拔河游戏机实验报告.doc

本科实验报告课程名称：电子电路设计实验姓 名：陈肖苇学 院：信息与电子工程学院系：专 业：电子科学与技术学 号：3140104580指导教师：叶险峰 李锡华 施红军2016 年 4 月 14 日专业：电子科学与技术姓名：陈肖苇学号：3140104580日期：2016.4.14地点：东四216实验报告课程名称：电子电路实验2 指导老师：叶险峰 李锡华 施红军 成绩：实验名称：拔河游戏机的设计 实验类型：综合实验 同组学生姓名：鲁屹乾一、实验目的 二、实验任务与要求三、实验方案设计与实验参数计算（3.1 总体设计、3.2 各功能电路设计与计算、3.3完整的实验电路）四、主要仪器设备五、实验步骤与过程六、实验调试、实验数据记录七、实验结果和分析处理八、讨论、心得一、实验目的要求学生能够独立完成一个稍具难度的项目的设计、调试与修改，最终得到具有完整功能的电路。具体要求如下：1. 能够独立阅读文献，理解并掌握所做电路的原理。2. 能够使用AD9对目标电路原理图进行搭建与整合。3. 能够使用AD9进行目标电路的PCB板的排版布线，并与原理图进行逻辑对比，减少布线错误。4. 能够独立的进行电路的焊接与调试，最终得到符合所需功能的电路板。二、实验任务与要求所选择的项目是设计一个拔河游戏机，其要求如下：1 游戏分甲、乙两方，用按键速度来模拟双方力量，以点亮的发光二极管的左右移动来显示双方比赛的状态。2 拔河游戏机用15个发光二极管排成一排，比赛开始时，中间的发光二极管点亮，以此作为拔河的中心线。3 游戏双方各持一个按键，迅速的、不间断的按动各自的按键以产生脉冲，谁按的快，亮点就向谁方移动，每按一次，亮点移动一次。4 当亮点移到任一方终端二极管点亮时，这方就得胜。此时发光二极管发光状态保持，双方按键均无效。只有经过复位后才能使亮点回到中心线，开始新一轮的比赛。5 设置一显示器显示甲乙双方各赢的局数。三、主要仪器设备 AD9，5V直流电源，示波器，电烙铁四、实验原理电路整体的设计如下：本电路为脉冲信号输入电路。每一次按下按钮,电路的状态就会改变，产生的信号会从CPA和CPB传到中心的控制电路，产生进一步的变化。 本电路为中心控制电路，负责将脉冲输入电路、LED灯控制电路以及比分显示电路有机的结合在一起。下面为LED灯的控制电路，其中74ls192为可逆十进制计数器，74als138为三线八线译码器。其中192的QD端决定两片138中的那一片处于工作状态，Q0,QB,QC决定138控制的那一盏灯亮。138将来自192的信号译成对应电路的状态，决定被点亮的LED灯。同时本电路还将最两侧的两盏灯的状态通过A17，B27反馈到74ls08的控制电路和74ls390所在的比分显示电路，锁住两个电路的状态，直到reset按钮被按下192重新置数，中间LED灯亮，锁定状态被解除。本电路为比分显示电路，其中74ls390为二五十进制计数器，其中CP0-Q0为二进制计数器，CP1-Q3为五进制计数器，本电路通过将Q0连接至CP1，组成了十进制计数器。当A17或B27的下降沿到来时，触发时钟，进行计数。并将计数结果通过四线七线译码器4511转换成显示器对应的控制信号，点亮LED显示屏。其中reset2使MR端接入高电平，390置零，显示屏上显示0。五、实验设计（PCB版图设计）遵照着教程进行元件的导入、元件位置的确定以及交互式排线。因为开始的时候，原理图并没有完全确定，所以元件是分批次导入的。第一次导入了90%以上的元器件，最后修改的芯片以及电源通过再次更新进入PCB版图。元件位置的摆放如下图所示，比赛进程即15个LED灯显示在最上方，甲乙两方的按钮安排在电路板的两侧，复位按钮以及计数结果显示屏安排在下方，其余元件，按照逻辑上的联系，近似均匀的分布在电路板的中央。交互式布线是这一步骤的难点，需要考虑的因素有很多。比如整块电路板的供电与散热，比如铜线的长短与粗细，再比如布线的美观等等。首要的任务就是布线一定要正确，该联通的要联通，其次，要尽量美观，走线尽量是水平和竖直的，也是为了能更好地布线，防止斜着布线时走线过于混乱，最终出现布线不通的情况。