八路抢答器毕业论文.docx

数字电子课程设计论文吴裕展广州商学院课 程 论 文 题目：八路抢答器课 程 名 称 数字电子技术课程设计 考 查 学 期 2015 / 2016 学年 第 一 学期 考 查 方 式 课程论文 姓 名 吴裕展 黄志锋 学 号201408034143 201408034144 专 业 应用电子 成 绩 指 导 教 师 邹艳碧 一、设计要求1、实验目的（1）学习并掌握抢答器的工作原理及其设计方法（2） 熟悉各个芯片的功能及其各个管脚的接法。（3）灵活运用学过的知识并将其加以巩固，发散思维，提高学生的动手能力和思维的缜密。2、实验要求（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮s1-s8表示。（2）设置一个系统清除和抢答控制开关s9，该开关由主持人控制。（3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。二、系统的组成及工作原理1、系统的组成按钮显示锁存、编码、译码蜂鸣器选手置位清除数据按钮主持人2、工作原理如图所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。例如：当主持人宣布开始后，s1首先按下了按钮让蜂鸣器响应，这时电路会将s1锁进芯片内，并且让数码管显示“1”，在这之后任何一个按钮再按将无效，直至主持人按下复位键，清除数据，让数码管重新归“0”。若是s3首先按下了按钮让蜂鸣器响应，电路则将s3锁进芯片，并让数码管显示“3”。其他按钮工作方式均如此。电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，电路要完成以下功能：（1） 优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号； （2）蜂鸣器发出短暂声响；（3） 控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；三、电路设计主要芯片：cd4511cd4511各个引脚功能其功能介绍如下：bi：4脚是消隐输入控制端，当bi=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。lt：3脚是测试输入端，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，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。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。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。 cd4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。1、cd4511的引脚cd4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动led。图1.1其引脚如图1.1所示。各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示a、b、c、d；5、4、3分别表示le、bi、lt；13、12、11、10、9、15、14分别表示a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是vdd、vss。2、cd4511的工作原理图1.2cd4511的工作真值表如图1.23、锁存功能（1）译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端le的电平状态。当le为“0”电平导通，tg2截止；当le为“1”电平时，tg1截止，tg2导通，此时有锁存作用。cd4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数据b、c进行组合，得出、四项，然后将输入的数据a、d一起用或非门译码。（2）消隐bi为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使b端输出为低电平，字形消隐。消隐控制电路如图3-4所示。消隐输出j的电平为j=（c+b）d+bi如不考虑消隐bi项，便得j=（b+c）d据上式，当输入bcd代码从1010-1111时，j端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。总电路图：4、抢答电路设计选手模块：由上图可知抢答器共提供了八个按钮抢答，最大可支持八人进行抢答，当其中一人最先按到按钮，将会输入相应的号码。在s3、s5、s6、s7的连接中是为了避免电路直接导通，使得程序出现混乱。以s3为例，若没有二极管，当s1按下后s1就会与s3导通，若其他支路也没有，那么也将导通。电阻为限流电阻。主持人模块s9是作为主持人的开关，当主持人按下s9后，bi引脚接入低电平使得芯片将重置，清除数据，并使数码管显示“0”。芯片与数码管的连接如图此图为蜂鸣器模块与s1、s2、s4、s8相接。四、电路实验与调试1、仿真使用了proteus进行仿真，由于三极管9013没有，用了bc547代替。通电后数码管显示“0”。当按下第一个按钮后，数码管显示“1”。按下复位按钮，复位成功。2、布线制板需要经过手动布线。布线完成布线完成后再进行制板，制板是通过喷墨打印机打印线路在一张不干胶贴纸的光滑底衬纸上，裁剪出来后固定在覆铜板上，再放入热转印机之中进行转印。转印完成后，纸上的石墨会印在覆铜板上，纸取下来时容易导致墨的脱落，需要小心。在腐蚀的过程中需要不断的摇晃，保证腐蚀过程顺利。腐蚀完成后还要进行钻孔，钻孔过程中需要注意不要把焊盘给弄脱落了。钻完空后板才算是初步完成，在制作过程中铜线或者焊盘脱落属于常发生状况，需要注意补锡或者是焊接一条导线上去。2、焊接通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。同时在电路板上要预先确定电源的正负端，便于区分及焊接。正确焊接各芯片个管脚连接必须查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路。3、调试（1） 存在导线断连问题在完成元器件及导线的焊接后，还需要对电路板进行排查，需要对电路板的每一条导线都进行检查，利用万用电表进行检查，看是否存在两个元器件之间断路现象。由于导线过多，容易混乱，并没有真正做到每一条导线，都进行检查，但也发现了许多导线断路，再通过补锡将导线重新连接，或者直接焊一条导线上去，让线路重新连接上。（2） 数码管显示不清晰，按钮无作用在插上电源后发现数码管的亮度极低，并且按钮按下之后数码管没有反应，蜂鸣器也不会响。经过多次检查，查看电路板的设计图，发现按钮并没有接上电源。通过将电源与按钮焊接上一条导线之后，数码管亮度显示正常，按钮按下后蜂鸣器也会响。（3） 部分按钮按了以后出现错误在连接好导线使得数码管和蜂鸣器正常工作后，发现第一个、第三个和第七个按钮出现问题，无法正常显示。再一次检查电路设计图，并用万用电表查看元器件是否损坏，甚至换了一个三极管也无济于事。最后才想到有可能还是导线断路问题，通过查看电路设计图发现第一个、第三个和第七个按钮与二极管之间的联系，找到了断路的导线，将导线重新焊接上以后，电路正常工作。五、设计总结1、焊接制作必须精益求精焊接必须精益求精，一丝不苟，一点的差错都可能导致实验结果错误，因此必须准确无误还要工整，这样才能在调试中能比较轻松进行，也是整个电路可看性更好。2、调试调试工作是个精细工作。在调试过程中，有些问题是芯片本身损坏引起的，也有些是因为焊接问题引起的等因此排查过程需要特别有耐心，通过对芯片功能的检验，对焊点的检查最后检查出问题所在。当最后解决问题时，电路的正确是非常振奋，也很有成就感和满足感。3、建议设计的作品主要是用cd4511芯片来完成的，在焊接的过程中由于芯片的引脚过多，布线工作不是很方便。而实验室只能提供单面板的制作，使得手动布线很费时间，腐蚀出来的板子还会有许多铜线、焊盘脱落为焊接增加难度，经常还因为某一跟线没有焊牢，造成电路的不稳定，这些都是有待改进的。4、不足实验效率低，焊接水平不足导致电路稳定性不高，铜线和焊盘在焊接过程中容易脱落，布线比较混乱，这些都有待提高。本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合，既考查了同学对理论知识的掌握程度，由反映了实际动手能力，更主要的是考查了同学对知识的综合运用以及创新设计思维能力，为今后的发展提供了一次良好的学习环境。针对课设题目八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证试验方案的可实行性，虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。同时也使自己认识到：设计思路是整个设计的灵魂拿下每个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的。只有