器電路設(shè)計(jì)2、編碼電路搶答信號(hào)輸入搶答者序號(hào)編碼輸出第十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、電路作用鎖存電路主要用于對(duì)搶答者的搶答信息進(jìn)行鎖存，以確保電路只響應(yīng)一位搶答者的搶答請(qǐng)求。解鎖電路主要用于在本輪搶答后，主持人解除本輪搶答信息，以便能夠進(jìn)入下一輪搶答。鎖存及解鎖電路2、電路組成在實(shí)際電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，鎖存電路一般可以直接使用觸發(fā)器構(gòu)成，該電路有別于前面使用的數(shù)字集成電路。該電路的輸出不經(jīng)取決于電路的當(dāng)前輸入狀態(tài)，還與電路的上一個(gè)狀態(tài)有關(guān)，稱為時(shí)序邏輯電路（前面介紹的為組合邏輯電路）。在本設(shè)計(jì)中采用74LS373作為鎖存電路。解鎖電路主要對(duì)鎖存器的控制端進(jìn)行控制，為不影響鎖存器的正常工作，需要和鎖存電路共同控制鎖存器的控制端（借助于或門電路實(shí)現(xiàn)）。第十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、芯片功能介紹74LS373是DIP20封裝，8路鎖存器，三態(tài)輸出（0，1，高阻）。74LS373簡(jiǎn)介4、內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、芯片引腳3、功能表第十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、芯片功能介紹74LS30是DIP14封裝，8輸入與非門。74LS30簡(jiǎn)介5、內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、芯片引腳3、功能表4、邏輯關(guān)系第二十頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、芯片功能介紹74LS32是DIP14封裝，4-2輸入或門集成電路。74LS32簡(jiǎn)介5、內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、芯片引腳3、功能表4、邏輯關(guān)系第二十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)為可靠地實(shí)現(xiàn)鎖存器的鎖存功能，需要對(duì)鎖存器的使能端進(jìn)行控制，主要借助于搶答信號(hào)對(duì)74LS373的使能端進(jìn)行控制（依據(jù)74LS373的11腳的控制特性，鎖存器輸出經(jīng)過(guò)74LS30后控制。）。為不影響鎖存電路的正常工作，通過(guò)外電路產(chǎn)生一個(gè)高電平和搶答鎖存信號(hào)相或之后控制74LS373的11腳。鎖存及解鎖電路設(shè)計(jì)2、鎖存及解鎖電路搶答開(kāi)關(guān)信號(hào)搶答信號(hào)第二十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、電路作用開(kāi)關(guān)陣列電路主要用于對(duì)提供搶答者搶答手段，該電路產(chǎn)生搶答開(kāi)關(guān)信號(hào)，為鎖存電路提供搶答開(kāi)關(guān)信號(hào)。開(kāi)關(guān)陣列電路2、電路組成結(jié)合實(shí)際要求，該電路主要由開(kāi)關(guān)及上拉電阻構(gòu)成。第二十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1、電路設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)結(jié)合鎖存電路及編碼電路的要求，在待搶答狀態(tài)時(shí)，開(kāi)關(guān)陣列電路提供高電平信號(hào)，在搶答者搶答時(shí)，對(duì)應(yīng)的搶答信號(hào)應(yīng)當(dāng)為低電平。開(kāi)關(guān)陣列電路設(shè)計(jì)2、開(kāi)關(guān)陣列電路搶答開(kāi)關(guān)信號(hào)第二十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日結(jié)合整體電路框圖，設(shè)計(jì)整體電路并繪圖。繪圖時(shí)不要忘記集成電路的電源及接地引腳的正確連接。整體電路設(shè)計(jì)第二十五頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日整體電路（錯(cuò)誤）第二十六頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日整體電路（正確）第二十七頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日元器件清單名稱型號(hào)（規(guī)格）數(shù)量按鍵不帶鎖8集成電路74LS3731

74LS301

74LS321

74LS041

CD45111

74HC1471LED數(shù)碼管單字共陰1電阻100/0.25W1

10K/0.25W8

510/0.25W1集成電路插座DIP143

DIP162

DIP201

DIP241第二十八頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.電源線與地線的顏色要有區(qū)分：電源（紅線），地線（黑線）。其余（白線或者其他顏色，但是不能是紅色和黑色）2.做到橫平豎直，緊貼PCB板。包括元器件也緊貼印制板（貼底焊），集成電路首先焊接插座，插座焊好后，將集成電路直接裝入集成電路插座即可。3.線與線不能交叉。4.盡可能不要在焊接面布線。5.焊點(diǎn)均勻飽滿，不虛焊、不漏焊。6.按鍵及LED數(shù)碼管的放置要符合常規(guī)使用習(xí)慣。PCB布線及裝配注意事項(xiàng)第二十九頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日作品PCB布線（一）第三十頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日作品PCB布線（二）第三十一頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日作品PCB布線（三）第三十二頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日作品PCB布線（四）第三十三頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日作品PCB布線（五）第三十四頁(yè)，共四十一頁(yè)，編輯于2023年，星期日1.首先裝配譯碼驅(qū)動(dòng)及顯示電路，并完成該部分電路的測(cè)試；電路裝配及測(cè)試流程2.裝配譯碼電路，并完成該部分電路的測(cè)試；3.開(kāi)