抢答器设计任务书(1).doc

一、设计内容智力竞赛抢答器一设计要求及技术指标：(1) 设计制作一个可容纳四路参赛的数字式抢答器，分别用4个按钮S1 S4表示。(2) 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。(3) 电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则电路显示抢答者的组别；此时，电路应具备自锁功能，使别组的抢答开关不起作用；智力竞赛抢答器二设计要求及技术指标：(1) 设计制作一个可容纳八路参赛的数字式抢答器，分别用4个按钮S1 S4表示。(2) 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。(3) 电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则电路显示抢答者的组别；此时，电路应具备自锁功能，使别组的抢答开关不起作用；智力竞赛抢答器三设计要求及技术指标：(1) 设计制作一个可容纳八组参赛的数字式抢答器，分别用4个按钮S1 S4表示。(2) 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。(3) 电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则电路显示抢答者的组别；此时，电路应具备自锁功能，使别组的抢答开关不起作用；(4)电路应具备抢答成功声音提示功能，声音持续时间510s；二、设计与制作步骤 （一） 选定总体方案与框图根据设计任务、指标要求和给定的条件，分析所要设计的电路应该完成的功能，并将总体功能分解成若干单项的功能，分清主次和相互的关系，形成若干单元功能块组成的总体方案。该方案可以有多个，需要通过实际的调查研究、查阅有关资料和集体讨论等方式，着重从方案能否满足要求、构成是否简单、实现是否经济可行等方面，对几个方案进行比较和论证，择优选取。对选取的方案，常用方块图的形式表示出来。注意每个方块尽可能是完成某一种功能的单元电路，尤其是关键的功能块的作用与功能一定要表达清楚。还要表示出它们各自的作用和相互之间的关系，注明信息的走向和制约关系。（二） 分析单元电路的功能任何复杂的电子电路装置和设备，都是由若干具有简单功能的单元电路组成的。总体方案的每个方块，往往是由一个主要单元电路组成的，它的性能指标也比较单一。在明确每个单元电路的技术指标的前提下，要分析清楚各个单元电路的工作原理，设计出各单元电路的结构形式。要利用过去学过的或熟悉的单元电路，也要善于通过查阅资料、分析研究一些新型电路，开发利用一些新型器件。各单元电路之间要注意在外部条件、元器件使用、连接关系等方面的相互配合，尽可能减少元件的类型、电平转换和接口电路，以保证电路简单、工作可靠、经济实用。各单元电路拟定之后，应全面地检查一遍，看每个单元各自的功能是否能实现，信息是否能畅通，总体功能是否满足要求。如果存在问题，还要针对问题局部调整。（三）选择器件与参数计算单元电路确定之后，根据其工作原理和所要实现的功能，首先要选择在性能上能满足要求的集成器件。所选集成器件最好完全满足单元电路的要求。当然在多数情况下集成器件只能完成部分功能，或者需要同其他集成器件和电子元器件组合起来组成其他的单元电路。这里需要灵活运用过去学过的知识，也需要十分熟悉各种集成电路的性能和指标，注意对新型器件的开发和利用。每个单元电路的结构、形式确定之后，需对影响技术指标和参数的元器件进行计算。这种计算有的需要根据电路理论的有关公式，有的按照工程估算方法，还有的需要用经验数据。用计算的方法得到的器件参数，还要按照元器件的标称值选取实用的元器件。（四）画出预设计总体电路图根据单元电路的设计、计算与元器件选择的结果，画出预设计的总体电路图。总体电路图应当包括总体电路原理图和实际元器件接线图。需要制作出实用装置的题目，还要作出印刷电路板的工艺设计。总体电路图应按元器件国标或部标的规定以及电路图的规范画出。图中要注意信号输入和输出的流向，通常信号流向是从左到右或从上至下，各单元电路也应尽可能按此规律排列，同时要注意布局合理。总体电路图尽可能画在一张图纸上。如果电路比较复杂，应当把主电路画在一张图纸上，而把一些比较独立或次要的单元电路画在另一张或几张图纸上，但要标明相互的连接关系。所有的连接线要“横平、竖直”，相连的交叉线要在交叉点用圆点标出。电源线和地线尽可能统一，并标出电源电压数值。总体电路图画出之后，还要认真地审查。检查总体电路是否满足方案地要求，单元电路是否齐备；每个单元电路地工作原理是否正确，能否实现各自的功能；各单元电路之间的连接有无问题，电平和时序是否合适；图中标注的元器件型号、管脚、参数值等是否正确等。