模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計報告

四人搶答器摘要：由NE555定時器、計數(shù)器SN74160N、二4與非門SN7420N組成倒計時時鐘電路。用2D觸發(fā)器SN7474N與NE555定時器實現(xiàn)搶答功能模塊。通過8-3編碼器SN74148N、顯示譯碼SN7448N、7段管LED（共陰）組成搶答顯示模塊。通過上拉電阻、接地開關(guān)、四2或門SN7432N、組成清零模塊。由四2與非門SN7400N、6非門SN7404N組成封鎖輸入電路模塊。關(guān)鍵詞：搶答器；NE555定時器；計數(shù)器；2D觸發(fā)器12VDC穩(wěn)壓器摘要：由穩(wěn)壓管提供參照電壓。通過調(diào)節(jié)滑動變阻器校準(zhǔn)比較電壓。三端集成穩(wěn)壓器LM317輸出12V穩(wěn)定電壓。比較器檢驗輸入電壓，配合三極管控制電磁繼電器。電磁繼電器用來改變電壓輸出端口。關(guān)鍵詞：穩(wěn)壓管；三端集成穩(wěn)壓器；比較器；電磁繼電器目錄一、四人搶答器1.設(shè)計目的1.1熟悉數(shù)字集成電路的使用和設(shè)計方法1.2掌握四人搶答器電路的組裝、調(diào)試與使用方法2.設(shè)計任務(wù)與要求2.1設(shè)計任務(wù)2.2設(shè)計要求電路原理及設(shè)計3.1設(shè)計方案3.2系統(tǒng)框圖3.3單元電路設(shè)計3.3.1搶答電路3.3.2計時電路3.3.3編譯顯示電路3.3.4主持人控制電路接線與調(diào)試二、12VDC穩(wěn)壓器1.設(shè)計任務(wù)與要求1.1設(shè)計任務(wù)1.2設(shè)計要求2.電路原理及設(shè)計2.1設(shè)計方案3.成品調(diào)試三、附錄1.元器件清單2.芯片功能表3.設(shè)計原理圖4.參考文獻(xiàn)一、四人搶答器1.設(shè)計目的1.1熟悉數(shù)字集成電路的使用和設(shè)計方法數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、時鐘電路和電源等。數(shù)字電路中的電子器件時而導(dǎo)通，時而截止，構(gòu)成電子開關(guān)。這些電子開關(guān)是組成邏輯門電路的基本器件。邏輯門電路有事數(shù)字電路的基本單元。將這些門電路集成在一片半導(dǎo)體芯片上就構(gòu)成數(shù)字集成電路。1.2掌握四人搶答器電路的組裝、調(diào)試與使用方法通過自己設(shè)計、分析確定電路的各個模塊并實現(xiàn)其功能。最終將所有模塊組成完整的功能電路并實現(xiàn)功能。設(shè)計任務(wù)與要求2.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計一臺可供四人使用的搶答器。2.2設(shè)計要求1．4名選手或4個代表隊的編號分別是1、2、3、4，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)，分別是S1、S2、S3、S4。2．給節(jié)目主持人設(shè)置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答器的開始。3.搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號，此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。4．搶答器具有定時搶答器的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設(shè)定（如9秒）。當(dāng)節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即加（減）計時，并且綠色指示燈，可以搶答。5．參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號，紅色指示燈亮，停止搶答，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。6．如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，紅色指示燈亮，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。3.電路原理及設(shè)計3.1設(shè)計方案搶答器具有鎖存、定時、清零、顯示等功能。接通電源后，主持人通過清零開關(guān)來清零并啟動信號發(fā)生裝置。此時搶答開始，選手按動按鈕，鎖存器鎖存相應(yīng)的選手編碼。同時通過編譯模塊將選手的編號顯示在LED屏上。搶答時間設(shè)定為11秒，在此期間計數(shù)器計數(shù)，并控制紅色指示燈。3.2系統(tǒng)框圖3.3單元電路設(shè)計3.3.1搶答電路（1）觸發(fā)器：圖一（2）封鎖電路圖二（3）選手按鈕 圖三脈沖信號輸入圖四主持人控制S0開關(guān)（見圖四），當(dāng)開關(guān)閉合時SET0（見圖四）端為低電平，即觸發(fā)器（見圖一）置零端也為低電平，搶答器置零。