数电课程设计实验报告-多路智力竞赛抢答器.doc

武汉纺织大学数字电子课程设计实验报告姓 名：班 级：光电11301学 号：指导教师：设计题目：多路智力竞赛抢答器2019年11月16日摘要 数字电子技术课程设计是在学习完数字电子电路课程之后按照课程教学的要求，对学生进行综合性训练的一个实践性教学环节。主要目的是培养学生综合运用理论知识能力，分析问题和解决问题的能力，以及根据实际要求进行独立设计的能力，了解数字电子电路的一般设计方法，初步掌握数字电子线路安装、布线、焊接、调试等基本技能，熟练掌握电子电路基本元器件的使用方法，训练、提高读图能力，掌握组装、调试方法。关键词 数字电子 、培养能力一、数电课程设计的目的数字电子技术课程设计是在学习完数字电子电路课程之后，按照课程教学的要求，对学生进行综合性训练的一个实践性教学环节。主要目的是培养学生综合运用理论知识能力，分析问题和解决问题的能力，以及根据实际要求进行独立设计的能力；了解数字电子电路的一般设计方法，初步掌握数字电子线路安装、布线、焊接、调试等基本技能；熟练掌握电子电路基本元器件的使用方法，训练、提高读图能力；掌握组装、调试方法。二、设计题目及要求1设计题目多路智力竞赛抢答器2功能要求(1)4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。(2) 给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零和抢答的开始(3) 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答，同时计数器显示此时的时间。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。(4)抢答器具有定时（10秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响。参赛选手在设定时间（10秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。(5)如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警，并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。(6)用555定时器产生频率为Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。3设计步骤及要求（1）给出定时抢答器的组成框图；（2）设计并焊接安装各单元电路，要求布线整齐、美观，便于级联与调试；（3）测定定时抢答器的逻辑功能，以满足设计功能要求；（4）画出定时抢答器的整机逻辑电路图；（5）按照要求写出设计报告。三、方案设计与论证 方案一： 采用51单片机或MSP430单片机以及相关元器件用程序代码完成定时系统和主时序控制系统的设计，外接用数码管显示和手按键抢答系统与报警系统。该电路接线简单，但要求比较高。 方案二： 采用模拟电路设计，利用晶体三极管以及相关元器件设计成各个系统再将各个系统组合在一起实现要求的功能。该方案电路复杂，制作太过于复杂，难以实现。 方案三：采用数字电子电路设计，利用各芯片及相关元器件构成抢答电路、定时器电路、报警电路和时序控制电路系统模块，再将各个模块组装起来实现要求的功能。该方案电路设计比较简单，要求也比较合理。 方案选择： 综上三种方案相比较方案二电路太过于复杂难以实现，方案一与方案三相比，电路结构简单但需要编写程序，也需要相应的单片机板，要求较高，而方案三电路结构比较简单，芯片成本比单片机底，要求也比较合理比较容易实现题目要求的功能。所以选择方案三最为合理。四、系统设计框图及工作原理系统电路由四部分电路组成1. 抢答电路设计 抢答器电路的功能有两个：一个是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是使其他选手的按键操作无效。本设计选用优先编码器74HC148和RS锁存器74HC279。其工作原理结合电路图自己分析。 图1 系统设计框图2. 定时电路设计节目主持人根据抢答题的难易程度，设计一次抢答的时间，通过预置时间电路（倒计时电路）对计数器进行预置，本设计选用2片74HC192进行设计(实际提供一片74HC192），最大预置时间为99秒，计数器的时钟脉冲由NE555构成的秒脉冲发生电路提供，电路的工作原理及器件相关参数选择自行分析。3. 报警电路设计 由555定时器构成的脉冲发生电路产生固定频率的方波信号，控制信号ST控制方波信号经三极管驱动蜂鸣器或扬声器发出固定频率的声音。当有选手抢答或设定的抢答时间到时，控制信号ST为高电平时，多谐振荡器工作，可驱动蜂鸣器发声；其它时候控制信号ST为低电平，多谐振荡器电路停振，输出低电平，蜂鸣器不能发出声音。4. 时序控制电路设计 时序控制电路是抢答器设计的关键，它主要完成以下三项功能：（1） 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。（2） 当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声报警，抢答电路和定时电路停止工作。（3） 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声报警，同时抢答电路和定时电路停止工作。 时序控制电路主要有几个与非门实现，提供的参考电路图中报警时间不能控制，简单的控制办法由主持人按下清除开关即可停止发声，若要实现报警时间自动控制，可在电路设计中增加一个单稳态触发器，采用其输出的暂稳态信号控制报警时间，设计时这部分可以自行发挥，如设计报警时间为1秒，设计时给出相关器件（如R,C）参数的选择依据。脉冲周期T=（R1+2*R2)Cln2。 图2 多路智力竞赛抢答器参考电路图5. 元件清单 见附录一 五、实物制作及调试 1. 实物制作中有三种制作方案 （1）直接焊接电路板：与芯片引脚焊接比较紧密接线比较复杂。 （2）用面包板接线：不用焊接但线路比较多，太复杂，不美观。 （3）在芯片引脚边焊接排针在正面接线：此方法比较简单，但感觉不够美观。本次制作选择第三种制作方法。 2.实物调试 用USBTTL的下载模块通过电脑提供5V电源进行调试，调试过程中蜂鸣器一直不太响，最后去掉了接蜂鸣器的100uF电容后，可以正常的发生，可以正常记时，正常抢答，正常清零。调试图如图 ： 调试图正面 调试图反面六、设计总结及心得这次课程设计充分的把我们所学的知识运用到实践中并且是我们初步掌握了电路设计的基本方法。我们要先设计总体框架进行分解、分析。我们只有把每个小模块都设计好了才能设计成完整的电路。此次课设是抢答器它需要用到锁存器74HC279、8位优先编码器74HC148、译码器CD4511B、10位同步计数器74HC192、与非门74HC00、定时器NE555等芯片。芯片种类比较多，是我们更加深入的掌握这些常用芯片。设计过程中，主要是焊接电路板这块问题比较多，耗时比较大。焊好后出现了一些问题，检查电路后能够改正，但蜂鸣器一直不能正常报警，最后通过仿真软件找出了解决的方法。此次制作增强了我们的动手能力，合作能力，发现问题的以及解决问题的能力，自己出现了一些问题，也帮同学解决了一些问题，掌握了数电制作的基本流程，知道如何了解芯片的功能。参考文献： 例如：部分参考资料：1.谢自美主编，电子线路设计实验测试（第二版），华中科技大学出版社,2003.2.阎石主编数字电子技术基础，高等教育出版社.3.杨志忠主编电子技术课程设计4.许小军主编数字电子技术实验与课程设计指导5.王立欣，杨春玲编电子技术实验与课程设计附录一：电子元器件清单品名规格型号技术要求单件数量单价（元）总价通用板（或双面印制板）10X15（cm2）1共阴极数码管BS201A/0.5英吋2集成显示译码器CD4511B28位优先编码器74HC148110位同步加/减计数器74HC1921四SR锁存器74HC2791555定时器NE5552集成逻辑与非门74HC002电阻器RJ-68K-1/4W2电阻器RJ-15kW-1/4W2电