课程设计数字抢答器.docVIP

附件： 附件 1： 学学 号：号： 01020809320503 课课 程程 设设 计计 题题 目目数字抢答器数字抢答器 学学 院院信息工程学院信息工程学院 专专 业业通信工程通信工程 班班 级级 姓姓 名名 指导教师指导教师刘新华刘新华 2010 年7 月2日 武汉理工大学Protel课程设计 1 课程设计任务书课程设计任务书 学生姓名：学生姓名： 专业班级：专业班级： 指导教师：指导教师： 刘新华刘新华 工作单位：工作单位： 信息工程学院信息工程学院 题题 目目: : 数字抢答器数字抢答器 初始条件：初始条件： 可选元件：74LS 系列芯片 555 定时器 电阻 电容 开关 仿真软件：Protel99se Altium Designer Winter 09 要求完成的主要任务要求完成的主要任务: : （1）使用 Altium Designer 制作模拟乘法器的电路原理 图 （2）使用 Altium Designer 制作模拟乘法器的 PCB 图 （3）使用 Altium Designer 进行电路仿真设计 时间安排：时间安排： （1 1）第）第 1-31-3 周：选题及任务安排。周：选题及任务安排。 （2 2）第）第 4-104-10 周：方案选择及设计。周：方案选择及设计。 （3 3）第）第 11-1611-16 周：仿真及周：仿真及 PCBPCB 制作。制作。 （4 4）第）第 17-1817-18 周：撰写报告及答辩。周：撰写报告及答辩。 指导教师签名：指导教师签名： 20102010 年年 月月 日日 武汉理工大学Protel课程设计 2 目录目录 ABSTRACT.4 ALTIUM DESIGNER 简介 .5 一、设计题目.6 1.11.1 课程设计目的课程设计目的.6 6 1.21.2 设计要求设计要求 .7 7 1.31.3 设计原理图设计原理图 .7 7 2 ALTIUM DESIGNER WINTER 09.8 2.12.1 AltiumAltium DesignerDesigner 绘制电路原理图绘制电路原理图.9 9 3. 绘制 PCB 图.13 3.13.1 加载网络表加载网络表 .1313 3.23.2 生成生成 PCBPCB 板板 .1414 3.33.3 PCBPCB 板的排版布线板的排版布线.1616 4 电路仿真.17 5 心得体会.18 参考文献.19 附录.20 武汉理工大学Protel课程设计 3 数字抢答器的设计及数字抢答器的设计及 PCBPCB 板制作板制作 摘要摘要 抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。抢答器 多向着数字智能化发展，数字抢答器由主体电路与扩展电路两大部分组成：优 先编码电路、锁存器、译码电路将输入信号显示；用控制电路和开关启动报警 电路，以上两部分组成主体电路；通过定时电路和译码电路将脉冲信号在显示 器上输出实现计时功能，构成扩展电路。抢答器除具有基本的抢答功能外，还 具有定时、计时和报警多重功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间， 系统将完成自动倒计时。 关键词关键词：抢答器 锁存器 报警电路 译码电路 Design of Digital Answering Device and PCB Board Production Abstract Responder is a tool that has been widely used in various occasions of intelligence and knowledge competitions. Responder develops toword digital intelligence, digital answering device extended from the main circuit and the circuit two parts: the priority encoder circuit, latch, decoder input signal display; with the control circuit and switch startup alarm circuit, these two parts of the main circuit; through the regular circuit and decoding circuit will pulse the display output to achieve timing function, form expansion circuit. Responder addition to a basic function, but also