这种审查十分重要，以防在安装调试中损坏器件。（五）采购电路元件，安装电路由于株洲电子元件市场规模不是很大，有些元件在本地买不到。根据往届同学的经历，同学们付出了很多车费，却买不到或买不全课程设计所需要的元件。所以本次课程设计的电子元件由老师统一到深圳采购，价格比较便宜，也少去了无谓的奔波。电路原理图设计完成之后，需要安装、焊接做出实验电路，有的还要做成实用的电子装置。从设计图纸到实际电路装置要经过十分重要的装接工艺，有时设计的电路十分合理，由于装接不当也会严重影响电路的性能，甚至造成元器件的损坏。因此，元器件的焊接、电路板的制作，整机的结构布局等都是课程设计的重要环节，也是培养电路工艺技能的好机会，必须给予足够的重视。首先在焊接之前，必须做好两件事。第一，画出万能板连线图，这一点必须做，不但要画，而且要仔细画；根据前几届学生做课程设计的经历，最后做出来的电路板，故障率极高，主要表现为连线错误以及集成芯片的引脚接错；避免此类问题的有效方法是画好连线图。至于如何画连线图，可参阅上学期模拟电路实验实作部分。第二，芯片测试，这一点往往大家会忽略。进行芯片测试有两个好处，其一可以进一步熟悉该芯片的功能；有些芯片功能较复杂，根据芯片资料，往往还不能完全了解其特性，只有通过进一步的测试，才能完全掌握。其二，可以通过测试检验该芯片的质量好坏；为保证调试的顺利，在安装前应将所有的电子元件检测一遍，保证其功能完整。检测芯片时可利用数电实验箱，具体方法可参考数电实验一和实验四。焊接时为保证焊接质量，使焊点牢固、光亮、圆滑、不出虚焊，必须了解焊接工艺，掌握焊接技术。一般焊接过程和要求是：1. 净化焊接部位的金属表面。引线、管脚和焊点处要刮净，涂上松香水，或先挂上锡，2. 将电烙铁挂锡在焊接部位加热至焊锡熔化的程度，使焊锡填充在被焊金属表面。3. 移开电烙铁，待焊锡自然冷却。焊接过程中，注意掌握以下技术：1. 掌握好焊接温度和时间。温度不够，焊锡流动性差，很容易凝固；温度过高，焊锡流淌，焊点不易存锡。要求焊接时烙铁头的温度高于焊锡的熔点，烙铁头与焊点接触时间以使焊点的锡光亮、圆滑为宜。焊点不亮或成“豆腐渣”状，说明温度不够，焊接时间太短。这种情况下焊剂不能充分挥发，很容易形成“虚焊”。2. 扶稳不晃，上锡适当。焊接时，被焊物要扶稳、扶牢，电烙铁也不必加压力或来回移动。，尤其在焊锡凝固过程中，不要晃动被焊元器件，否则容易造成“虚焊”。烙铁蘸锡多少视焊点大小而定。最好让所蘸锡量刚能包住被焊物。一次上锡不够可以再次填补，但补锡时一定待上次的锡一同熔化后方可移开烙铁头，以使焊点熔为一体。3. 为提高效率、减少重复性劳动，一般先将电阻、电容、二极管等元件引线弯成所需的形状，一次插入电路板的焊孔并排列整齐，然后统一焊接，检查焊点后剪去过长的引线。焊接元器件的顺序，一般是焊完电阻、电容和二极管等元件后，再焊晶体三极管或集成电路。晶体管和集成电路的焊接时间一般要短些，注意引脚不宜剪得太短，防止焊接时烫坏管于。初学者可用镊子夹住管脚进行焊接，以便通过镊子散热，保护晶体管。4. 焊接完后要检查焊点质量，看有无漏焊、错焊和虚焊等问题。可用尖嘴钳或镊子将被焊元件拉一拉，若有松动应重新焊接。好的焊接应当是焊锡饱满适中，焊点表面光滑，被焊引线着锡均匀，焊点周围干净、无毛刺等。（六）电路的调试与维修电路安装完毕后，还要进行重要的一步电路调试，这也是我们练习比较少的地方。为调试保证调试的顺利进行，调试前必须拟定调试步骤，一般调试步骤如下：1.检查电路接线电路安装完毕，首先要认真检查电路接线是否正确。通常采用两种检查方法，一种是按照连线图检查安装的线路，即把连线图上的接线按一定顺序在安装好的线路中逐一对照检查。别一种是按照电路原理图，借助万用表电阻档检查，即电路原理图上找出一些点，计算各点对地电阻，与用万用表在实际电路中测量的值进行比较，发现问题后再逐步缩小测量范围，查出错焊点。通过直接检查也可以发现电源、地线、信号线、元器件引脚之间有无短路；连接处有无接触不良；二极管、三极管、电解电容等引脚有无错接等明显错误。2.通电检查将电源接入待测电路。接通电源后仔细观察有无异常现象，包括无冒烟，是否闻到异常气味，手摸元器件是否发烫，电源电流是否过大等。如果出现异常，应该立即关断电源，待排除故障后方可重新通电。3.功能及参数调试对电路参数及工作状态进行测量，并在测试的基础上对电路的参数进行修正，使之满足设计要求。例如在调试定时器时，经检查该电路能正常工作，接下来将调整其参数，即检查其秒信号是否标准，可以通过与标准时钟进行对比，而后逐步调整，使其达到要求。当然还有其他方法，可以借助其他仪表如数字示波器、频率计等进行调整。