电子技术综合实验.ppt

刘向军2012 1 12 电子技术综合实验 四 要求 二 设计内容 一 综述 三 设计实例 一 综述 1 目的和意义综合电子技术设计是电子技术课程的综合实践教学环节 既涉及到许多理论知识 设计原理与方法 又涉及到许多实践知识与技能 安装 调试与测量技术 通过学生独立进行某一课题的设计安装和调试来完成 因此它是对学生电子技术课程学习的综合性训练 随着电子技术的迅速发展 电子电路的应用日益广泛 由电子电路组成的控制系统 测量系统 通信系统等电子技术产品已经深入到各个领域 电子电路的设计越来越显示出其实用性和重要性 2 基本要求 1 根据设计任务和指标要求 综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题 2 根据课题需要选学参考书籍 查阅手册 图表等相关文献资料 要求通过独立思考 深入钻研课程设计所遇到的问题 培养独立分析 解决问题的能力 3 进一步熟悉常用电子器件的类型和特性 掌握合理选用的原则 4 学会电子电路的安装和调试技能 掌握常用仪器设备的正确使用方法 利用 观察 判断 实验 再判断 的基本方法 解决实验中的问题 5 学会撰写课程设计总结报告 6 通过课程设计 逐步形成严肃认真 一丝不苟 实事求是的工作作风和科学态度 树立一定的生产观点 经济观点和全局观点 尤其是在设计过程中注重勤俭节约的作风的培养 力求设计过程中力争少损坏器件 7 课程设计过程中 要做到爱护公物 遵守纪律 团结协作 注意安全 8 上机实验中 在机房保持安静 爱护计算机 杜绝打游戏 聊天等一切与课程设计无关的事情 3 设计方法和步骤 电子电路设计的一般方法与步骤包括 总体方案的设计与选择单元电路的选择与设计单元电路间的连接方法绘制总体电路草图关键电路实验最后绘制正式的总体电路图 二 设计内容 1 移位寄存器型彩灯控制器2 智力竞赛抢答器3 电子拔河游戏机4 交通信号灯控制电路5 数字电子钟6 电子密码锁7 电子秒表 三 设计实例 题目1 数字钟1 设计要求 1 设计一个能直接显示时 分 秒的数字电子钟 小时可以为12进制 也可为24进制 2 设计校 时 校 分 电路 3 设计24小时整点报时控制电路 要求从59分50秒开始 每2秒钟响一声 共响5次 每响一次声音持续0 5秒 要求只在6 00 22 00之间整点报时 23 00 5 00之间整点不报时 4 设计任意几点几分可响铃的闹钟控制电路 可提前停止响铃 5 根据规定的作息时间表 如右表所示 设计自动响铃控制电路 选作 2 总体设计方案数字时式电子钟的基本功能是能够实现时 分 秒的正确计时 计时单位为1s 因此 首先必须有计时显示电路和秒脉冲产生电路 其次 当刚接通电源或时钟走时出现误差时 需要进行时间校准 否则就不能正确表示当前时间 因此 数字式电子钟应有校时控制电路 再次 要求有自动整点报时及按时闹钟 还应有整点报时和闹钟控制电路 另外还有其他控制电路 因此 该电子钟由计时显示电路 秒脉冲产生和控制电路三大部分构成 数字式电子钟的结构框图 1 七段显示数码管 2 10MHz振荡器和十分频电路 1 10MHz振荡器 2 如图所示为电子手表集成电路 如5C702 中的晶体振荡器电路 常取晶振的频率为32768Hz 因其内部有15级2分频集成电路 所以输出端正好可得到1Hz的标准脉冲 3 校时电路 4 整点报时电路 题目2 交通信号灯控制器 1 设计要求 在一个具有主 支干道的十字路口 设计一个交通灯自动控制装置 红灯 R 亮表示该条道路禁止通行 黄灯 Y 亮为过渡 使行驶中的车辆有时间停到禁止线以外 绿灯 G 亮表示该条道路允许通行 具体要求 主干道经常通车 支干道有车才通行 主支干道均有车时 两者交替通行 并要求主干道每次至少放行 秒 支干道每次最多放行 秒 仿真用开关代替 每次绿灯变红灯时 要求黄灯先亮 秒 此时原红灯不变 设计 秒 秒 秒计译码显示电路 每秒改变一次显示数字 可以采用正计时 也可以采用倒计时 当任意一条路上出现特殊情况 如消防车 救护车等需要优先放行的车辆时 各方向上均为红灯 计时停止 当特殊运行状态结束后 控制器恢复原来状态 继续正常运行 2 原理框图 1 传感器用开关代替主干道有车 L表示支干道有车 S表示特殊情况有车 T表示 2 计时器设计30秒计时显示电路TL20秒计时显示电路TS5秒计时显示电路TP 3 主控制器设计 交通灯控制状态设计 用L表示主道有车 用S表示支道有车用TL表示 30秒 