由于是第一次进行布线，再加上时间比较紧急，所以布线的时候，没有特别注意美观这一层面的要求，主要是考虑了布线的正确性以及联通性。最终的PCB版图如下所示六、实验调试、实验数据记录焊接完成的电路板如下：接上5V直流电压源后，LED灯亮，左侧显示屏亮，右侧显示器不亮；两个复位键，包括LED灯复位和显示屏复位皆可正常工作；但是LED灯和显示器示数的逻辑关系不对，LED灯会跳动，显示屏上的数字也不是递增的。经过反复的排查，发现第一个问题，即右边显示器不亮的问题是因为芯片用的不对。本来应该用两片74LS247，老师发下来的是一片74LS247和一片74LS47，导致电路出现问题，显示屏不亮。第二个问题经过示波器的分析，发现两片555芯片的工作状态不一样，具体地说就是两片555芯片的2脚工作电压不一样，其中U1接近电源点压，U2电压几乎与地相同，经过对PCB版图的排查，发现是漏掉了U2的2脚与R5的连线，导致本来应该通过R5连接到电源上的2脚悬空，经过外部添加飞线之后，解决了上述问题。同时经过对PCB版图的排查，还发现了三处细小的隐藏在布线和芯片管脚中的未连接上的逻辑连线，对其采取同样的措施，即从外部添加导线进行连接。未连接的连线如下：经过以上的调试和修改步骤，对修改后的电路板进行测试，非常完美的符合预定功能，调试结束。七、讨论、心得经过本次实验的训练，让我对一个电子产品从功能要求，逻辑设计，电路原理图设计，PCB设计，电路焊接，电路调试的全过程有了一个清晰的把握与认识。做完本次实验之后，我认为以下几点是我在本次项目中的不足：1. 对电路结构与功能认识不清。刚开始的时候，并没有仔细的研究电路，而是按照着PDF文档上的电路进行搭建，这就导致了很多问题。比如说显示屏复位按钮的问题，开始的时候，我是搭了两个一模一样显示电路，所以使用了两个复位按钮，后来经过老师的指导，去掉了一个复位按钮，并且将两个芯片的复位端同时连接到复位按钮的一端，节省了一个按钮的同时，复位操作也变得更加容易，使产品的更加简单易用。其次就是芯片的问题，在本次设计中，一共更换了两个芯片，其中一个可以完全代替使用，另外一个的电源和地是反过来的，所以连接上也需要更改。还有一点就是A17和B27两条线，直接将中心控制电路和比分显示电路的同名端连接了起来，却忽视了将LED灯控制电路的两端的锁定信号反馈回来，后来在老师的帮助下改了回来。2. 其次就是PCB布线的问题。其中最大的问题就是漏掉了四条连线，在调试的时候发现并改正了过来。其次最大的问题就是因为时间不足，所以并没有完全的排成水平与竖直的走线，只是在一些关键部位这么布线，其他更多的是为了走通，而没有考虑美观因素。3. 这一次还学到了一些焊接的技巧。比如当有很多芯片的时候，一是要使用排针进行焊接，这样当芯片有问题的时候，或者焊接出错的时候，只需要更换芯片就可以了，而不用把全部的引脚全都拆下来，节省了大量的时间。其次就是当芯片很多的时候，如果一片一片焊接会很麻烦，而又没有方法可以一次性的固定住，这时候就可以将所有的芯片都排布好，然后利用一块平板盖在芯片上，然后夹住芯片翻转过来，这样子的话就可以同时将所有的芯片都固定好，然后进行焊接。4. 最后一点就是调试过程。因为之前并没有仔细的看原理图，所以并不是很清楚该从何处下手，所以我又回去认真的看了一遍原理图，弄清了各个芯片的作用以及电路各部分之间的逻辑关系。经过排查，我认为555芯片产生脉冲的时候可能出现了问题，所以我就测试了一下两片555芯片，发现两片555的2脚工作电压不同，因为同桌也出现了这个情况，所以排除了焊接问题，于是我就去查看了原理图和PCB版图，发现在第二片555芯片的2脚处本来该连接到电源的一个电阻没有连接上，经过进一步的检查，又发现了三处没有连接上的地方，然后全都修改了过来。经过这次实验，我总结了以下两点心得：1弄清楚电路设计的逻辑基础很重要，只有这样，才有可能针对出现的状况进行有针对性的修改。2细心和按步骤操作很重要，本次设计中出现的主要错误的原因就是因为在PCB布线的时候，漏掉了四根连接线，其次就是因