八路抢答器课程设计报告.doc

课程设计报告班级：学号：姓名：指导教师：题目：八路抢答器3设计人：3摘要3正文31.设计任务：32.设计方案：33.各功能模块设计43.1整流稳压电路模块43.2倒计时模块电路53.3抢答器部分电路的设计84.结果分析及设计工作总结114.1 布板并制板，完成焊装后进行调试。115.参考文献126.附件126.1元器件清单126.2.电路原理图13题目：八路抢答器设计人：摘要 关键字:八路抢答器，7805稳压集成块，译码器cd4511，bcd计数器74ls192，ne555输出1秒脉冲电路 正文1.设计任务： 1、设计一个用两位数码管显示的具有两位数倒计时模块的八路抢答器。 2、应用74192的置数功能，设计一个可以预置从0到99的之间任意一个数开始倒计时的模块 3、工作电源为交流220v，包含电源模块； 4、先用用两位数码管先显示倒计时时间（倒计时选手有输入则报警），倒计时到0时启动抢答模块倒计时模块消隐，再通过数码管低位来显示成功抢答者（成功抢答则报警）的号数并锁存，锁存后有选手输入报警。2.设计方案：系统总框图如下 如上图，系统由六部分组成，系统系统经过整流滤波电路输出稳定的+5v电压供后面电路所用，在上电后，74ls192为核心的倒计时电路先工作，通过或非门和一个非门(缓冲，反相作用）连接74ls192的输出，只有当输出为0000 0000（两片74ls192的输出）连接到倒计时模块的cd4511的消隐端（4脚）会变成低电平，而直接接或非门的端口此时为高电平，这个端口接抢答部分电路cd4511的消隐端（4脚），使得抢答部分电路译码显示。74ls192的时钟由ne555组成的多协振荡电路提供，其中555的控制脚四脚接非门输出端，使得其在倒计时到0时能停止输出一秒脉冲。而抢答部分的锁存则可通过三极管和二极管组成一个反馈回路接到该模块cd4511的锁存端（5脚）来实现。报警部分则可用三极管扩流驱动一个有源蜂鸣器用二极管接抢答部分cd4511数据输入端，实现未倒计时抢答则报警，抢到也报警，没抢到再按报警的作用。3.各功能模块设计3.1整流稳压电路模块该模块电路原理图如图（1）所示，电源为220v市电经过变压器变压后的10v交流电压，经过ds1-ds4，4个1n4007组成的整流桥整流后，由电容c1滤波，图中led1为红色发光二极管，通过r1限流作为电源部分的指示电路。三端整流集成芯片7805将经过整流滤波的电压转变为稳定的5v直流电供后面电路使用。电解电容c用于滤波作用和改善7805负载特性。 图中电容c1的取值由下估算而得整流滤波后的电压+v约为12v，经过估计，后部分电路总电流最大时不超过，由此估计电路等效负载r=12/0.2=60欧，由公式rc=（35）t/2，带入计算得c1约为830uf，故其电容值可取1000uf，另外由于性价比的考虑，四个整流二极管都取1n4007。图（1）整流稳压模块电路原理图3.2倒计时模块电路3.2.1.秒脉冲电路设计 如图（2），为555组成的多谐震荡电路，其可输出一秒脉冲。电路参数计算由公式t=（r31+2r32）cln2=1s来计算。取r31=r32，c=10uf。则可算得r31=r32=48k。图（2）555产生秒脉冲电路 3.2.2倒计时电路设计 通过查资料，知道市场上有bcd十进制计数器，74ls192就是其中的一种，其价格低廉，具有正/倒计时功能，用两片74ls192构成的倒计时电路如下所示，其输出可通过七段译码器cd4511来译码显示。电路如图（3所示。）图（3）各芯片功能作用（1）74ls19274ls192是bcd十进制计数器，其具有置数，正/倒计时功能。其真值表如下:mrplcucdmode工作模式ab126计算公式大全hxxxreset (asyn.)清除llxxpreset (asyn.)预置lhhhno change保持lhhcount up加计数lhhcount down 减计数 图（3）中74ls192的置数控制端pl用一个双向开关（不带自锁）与电源和地连接，当开关没按下时，其接的是电源，开关按下则接低电平，芯片置数。低位的74ls192，tcd端在借位时会输出一个低电平，高位的计数时钟由此接入从而实现两位数计数。图中74ls04，74ls02用于控制抢答模块与倒计时模块分时工作的桥梁。只有当输出为0000 0000（两片74ls192的输出）连接到倒计时模块的cd4511的消隐端（4脚）会变成低电平，而直接接或非门的端口此时为高电平，这个端口接抢答部分电路cd4511的消隐端（4脚），使得抢答部分电路译码显示。（2）7段码bcd译码器cd4511. 图（3）倒计时模块电路cd4511是bcd锁存/7段译码器/驱动器，常用的显示译码器件，其输出可以直接驱动共阴数码管。（3）d20-d23四个二极管与rw1，r60构成与门将四个二输入或非门相与输出控制信号。（4）r1r14为300欧姆的限流电阻。（5）置数功能实现抢答器的置数功能可以通过排针和杜邦线连接电源正或电源地来实现。