with time, multiple time and alarm functions. Default by the time the default host for the answer in the time switch, the system will complete the automatic countdown. Key words: Responder；Latch；Alarm Circuit；Decoding circuit 武汉理工大学Protel课程设计 4 Altium Designer 简介简介 Altium Designer 是 Protel 系列的最新升级版本 Protel 软件的原厂商 Altium 公 司推出了 Protel 系列的最新高端版本 Altium Designer 09。 Altium Designer 09，它是完全一体化电子产品开发系 统的一个新版本，也是业界第一款也是唯一一种完整的板级设计解决方案。 Altium Designer 是业界首例将设计流程、集成化 PCB 设计、可编程器件（如 FPGA）设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，一种 同时进行 PCB 和 FPGA 设计以及嵌入式设计的解决方案，具有将设计方案从概念 转变为最终成品所需的全部功能。 Altium Designer Winter 09 提供了唯一一款统一的应用方案，其综合电 子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。Altium Designer Winter 09 在单一设计环境中集成板级和 FPGA 系统设计、基于 FPGA 和分立处理器的嵌入 式软件开发以及 PCB 版图设计、编辑和制造。并集成了现代设计数据管理功能, 使得 Altium Designer Winter 09 成为电子产品开发的完整解决方案一个既 满足当前，也满足未来开发需求的解决方案。 创新电子设计平台 Altium 创新电子设计平台集成了广受好评的 Altium Designer Winter 09 一体化电子设计软件和 Altium 可重构硬件平台 NanoBoard 系列。 该方法将 器件智能置于设计流程的核心。由此形成了一个完整的一体化电子设计环境， 以全新的方式创建和推出智能型关联电子产品。 充满信心地部署 Altium Designer Winter 09 为您的企业引进 Altium Designer Winter 09业 界唯一的一体化电子设计解决方案：大量新增功能；每六个月就发布新版本， 让您与新兴技术保持同步。 无论您是独自工作，还是与设计团队成员协作， 或在一家大公司里工作，Altium 都能为您提供一系列灵活的许可证选项，让您 可以在桌面上安装合适的功能。Altium 的许可证选项为您提供了获取 Altium Designer Winter 09 核心功能的多种选择：您可以充分挖掘当今大容量可编程 器件的潜力；或者运用包括核心功能集、完全定制电路板设计和制造能力在内 武汉理工大学Protel课程设计 5 的 Altium Designer Winter 09 扩展功能。 引言引言 抢答器在竞赛中有很大用处,它能准确、公正、直观地判断出第 1 抢答 者。通过抢答器的指示灯显示、数码显示和警示蜂鸣等手段指示出第 1 抢答者。 早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示 辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机或数字集成电路，并且附加 了如计时、得分显示等功能。现代的抢答器一般分为电子抢答器和电脑抢答器。 市场上的抢答器参差不齐，存在着线路复杂、成本较高、稳定性低等问题，要 么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。做为一个单位若专购一台抢答器虽然 在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使电子器件的抢 答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。借助逻辑电路制作一 个抢答器，具有数字化，制作方便，结构简单，等诸多优点。 一、设计题目一、设计题目 八路智力竞赛抢答器 1.1 课程设计目的课程设计目的 1、掌握使用 Altium Designe 设计的基本方法 2、数字电路的设计能力 武汉理工大学Protel课程设计 6 1.1.2 设计任务要求设计任务要求 1.11.1 设计内容设计内容 设计一个智力竞赛抢答器，可同时供 8 名选手或 8 个代表队参加比 赛，他们的编号分别是 1、2、3、4、5、6、7、8，各用一个抢答按钮，按 钮的编号与选手的编号相对应，分别是 S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。 