在进行该项测试时，会经常出现电路故障。做过电路的同学都知道，安装电路不要怕出故障，只有在电路出了故障而且能独立排除，这样收获才是最大的。要排故障必须掌握一定的排障方法，总结如下：1）直观检查方法为了避免和减少接线错误，应画出正确的电路原理图和安装接线图。检查电源线、信号线有无错误，元件有无错焊、漏焊，二极管、三极管、电解电容器极性是否接反等。通电后听是否有打火声等异常声响；闻有无焦煳异味出现；摸晶体管管壳、电阻、电容、集成电路是否温度过高。发现异常时应立即断电。电解电容器极性接反时漏电流大，介质损耗将增大，会使温度上升，甚至使电容器爆裂。带有显示装置的电路可通过显示状态（如数码管的数值、显像管的光栅）判断故障的性质和部位。2）仪器检查法不能通过直观检查出故障，可以应用仪表检查法。主要有电阻检查、电压测量、逻辑测量等。不管利用什么方法，切忌盲目乱测，一顿乱点，这样往往很难检测出故障点。排障过程，实际上是逐步缩小故障范围，直至找出故障点的过程；要根据具体的故障现象，同学们相互进行充分的讨论、分析，推断出可能的故障范围，最后采用具体的仪表找到故障点。例如在数码管计数时，本应该按顺序显示“0、1、2、3、4、5、6、7、8、9”，却发现依次显示如下图形，“0、2、3”显示错误。经比较分析，发现数码管的“f、g”段要么同时亮，要么同时灭，那么可以推断“f、g”段可能短路了，下面就可以选择电阻测量法验证“f、g”段是否短路，直到找到故障点。排除故障，就像医生诊断病人，要通过望、闻、问、切等手段，收集病人病症，再决定采用何种仪表检查；疑难杂症要组织会诊，也就是分析、讨论，还不能确诊，才能请专家会诊。排障能力是一门很深的技术，深就深在分析上，必须经过长期的不断的积累。同学们要不断去学习总结，才能进步。4.调试结果及记录调整过程中，应如实记录调试结果及发生的一切问题。对调试结果进行分析，验证其是否满足设计要求；对调试过程中发生的问题，应详细分析，并记录解决的方法和过程。下面为一个同学用面包板设计制作数字钟的调试过程记录：1） 在检测面包板状况的过程中，出现本该相通的地方却未通的状况，后经检验发现是由于万用表笔尖未与面包板内部垂直接触所至。2） 在检测CD4511驱动电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况，经检验发现主要是由于接触不良的问题，其中包括线的接触不良和芯片的接触不良，在实验过程中，数码管有几段二极管时隐时现，有时会消失。用5V电源对数码管进行检测，一端接地，另一端接触每一段二极管，发现二极管能正常显示的，再用万用表欧姆档检测每一根线是否接触良好，在检测过程中发现有几根线有时能接通，有时不能接通，把接触不好的线重新连接后发现能正常显示了。其次是由于芯片接触不良的问题，用万用表欧姆档检测有几个引脚本该相通的地方却未通，而检测的导线状况良好，其解决方法是把CD4511的芯片拔出，根据面包板孔的的状况修整其引脚，使其正对于孔，再用力均匀地将芯片插入面包板中，此后发现能正常显示，本次实验中还发现一块坏的LED数码管和两块坏的CD4511，经更换后均能正常显示。3） 在连接晶振的过程中，晶振无法起振。在排除线与芯片的接触不良问题后重新对照电路图，发现是由于12脚未接地所至。（七）撰写说明书每人必须写出一份4000字以上设计总结报告，总结报告按规定的课程设计报告格式撰写、打印、装订。总结报告应包含以下内：1. 封面：包括设计题目，班级，姓名，指导老师，完成时间；2. 目录：根据说明书的内容决定，一般采用23级。3. 设计任务书：包括课题名称、目的、用途、主要技术性能指标(参照教材目录编排)。4. 设计方案框图及电路工作原理：包括系统方框图，电气原理图，各单元电路的设计，简述主要部件（包括主要集成电路）的工作原理、工作条件、给定参数、理论公式及详细的计算步骤、计算结果。这是说明书的主要部分。5. 元件参数表：包括所选用的元器件名称、参数、型号。6. 调试方案：包括调试的条件、方法、使用仪器设备的型号，并对测试数据进行分析。7. 设计心得：包括对本课程设计的客观评价、设计特点、存在的问题以及改进意见等。8. 参考文献：包括作者、署名、出版地、出版年等。（八）课题答辩课题答辩是本设计的一个重要的、不可或缺的环节，也是最能考核学生是否掌握课题知识的环节，更是同学们望之生畏的一个环节，请同学们早作准备，这也是毕业设计答辩的一个预演。课题答辩主要从如下几个方面考查（非电子专业主要考查1、2项）。1.主要芯片的功能及主要应用；2.各单元电路工作原理，及整机工作原理；3.电路元件参数如何选择；4.调试结果分析；5.根据故障现象，讲解故障的排除方法和过程；6.电路工艺要求。三、评分标准序号考