畢業(yè)論文-數(shù)電程序設(shè)計

第頁共12頁目錄摘要 2第1章設(shè)計任務(wù)書 21.1設(shè)計目的 21.2設(shè)計任務(wù) 21.3八路搶答器的概述 2第2章系統(tǒng)功能簡介 22.1基本功能 22.2擴(kuò)展功能 2第3章功能設(shè)計內(nèi)容 23.1設(shè)計題目 23.2設(shè)計指標(biāo) 2第4章實(shí)現(xiàn)原理 24.1八路搶答器總體方框圖 24.2關(guān)鍵技術(shù)分析 2第5章各部分電路設(shè)計 25.1搶答器電路 25.2定時電路 25.3報警電路 25.4時序控制電路 2第6章設(shè)計步驟 2第7章系統(tǒng)仿真 2第8章總結(jié) 2致謝 2參考文獻(xiàn) 2附錄A:系統(tǒng)元器件清單 2附錄B:系統(tǒng)整體電路 2摘要八路搶答器由主體電路和擴(kuò)展電路組成，優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將輸入信號在顯示屏上輸出；由控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示屏上輸出實(shí)現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。通過連線、調(diào)試等工作形成八路搶答器。關(guān)鍵字：搶答電路,定時電路,報警電路第1章設(shè)計任務(wù)書1.1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(yùn)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(xiàn)資料的自學(xué)能力。通過獨(dú)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(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。4.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，完成設(shè)計任務(wù)，編寫設(shè)計說明書，正確地反映設(shè)計與實(shí)驗(yàn)的成果，正確地繪制電路圖等。5.培養(yǎng)嚴(yán)肅、認(rèn)真的工作作風(fēng)和科學(xué)態(tài)度。通過課程設(shè)計實(shí)踐，逐步建立正確的生產(chǎn)觀點(diǎn)、經(jīng)濟(jì)觀點(diǎn)和全局觀點(diǎn)。1.2設(shè)計任務(wù)設(shè)計一個供八名選手參加的八路搶答器，每組設(shè)計一個搶答按鈕供參加者使用。電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖定存儲功能。在主持人將系統(tǒng)復(fù)位并發(fā)出搶答指令后，如果參賽者在第一時間按搶答按鈕，則按鈕指示燈燈亮并用組別電路顯示出搶答者的組別。同時揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。電路應(yīng)具有自鎖功能，使其他組不起作用。1.3八路搶答器的概述本文介紹的八路搶答器具有電路簡單、成本較低、操作方便、靈敏可靠等優(yōu)點(diǎn)，使用效果好，有廣泛推廣價值。可用于八組或八組以下的搶答競賽中。比賽前將參賽組從1到8編組，每組發(fā)給一個對應(yīng)的搶答按鈕。主持人按一下總控制啟動鍵后，搶答開始。此后，哪一組最先按下?lián)尨鸢粹o，數(shù)碼顯示器就立即顯示該組的組號并鎖定，同時發(fā)出聲響。此后，按下任一路搶答按鈕均無反應(yīng)。只有主持人再次按下啟動按鈕后，才能進(jìn)行下一次搶答。第2章系統(tǒng)功能簡介2.1基本功能1.搶答器同時供8名選手或8個代表隊(duì)比賽，分別用8個按鈕S0~S7表示。2.設(shè)置一個系統(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。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，并在DPY_7-SEG七段數(shù)碼管上顯示選手號碼。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。2.2擴(kuò)展功能1.搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動"開始"鍵后，定時器進(jìn)行減計時。2.參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。在這段（3）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。第3章功能設(shè)計內(nèi)容3.1設(shè)計題目八路搶答器電路的設(shè)計3.2設(shè)計指標(biāo)1.供四名選手用,有搶答按鈕.有編號,有主持人清零按鈕；2.具有鎖存功能并顯示出來,在主持人清零后,若有參賽選手按按鈕,應(yīng)立即顯示出最先動作的選手的編號,同時有發(fā)生器發(fā)出聲音,聲音持續(xù)約1秒鐘；3.搶答器對各參賽選手動作的先后有很強(qiáng)的分辨能力,即只顯示先動選手的編號,直到主持人清零為止；4.主持人在正常(無人搶答)時能清零；5.主持人在宣布開始5秒鐘后,若無選手搶答,則音響器件發(fā)聲而結(jié)束。