给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零(编号显示数 码管灭灯)和抢答的开始。 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，编号立即锁存，并在 LED 数码管上显示出选手的编号，同时蜂鸣 器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答 选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 4.用中小规模集成电路组成智力竞赛抢答器电路，画出各单元电路图 和总体逻辑框图，正确描述各单元功能，合理选用电路器件，画出完整的 电路设计图以及写出设计总结报告。 1.2 设计要求设计要求 1. 使用 protel 制作模拟乘法器的电路原理图 2. 使用 protel 制作模拟乘法器的 PCB 图 3使用 protel 对基于模拟乘法器的调幅电路进行仿真 武汉理工大学Protel课程设计 7 1.3 设计原理图设计原理图 抢答器开关 抢答开始倒计时开开始前有人抢答 有人抢答计时结束，无人抢答 扬声器响、显示抢答 着号码停止倒计时扬声器响 显示抢答着编号 答题结束 主持人操作 工作原理工作原理：由主体电路和扩展电路组成，接通电源以后，主持人把开关 拨到清零状态，抢答器处于禁止状态，标号显示灯不亮。定时显示器显示设定 时间，主持人将开关拨到开始状态，宣布开始抢答，定时器开始倒计时，扬声 器响声提示，选手可在倒计时时间内抢答，抢答器完成：优先判断、编号锁存、 编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时 器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。 武汉理工大学Protel课程设计 8 2 Altium Designer Winter 09 2.1 Altium Designer 绘制电路原理图绘制电路原理图 1. 进入 Altium Designer Winter 09 后依次点击工具栏上的 文件/新建/工 程 x 新建一个后缀名为 lixingPCB 的工程文件。 图 2.1 新建 lixingPCB 工程文件 武汉理工大学Protel课程设计 9 2.接下来在刚建立的 lixingPCB 的工程文件下点击 文件/新建/原理图 新 建一个后缀名为 lxing.SchDoc 的原理图，建立原理图与工程的关联。 图 2.2 新建原理图 3.如果是寻找不那么常用的元件可以在元件库管理器中选择 Libraries/中 寻找元件所在的库，然后安装加载此库，在选择此库进行搜索即可找到所需元 件。根据电路要求可以在 DXP 中加载相应的元件库，DXP 中带有非常丰富的元 件库，并且按照芯片的生产公司的名称分开放置以通过 PCB 库文件编辑器来自 己编辑。 武汉理工大学Protel课程设计 10 图 2.4 加载元件库 例如，需要找到 74ls48 芯片，这可以加载该元件所在的库文件 Previous Backup of TTL74 系列.lib，然后在搜索栏键入 74ls48，即可找到此芯片 武汉理工大学Protel课程设计 11 图 2.4 寻找元件 3.在本次设计中需要用到 3 个 74ls48 芯片做译码输出到七段数码管 图 2.5 添加并放置元件 4.在依照电路安放好所有元件之后再开始连线。点击工具栏上的放置线图标 进行连线操作，将各元件的引脚连接起来。在连线时需要注意导线交叉时是否 导通的问题。 图 2.6 元件连线 武汉理工大学Protel课程设计 12 5.完成所有连线之后，选择 File/New/TextDocument 命令，开启一个数据 库文本；再选择 Project/Project Options 命令设置工程检查参数，在执行 Project/Compile Document 检查系统错误。如果提示错误则返回修改原理图， 如果没有错误，则选择 Design/Netlist For Document/Protel 命令生成网络表。 图 2.7 数字抢答器设计全图 3. 绘制绘制 PCB 图图 3.1 加载网络表加载网络表 生成网络表之后，就进入了 PCB 板绘制的阶段。选择 File/New/PCB 生成一 个后缀为 PcbDoc 的文件。PCB 板分为很多层，主要有 Top-Layer、Bottom- Layer、Mechanical、Top Overlay、Keep-Out-layer 和 Multi-Layer。 