用Ts表示 秒 用Tp表示 秒 S0 00 S1 01 S2 11 S3 10 4 译码驱动电路设计 主干道 绿G黄Y红R支干道 绿g黄y红r 题目3 移位寄存器型彩灯控制器 意义彩灯控制器可以自动控制多路彩灯按不同的节拍循环显示各种灯光变换花型 广泛用于大型灯会 舞台灯光控制以及节假日灯光妆饰中当彩灯路数较少且花型变换较为简单时 可用移位寄存器进行控制 1 设计要求1 要求三种变换花型 路彩灯从左至右顺次渐亮 全亮后逆序渐灭 循环 次 路彩灯从中间到两边对称地逐次渐亮 全亮后仍由中间到两边对称地逐次渐灭 循环 次 路彩灯分两半 从左至右顺次渐亮 全亮后则灭 循环 次2 三种花型先以慢节拍显示一遍 再以快节拍显示一遍 构成一次大循环 然后重复 右1 右1 右1 右1 右0 右1 左1 左1 左0 左0 左0 左0 右1 右0 2 原理框图 控制电路 编码发生器 驱动器 彩灯 1 节拍发生器设计 由表1 一次花型循环实为63拍 加一拍清零共64拍 凑成26 可用六位二进制计数器实现 此外 原题要求慢节拍和快节拍各循环一次 故还须加快慢节拍时钟分配电路 2 快慢节拍时钟分配电路设计 脉冲源可直接使用元件库中的脉冲源 也可另行设计脉冲源电路 555多谐振荡器或石英晶体振荡器 3 四位双向集成移位寄存器74194控制信号的设计 1 QaQbQcQd 2 QeQfQgQh 右1 右1 右1 右1 右0 右1 左1 左1 左0 左0 左0 左0 右1 右0 4 清0控制电路设计 系统总清0花型3每5拍清0一次三种花型运行一遍即64拍总清0一次 总结 掌握原理 总体设计信号清晰 单元调试合理布局 疏密得当分析问题 总结报告 题目4 六路抢答器设计 1 设计要求系统应包括主持人控制台 选手抢答台 选手计分器等部分 主持人通过主持人控制台上所设按钮向选手抢答台和选手计分器发送抢答允许 加分 减分等信号 抢答选手通过选手抢答台上所设按钮发送抢答信号并封锁竞争对手的抢答器 同时向自己的计分器发出计分允许信号 2 功能描述1 主持人预置每组100分 2 主持人按准备按钮 宣布准备抢答并述题 3 判断有无违章提前抢答者 如果有违章提前抢答者 选手抢答台红灯亮并发出声音 则宣布本题失败并做违章处理 如减分或口头警告 然后返回第二步 如果没有违章并且没有提前抢答者 则进行第四步 4 主持人按开始抢答按钮 宣布开始抢答 5 选手按自己的选手抢答台上所设的抢答按钮抢答 抢到答题权者的选手抢答台上所设的绿灯发亮并发出声音 经主持人允许后答题 6 主持人宣布选手得分 并按加10分按钮给选手加10分或者按减10分按钮给选手减10分 7 转入第二步进行下一题 或宣布抢答活动结束 3 分模块设计1 主持人控制台功能规划主持人控制台状态和所需器件 主持人控制台只有准备状态S0和抢答开始状态S1 故只需一个状态触发器FF0 此外需要预置100分按钮 L 准备按钮 R 抢答开始按钮 S 加10分按钮 U 减10分按钮 D 各按钮功能规定和信号形式L同时将四个计分器置成100分 选用带低有效预置端的计数器构成计分器 故信号形式为负脉冲 R将本台状态触发器FF0复位到S0状态 同时将四个选手抢答台置于初始状态 信号形式为负脉冲 S将本台状态触发器FF0置位到S1状态 再由FF0向四个选手抢答台输出抢答允许信号 信号形式为负脉冲 U给竞答选手加10分 信号形式为正脉冲 D给竞答选手减10分 信号形式为正脉冲 主持人控制台电路设计 2 选手抢答器功能规划选手抢答器的输入和输出信号及其含意1 选手抢答器输入信号应包括 主持人控制台送来的准备抢答信号 为负脉冲 它将选手抢答器复位到初始状态 主持人控制台送来的开始抢答信号 允许竞答选手按抢答按钮 设为X1 1有效 其它选手抢答器送来封锁信号 使本选手不能抢答 设其组合后为X0 0封锁 竞答选手按抢答按钮形成的抢答信号 在电路中作为时钟信号CP 为负脉冲 2 选手抢答器输出信号应包括 违章抢答信号 用于点亮红灯并使蜂鸣器发声 设为Y1 1有效 抢答有效信号 用于点亮绿灯 设为Y2 1有效 计分允许信号 使主持人能对本选手加分或减分 设为Y3 1有效 输出封锁信号 使其他竞答选手按抢答按钮无效 设为Y4 1有效 选手抢答器的状态规划和原始状态图选手抢答器应至少具有三个状态 其一为初始状态S0 其二为违章抢答后状态S1 其三为有效抢答后状态S2 根据题意可画出原始状态图如图 S0 S1 S2的编码分别选为00 01 10 设状态11为S3 