3.3抢答器部分电路的设计如图（4）为抢答部分电路图工作过程和原理如下：1.当cd4511四脚为低电平时，由于 abcd均通过电阻接地，各输入端为“0”所以输出为“0”，抢答器开始工作;2.按下任何一个抢答开关。如按下开关“sb2”，则b端就转变为高电平，对应的bcd编码是a=0、b=1、c=0、d=0。通过译码在数码管中就显示相应的十进制数字“2”，表示2号抢答成功。 3.用二极管d13、d14和t1构成锁存触发通道，只要是18中任一数字出现都会使锁存端出现高电平，数据被锁存，所以，只要一人抢先在前，后面的人按开关都不起作用。（1）选手按键输入编码 如图（4）下面部分是以按键和二极管组成的，二极管的作用是用以隔离选手输入高电平之间的干扰，不接入会编码错误。4511的a，b，c，d接10k限流电阻到地，在按键未按下时，其输入即为低电平，按下后为高电平。（2）4511译码与锁存先看cd4511引脚功能： bi：4脚是消隐输入控制端，当bi=0 时，不管其它输入端状态是怎么样的，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。 le：锁定控制端，当le=0时，允许译码输出。 le=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在le=0时的数值。lt：3脚是测试信号的输入端，当bi=1，lt=0 时，译码输出全为1，不管输入 dcba 状态如何，七段均发亮全部显示。它主要用来检测数7段码管是否有物理损坏。a1、a2、a3、a4、为8421bcd码输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。由上述4511的功能需要锁存想要的选手号的话就要引入反馈而因为4511在上电复位后显示0因此显示锁存的要求如下显示锁存要求： 显示0时，le为低电平，不锁存 显示18时，le为高电平，锁存 通过abcdefg输出反馈分析表（1）中4511输出的真值表，选取表中阴影部分三列数据，用三极管将和二极管组成具有关系：若d有输出1则b没有输出1，且当b或g有输出1则输出1。如图的电路其反馈输出真值表如表（2）abcdefg0111111010110000211011013111100140110011510110116001111171110000811111191110011 表（1）4511输出真值表 012345678b111110011d101101101g001111101反馈输出011111111表（2）反馈电路输入输出真值表 因此电路反馈回路连接方法如图（4）所示。图（4）抢答部分电路原理图（3）报警电路由于报警电路要达到如下功能：一倒计时未完成如果选手按下按键则报警二倒计时结束时选手按下按键则蜂鸣器响表示成功抢答三抢答完毕后若再按按键，报警满足上面三者关系的逻辑正好是如果任意一个按键有按下则蜂鸣器响。因此设计一个讯响电路即可。电路原理图如图（5）所示。 图（5）警示讯响模块4.结果分析及设计工作总结4.1 布板并制板，完成焊装后进行调试。4.1.1上电检查上芯片前先检查各芯片插槽电源与地是否正确。检查无误后上芯片，上电调试。4.1.2.故障排除上电后按复位键（即双向开关）开始倒计时，在倒计时过程中发现数码管显示乱码现象，检查cd4511芯片各引脚是否正确连接，发现无误，将4511拆下，为插槽上对应芯片的a-f脚人工送5v电压，驱动数码管各段单独显示，发现只有一个段电压输入时却有三个段同时亮的现象，检查焊接，发现短路，重焊后，上电。电路正常工作。4.2作品使用及现象4.2.1.上电倒计时初始值设置 用八根杜邦线分别连接电路板上用插针引出的74ls192的置数端从高位到低位接入0或1（即接电源或地），接入的两个四位二进制要在0000至1001这十个数中，接如后再上电。 4.2.2.倒计时复位和抢答 按复位按钮后倒计时开始，假设倒计时为五秒则五秒后当数码管显示0时，可以开始抢答，否则抢答部分电路不工作。另外，有按键按下时，蜂鸣器就会响。 4.2.3工作总结pcb布板：排版时电阻放置应尽量整齐布板可以对着原理图的结构进行布板，这样结构更合理，布板效率更高。散热片放置和功率管的放置时，应将散热片多槽的一面朝外放置，功率管跟随散热片的放置而布置。因为散热片多槽的一面散热面积大因此散热多，将其朝板外放置可以减小对板内器件的影响。调试： 在调试时数码管出现乱码现象，检查电路图，确定电路图没错误后将芯片都取下，给芯片的输出端人工加高电平，发现数码管也有出现乱码现象，检查电路焊接是否有短路现象，经检查，有焊锡将电路短路的现象，排除短路故障，上芯片，发现电路正常工作。 做第一块板时电路倒计时到30或到20或到10时倒计时就结束，检查电路原理图，初步确定故障原因是电路设计时有用到线与电路，经查资料，线与功能只有特定的芯片才具有，因此，将7402输出用一个二极管的与门搭好，电路可以正常输出正确逻辑电平。5.参考文献数字电子技术基础（第五版）清华大学电子学教研组编