第4章實(shí)現(xiàn)原理4.1八路搶答器總體方框圖如圖1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"清零"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置;開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時器倒計時，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。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)。圖1總體方框圖4.2關(guān)鍵技術(shù)分析圖1所示為搶答器的邏輯框圖。它主要有輸入電路、判別電路、聲光顯示電路、計時電路和數(shù)碼顯示電路等組成。搶答時，當(dāng)搶先者按下面前的按鈕時，輸入電路立即輸出一搶答信號，經(jīng)判別電路后，輸出響應(yīng)信號去驅(qū)動聲光顯示電路。聲響電路和計時電路的輸入信號是由晶振電路產(chǎn)生的脈沖信號來提供。圖2搶答器邏輯框圖第5章各部分電路設(shè)計5.1搶答器電路電路選用優(yōu)先編碼器74LS148和鎖存器74LS297來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S置于"清除"端時，RS觸發(fā)器的R、S端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端＝0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO=1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR＝１，使74LS148優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端＝１，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，74LS148的此時由于仍為CTR＝１，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端＝１，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。74LS148為8線－3線優(yōu)先編碼器。表174LS148的功能真值表

圖3數(shù)字搶答器電路5.2定時電路原理及設(shè)計：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG上，當(dāng)有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時，輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。圖4可預(yù)置時間的定時電路5.3報警電路由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖1、4所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率f0＝1．43／［（RI＋2R2）C］，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚(yáng)聲器。PR為控制信號，當(dāng)PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。圖5報警電路5.4時序控制電路時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：①主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進(jìn)人正常搶答工作狀態(tài)。

②當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。

③當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。圖6時序控制電路根據(jù)上面的功能要求以及圖1、2，設(shè)計的時序控制電路如圖1、5所示。圖中，門G1的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端。圖1、4的工作原理是：主持人控制開關(guān)從"清除"位置撥到"開始"位置時，來自于圖1、2中的74LS279的輸出1Q=0，經(jīng)G3反相，A＝1，則時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸入端，定時電路進(jìn)行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則"定時到信號"為1，門G2的輸出=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能①的要求。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，1Q＝1，經(jīng)G3反相，A＝0，封鎖CP信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門G2的輸出=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能②的要求。