武汉理工大学Protel课程设计 13 按步骤设置 PCB 板的 Mechanical 物理边界以及 Keep-Out Layer 电气边界。 先执行 Design/Board Sharp/Redefine Board Sharp 命令，此时光变变成十字 形。然后在 Mechanical 层面上划定 PCB 板的物理边界，最后在禁止布线层 （Keep-Out Layer）上面划定电器边界。 在正确设置完成 PCB 板之后，在 PcbDoc 文件下选择 Design/Import Changes From 命令加载网络表（或者在 SchDoc 文件下选择 Design/Update PCB Document 命令） ，屏幕上显示详细的网络连接信息。点击 Validate Changes 按 钮可以检查装入的元件封装、电器规则以及元件的网络连接是否正确，如果正 确，屏幕上将显示绿色打勾标记。再点击 Execute Changes 按钮完成元件网络 表的加载。 图 3.1 加载网络表 3.2 生成生成 PCB 板板 按步骤设置 PCB 板的 Mechanical 物理边界，在工具栏选择设计-板子形状 武汉理工大学Protel课程设计 14 -重新定义板子类型，即可自己绘制大小合适的板子，还可在家设计外形 图 3.2 自定义 PCB 板 自上步画出板子形状后，然后选择 Top Layer-放置-禁止布线-线径， 即可看见鼠标变成十字形，然后沿板子边沿布线，完成 Top Layer 后；按同样 方法选择 Keep-Out Layer 布线 图 3.3 自定义形成的 PCB 板 武汉理工大学Protel课程设计 15 3.3 PCB 板的排版板的排版布线布线 网络表加载完成之后，PCB 根据网络表产生预拉线，在屏幕上会出现排列整 齐的所有元件以及设置过的 PCB 板，然后 PCB 根据预拉线一条一条变为铜膜走 线。选定所有的元件拖至 PCB 板上，一般来说 DXP 的自动排版后的 PCB 板已经 比较理想了，但是仍然可以手动排版进行进一步美化。 在元件排版完毕之后，就可以进入到最后的布线阶段。Protel DXP 2004 沿 袭了 Protel99 SE 强大的自动布线功能，不仅布线快速而且合理，通过率很 高。我们可以执行 Auto Route/All 命令，选择 Default 2 Layer Board 选项， 再点击 Route All 完成双层 PCB 板的布线。 图 3.4 最终 PCB 板效果图 武汉理工大学Protel课程设计 16 4 电路仿真电路仿真 在完成了 PCB 板的制作后，下面对模拟数字抢答器的原理图进行仿真。作 为一款驰名已久的板卡级设计软件，相比 Protel 99 SE，Protel DXP 2004 在 仿真功能上有了很大的进步，同样拥有强大的仿真功能。 选择所做好的原理图 lxing.SchDoc-设计-仿真-Mixed Sim 武汉理工大学Protel课程设计 17 图 4.1 仿真所出现的错误提示 经过反复修改，依然无法得出仿真结果，因此此设计仿真失败 5 心得体会心得体会 本次课程设计，要求我们在设计电路图的同时还要使用 Altium Designer 软 件画出电路的 PCB 板。这次课程设计对能力要求较高，不仅要有较好的数电模 电的知识基础，还要求有对 Altium Designer 软件的基本操作能力。altium designer 这个新软件比 protel DXP 有了质的飞跃，而且带来了很多的便利。 印刷电路板是电子线路从理论走向实际的成果，无论是制作实物进行测试还 是用仿真软件进行仿真，都是为了检验设计结果，并最终向实际生产方向发展。 Altium Designer 拥有强大的人机对话功能，能够很好的将设计者的思维转化 成能够被批量推广的产品，这一点对于工科专业来说是非常重要的，因为我们 现在所学习的一切都是为了将来能够在工作岗位上设计出更多功能强大适合广 泛使用的电子产品，这样才能创造更大的价值。 设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东 西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解， 而且要不断地更正以前的错误思维。电路设计是一个很灵活的东西，它反映了 你解决问题的逻辑思维和创新能力。它才是一个设计的灵魂所在。因此在整个 设计过程中大部分时间是用在单元电路的理解和设计上面。很多单元电路是可 武汉理工大学Protel课程设计 18 以借鉴书本上的，但怎样衔接各个单元电路才是关键的问题所在。这次设计,让 我受益匪浅。 此外，在课程设计中，遇到问题是非常正常的现象，例如为了找