并规定在任何输入下其输出全为0并且次状态为S0 由此得驱动函数和输出函数真值表如下 3 计分器功能和电路设计计分器应具备下列基本功能 计数范围为000 990 以10为最小计数单位 采用三位七段显示数码管显示计分值 可用预置脉冲将计数值预置成100分 具有计分允许信号输入端 该信号有效时方可对本计分器进行加分或减分操作 具有加10分脉冲信号和减10分脉冲信号输入端 器件选择 题目5 电子拔河游戏机 1 设计任务 电子拔河游戏机是一种能容纳甲乙双方参赛或甲乙双方加裁判的三人游戏电路 由一排LED发光二极管表示拔河的电子绳 由甲 乙二人通过按钮开关使发光的LED管向自己一方的终点移动 当亮点移到任何一方的终点时 则该方获胜 连续比赛多局以定胜负 2 设计要求1 由裁判下达比赛开始命令后 甲乙双方才能输入信号 否则 由于电路具有自锁功能 使输入信号无效 2 电子绳由17个LED管构成 裁判下达比赛开始命令后 位于电子绳中点的LED管发亮 甲 乙二人通过按钮开关使发光的管向自己一方的终点移动 并阻止其向对方延伸 当点亮的LED管到达某一方的终点时 该方获胜 此时通过自锁功能锁定电路 使输入不再有效 必须由裁判再次发出比赛开始命令时方能开始下一次比赛 3 某方赢一次 有计分电路自动给该方加1分 通过多次比赛以定胜负 3 总体方案设计 1 输入信号与控制电路设计 甲乙方输入用开关代替甲乙输入能互相控制 即在有效时间里甲先输入则甲有效 乙先输入则乙有效任一方到终点获胜后 另一方输入无效 2 计数器由双时钟十进制同步加减计数器74192构成 加减两端分别接控制门的两个输出端 若甲有效 进行加计数 乙有效则减计数 3 译码器输入接计数器输出 输出接电子绳 根据加减计数情况决定电子绳的亮灯向上移还是向下移 4 电子绳由17个发光二极管LED代替 甲方计数CP 乙方计数CP 题目6 电子密码锁 锁是人们生活中的常用物品 本设计题目要求用电子器件设计制作一个密码锁 使之在输入正确的代码时 输出开锁信号推动执行机构动作 并用红灯亮 绿灯灭表示关锁 而绿灯亮 红灯灭表示开锁 1 设计任务与要求 1 在锁的控制电路中储存一个可修改的4位代码作为密码 当输入代码和锁的密码相等时 进入开锁状态使锁打开 2 从第一个按钮触动之后的5秒内若未将锁打开 则电路进入自锁状态 使之无法再打开 并由扬声器发出持续20秒的报警信号 2 设计方案 1 开锁信号产生电路该题的主要任务是产生一个开锁信号 而开锁信号的形成条件是输入代码和已设置的密码相同 实现这种功能的电路构思有多种 比如 用2片8位数据锁存器或2片4位寄存器 一片存入开锁的代码 另一片存入密码 通过比较的方法判断 若二者相等 则形成开锁信号 1 开锁信号产生电路 2 定时电路 该题的定时电路有两个 5秒定时器和20秒定时器 密码锁一经工作 即启动5秒定时器 定时器计到5秒 如果输入密码与预置密码相符绿灯亮 否则红灯亮 同时报警电路报警 20秒定时器开始计时 计时满时报警电路停止 准备下一次输入密码 3 报警电路 报警电路是在输入密码与预置密码经比较器比较后不相符时开始工作 在20秒定时器计满时停止 因此 报警电路的控制信号应该有两个 一个来自比较器的输出 令一个来自于20秒定时器的输出 我们可以用基本RS触发器来实现 题目8 电子秒表 电子秒表是一种计时设备 是数字电路中基本RS触发器 单稳态触发器 时钟发生器及计数 译码显示等单元电路的综合应用 1 利用555定时器制作一个时钟发生装置 2 通过二五十进制计数器制作时钟分频电路 输出0 1秒到9 9秒的计数脉冲 3 利用74LS248和数码显示器接受分频电路输出的计数脉冲 并显示出来 4 使用基本RS触发器制作电子秒表的控制开关 实现开始计数 停止并保持计数和清零重新开始计数的功能 1 设计任务与要求 课题八电子秒表 2 方案设计 课题八电子秒表 1 555时钟发生模块利用555定时器实现的多谐振荡电路能够完成时钟信号发生器的功能 通过调节电路中的可变电阻使多谐振荡器的输出信号频率为50HZ 2 输出及显示模块两个290分别连接成十进制计数器 一个输出十分之一秒 一个输出整秒 并分别通过248芯片驱动相应的数码显示器 以显示0 1 9 9秒的秒表数值 课题八电子秒表 3 控制电路利用基本RS触发器生成控制电路 分别在R端和S端设置开关 开关S有效 则Q端输出高电平 将控制时钟信号发生器输出的与非门打开 使时钟信号能顺利通过与非门输出到分频电路中 同时Q端输出的低电平触发一个由门电路组成的微分型单稳