稍后開關(guān)S0斷開，U555A(見圖四左)TR端便得到一個低電平觸發(fā)，U555A開始工作，將高電平輸入到U555B的R端口。同時VCC0（見圖二）端輸出高電平至U555B（見圖四右），此時U555B與U555A同時工作，U555B的Q端輸出周期為T2=0.7（R1+2R4）C3的脈沖。觸發(fā)器的D端置高電平。搶答開始，綠燈發(fā)光。選手按下?lián)尨鸢粹o，U555B的Q端輸入到觸發(fā)器的時鐘端，遇上升沿，觸發(fā)器Q端輸出高電平。實現(xiàn)搶答功能。當(dāng)有選手搶答成功時，封鎖電路（見圖二）輸出低電平至U555B的VCC0端。U555B停止工作，不再有時鐘脈沖輸入給觸發(fā)器，觸發(fā)器保持目前的輸出結(jié)果并且此后的搶答無效。實現(xiàn)封鎖功能。3.3.2計時電路輸入端（見圖四）計時器圖五當(dāng)搶答開始時，U555A輸出周期為T1=1.1R2*C1,大約為11秒。這時U555B也輸出周期為0.98秒的脈沖至U160（見圖五）的時鐘輸入端，U160開始計數(shù)。在這里U160使用的是反饋清零法。當(dāng)計數(shù)為11，即Q3、Q1、Q0（圖五）都為高電平時清零。U160的工作時間為11*0.98秒=10.78秒。與U555A恰好契合不沖突。在11秒過后而無人搶答時。U160剛好置零，此時紅燈亮起。若11秒內(nèi)有選手搶答,則VCC0(圖二、五)被置為低電平，（圖五）端有效，U160輸出為置位端的低電平。紅燈亮起。以上是計時與紅燈控制功能的實現(xiàn)。3.3.3編譯顯示電路圖六編碼器（見圖六U148）譯碼器（見圖六U48）七段數(shù)碼管顯示器（見圖六DS1）由U148將觸發(fā)器的輸出信號進(jìn)行編碼，之后輸出到U48中進(jìn)行譯碼，最終由DS1將選手號碼輸出。3.3.4主持人控制電路主持人清零控制圖七當(dāng)主持人開關(guān)S0（見圖四）按下，則O11、O12、O21、O22（見圖一、七）輸出都為低電平，則TO7（見圖七、六U148）端也為低電平。U148輸入端為低電平有效，此時編碼器置零。當(dāng)有人搶答時TO7端輸出為高電平，U148的I7端無效。編碼器正常工作。接線與調(diào)試接線工作是四人搶答器制作中較為繁瑣的一項。這項工作不僅要求所接電路能夠?qū)?，而且接線還要整潔有序以方便后續(xù)的調(diào)試與維護(hù)工作。接線布局不僅與原理圖有關(guān)，也深受接線人員的經(jīng)驗、習(xí)慣影響。所以同一張原理圖，不同人的接線是五花八門的。但是，無論如何，一張清晰準(zhǔn)確的原理圖是必不可少的。面包板的優(yōu)點是導(dǎo)通孔多，連線靈活，但是手工裁線十分耗時而且容易連線出錯。所以在連線前就需要根據(jù)原理圖規(guī)劃好元器件布局，充分利用面包板的優(yōu)點，盡量精簡連線。即使之后的調(diào)試工作不成功，也十分方便檢錯與維護(hù)。我們的搶答器在剛接好后也是不能正常工作。對照原理圖仔細(xì)檢查才發(fā)現(xiàn)是譯碼器（見圖六）的A3端沒有置零。這一點歸咎于我們想當(dāng)然地認(rèn)為懸空的引腳即為低電平而沒有再接地。只此一線便導(dǎo)致?lián)尨鸾Y(jié)果無法顯示。改良后，又發(fā)現(xiàn)多諧振蕩器不能輸出連續(xù)方波，經(jīng)過再次檢查，發(fā)現(xiàn)原因是設(shè)計電路時計算錯誤，用了錯誤的電容器。通過一系列的調(diào)試，最終搶答器實現(xiàn)了定時與搶答功能。但是由于多諧振蕩器依然難以正常工作，計時與紅燈控制依然不理想。二、12VDC穩(wěn)壓電路設(shè)計任務(wù)與要求1.1設(shè)計任務(wù)設(shè)計一臺小功率降壓（12VDC）穩(wěn)壓器。1.2設(shè)計要求當(dāng)輸入電壓小于12VDC時，輸入電壓與輸出電壓相同，即直通，當(dāng)輸入電壓大于12V時，輸出電壓應(yīng)不大于12VDC，輸入電壓范圍是（6-20VDC），適用于負(fù)載變化且需要穩(wěn)壓的場合，考慮如何擴(kuò)流以滿足大電流且電壓波動較大的場合。2.電路原理及設(shè)計2.1設(shè)計方案電路圖電路原理上圖電路可分為兩大部分：一、電壓比較部分；二、穩(wěn)壓輸出部分。測試開始時，首先調(diào)節(jié)滑動變阻器R8使EOUT端輸出為12V。第二步，調(diào)節(jié)3端口的比較電壓。參照電壓輸入2端口接穩(wěn)壓二極管，所給穩(wěn)壓二極管規(guī)格為5.1V，但實測為4.62V。所以調(diào)節(jié)輸入電壓為12V，即EVCC為12V。這時再調(diào)節(jié)滑動變阻器R6使比較器的三端口電壓等于2端口。這樣，當(dāng)輸入電壓大于12V時，比較器輸出高電平，三極管Q1導(dǎo)通，電磁繼電器工作使開關(guān)接左側(cè)節(jié)點。此時電壓輸出為EOUT=12V。當(dāng)輸入電壓小于12V時，比較器輸出低電平，三極管Q1截