當(dāng)定時時間到時，則"定時到信號"為0，=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時，門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號，使定時電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能③的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。第6章設(shè)計步驟選擇總體方案設(shè)計單元電路選擇元器件選擇總體方案設(shè)計單元電路選擇元器件計算參數(shù)畫總體電路圖初稿審圖實(shí)驗(yàn)畫正式的總體電路圖第7章系統(tǒng)仿真圖7電路仿真圖（1）如圖7電路仿真圖（1）所示，當(dāng)主持人未啟動計時，則計時電路停在30秒，搶答電路不顯示選手號。圖8電路仿真圖（2）如圖8電路仿真圖（2）所示，主持人啟動計時后，定時器由30秒開始進(jìn)行減計時，當(dāng)計時器顯示27秒時，8號選手搶答，則計時電路停在27秒，搶答電路顯示8號選手。圖9電路仿真圖（3）如圖9電路仿真圖（3）所示，主持人啟動計時后，定時器由30秒開始進(jìn)行減計時，沒有選手搶答，當(dāng)計時器顯示0時，選手再搶答，則搶答電路不顯示選手號碼。第8章總結(jié)在設(shè)計之前，參考了許多相關(guān)的資料。在設(shè)計中又參考了以前講過的八路搶答器的原理圖，有了基本的思路。但著手設(shè)計時，又出現(xiàn)了許多未預(yù)料到的問題，例如元件的選擇：在選擇編碼器時，是采用普通編碼器還是優(yōu)先編碼器。普通編碼器中，任何時刻只允許輸入一個編碼信號，否則輸出將發(fā)生混亂。所以選擇了優(yōu)先編碼器。但是74LS系列中眾多不同管腳的類型，選擇哪個作編碼器。經(jīng)過查找，選擇了74LS192，因?yàn)橄胗脭?shù)字的形式顯示搶答者的編號，所以選擇了數(shù)碼顯示管，但數(shù)碼顯示管不能直接，數(shù)碼顯示管需要由TTL或CMOS集成電路驅(qū)動，所以在TTL還是CMOS集成電路上又進(jìn)行了比較和選擇。最后選擇了數(shù)顯譯碼器，用它將輸出的二進(jìn)制代碼譯成相對應(yīng)的高、低信號，用其作為數(shù)碼顯示管的驅(qū)動信號，數(shù)碼顯示管顯示出相對應(yīng)的選手編號。在音響電路中，根據(jù)設(shè)計需要選擇了555定時器。在一些設(shè)計原理上也遇到了許多新問題。發(fā)現(xiàn)當(dāng)電源接通后，無論有無人按按鈕都會使音樂集成電路通電發(fā)出聲響，經(jīng)同學(xué)以及老師的指證，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)通的原因，并及時的改正。通過這次八路搶答器的設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)了以往學(xué)習(xí)中的許多不足，也讓我掌握了以往許多掌握的不太牢的知識，感覺學(xué)到了很多東西。三周的課程設(shè)計，留給我印象最深的是要設(shè)計一個成功的電路，必須要有耐性和堅(jiān)持下去的毅力。在整個電路的安裝調(diào)試的過程中，花費(fèi)時間最多的是各個元件電路的連接，電路的細(xì)節(jié)設(shè)計以及連完線路后的檢查工作上，其中在連接電路是出現(xiàn)問題比較多，在555元件和74LS192元件的連接的調(diào)試的時候出現(xiàn)了問題在老師的指導(dǎo)和講解下我門有了更深刻的認(rèn)識，同時對元件的原理的功能了解的更多更深刻。在這次過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)?shù)臒┈?，有時花很長時間檢查電路故障，分析原因，那時心中就有點(diǎn)灰心，有時還特別想放棄，此時更需要靜下心來，更仔細(xì)的查找原因?？傊?，這次實(shí)驗(yàn)過程中我受益匪淺，在摸索我和我的搭檔實(shí)現(xiàn)了課題所要求的結(jié)果。培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增加了動手操作的能力。更讓我體會到實(shí)現(xiàn)電路功能喜悅。致謝感謝羅少軒老師這學(xué)期帶領(lǐng)我們學(xué)習(xí)數(shù)字電子技術(shù)課程，感謝羅少軒老師帶我們數(shù)電實(shí)訓(xùn)課，鍛煉了我們的動手的力，使我們對數(shù)字電子技術(shù)有了更加深刻的理解。 在本次實(shí)訓(xùn)中羅少軒老師與我們做了深刻的溝通，對實(shí)訓(xùn)中可能出現(xiàn)的一些問題作了詳細(xì)的講解，此外，在學(xué)習(xí)上經(jīng)常激勵我們學(xué)好每一門課。通過該實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目，使我們懂得了學(xué)以致用的重要性，并且能夠把所學(xué)的知識應(yīng)有到實(shí)訓(xùn)中，遇到不懂的地方通過請教老師，和同學(xué)互相商量共同學(xué)習(xí)，虛心請教同學(xué)，互幫互助，使我認(rèn)識到團(tuán)結(jié)的重要性，增加了團(tuán)隊(duì)精神、協(xié)作精神，將終身受益。 在課程設(shè)計即將完成之際，回顧緊張但又充實(shí)的實(shí)訓(xùn)過程，本人在此向所有關(guān)心我的及幫助我的老師和同學(xué)們致以最真誠的感謝。參考文獻(xiàn)[1