数字电子技术课程设计报告指导书-广东工业大学

数字电子技术课程设计指导书 第二版 物理与光电工程学院 电工电子部 2009 年 4 月 1 日拟制 2013 年 5 月 6 日排版 目 录 1 1数字电子技术课程设计的目的与意义数字电子技术课程设计的目的与意义 1 1 2 2数字电子技术课程设计的方法和步骤数字电子技术课程设计的方法和步骤 1 1 2 1设计任务分析 1 2 2方案论证 1 2 3方案实现 2 2 3 1单元电路设计 2 2 3 2参数计算 2 2 3 3器件选择 2 2 3 4安装调试 3 3 3数字电子技术课程设计题目 数字电子技术课程设计题目 A EA E 任选一题 任选一题 3 3 3 1选题 A 功能数字钟的电路设计 4 3 1 1设计目的 4 3 1 2设计任务与要求 4 3 1 3选做 4 3 1 4数字钟的基本原理及电路设计 4 3 1 5设计要点 8 3 2选题 B 交通灯控制电路设计 8 3 2 1设计目的 8 3 2 2设计任务与要求 8 3 2 3交通灯控制电路基本原理及电路设计 9 3 2 4设计要点 12 3 3选题 C 简易数字频率计电路设计 12 3 3 1设计目的 12 3 3 2设计任务与要求 13 3 3 3数字频率计基本原理及电路设计 13 3 3 4调试要点 17 3 4选题 D 洗衣机控制电路设计 18 3 4 1设计目的 18 3 4 2设计任务与要求 18 3 4 3洗衣机控制电路原理及电路设计 18 3 4 4调试要点 21 3 5选题 E 四人智力竞赛抢答器 21 3 5 1设计目的 21 3 5 2设计任务与要求 21 3 5 3四人智力竞赛抢答器电路原理及设计 22 3 5 4设计要点 24 附 课程设计的考核办法 附 课程设计的考核办法 2008 102008 10 2626 图 图 1数字钟整机逻辑图 5 图 2石英晶体振荡电路 6 图 3校时电路 7 图 4交通灯控制器结构图 9 图 5交通灯控制状态转换图 10 图 6数字频率计原理图 14 图 7555 多谐振荡电路 15 图 8数字频率计逻辑控制电路 16 图 9数字频率计报警电路 17 图 10 洗衣机电机运转 18 图 11 洗衣机控制电路原理图 19 图 12 洗衣机电机驱动电路 19 图 13 四人智能抢答器原理图 23 表 表 1信号灯译码电路真值表 11 表 2驱动电路控制表 20 表 3锁存编码真值表 23 1数字电子技术课程设计的目的与意义 电子技术是一门实践性很强的课程 加强工程训练 特别是技能 的培养 对于培养工程人员的素质和能力具有十分重要的作用 在电 子信息类本科教学中 电子技术课程设计是一个重要的实践环节 它 包括选择课题 电子电路设计 组装 调试和编写总结报告等实践内 容 通过课程设计要实现以下两个目标 第一 让学生初步掌握电子 线路的试验 设计方法 即学生根据设计要求和性能参数 查阅文献 资料 收集 分析类似电路的性能 并通过组装调试等实践活动 使 电路达到性能指标 第二 课程设计为后续的毕业设计打好基础 毕 业设计是系统的工程设计实践 而课程设计的着眼点是让学生开始从 理论学习的轨道上逐渐引向实际运用 从已学过的定性分析 定量计 算的方法 逐步掌握工程设计的步骤和方法 了解科学实验的程序和 实施方法 同时 课程设计报告的书写 为今后从事技术工作撰写科 技报告和技术资料打下基础 2数字电子技术课程设计的方法和步骤 设计一个电子电路系统时 首先必须明确系统的设计任务 根据 任务进行方案选择 然后对方案中的各部分进行单元的设计 参数计 算和器件选择 最后将各部分连接在一起 画出一个符合设计要求的 完整系统电路图 2 1设计任务分析 对系统的设计任务进行具体分析 充分了解系统的性能 指标内 容及要求 以便明确系统应完成的任务 2 2方案论证 这一步的工作要求是把系统的任务分配给若干个单元电路 并画 出一个能表示各单元功能的整机原理框图 方案选择的重要任务是根据掌握的知识和资料 针对系统提出的 任务 要求和条件 完成系统的功能设计 在这个过程中要用于探索 勇于创新 力争做到设计方案合理 可靠 经济 功能齐全 技术先 进 并且对方案要不断进行可行性和优缺点的分析 最后设计出一个 完整框图 框图必须正确反映系统应完成的任务和各组成部分功能 清楚表示系统的基本组成和相互关系 2 3方案实现 2 3 1 单元电路设计 单元电路是整机的一部分 只有把各单元电路设计好才能提高整 体设计水平 每个单元电路设计前都需明确本单元电路的任务 详细 拟订出单元电路的性能指标 与前后级之间的关系 分析电路的组成 形式 具体设计时 可以模仿成熟的先进电路 也可以进行创新或改 进 但都必须保证性能要求 而且 不仅单元电路本身要设计合理 各单元电路间也要相互配合 注意各部分的输入信号 输出信号和控 制信号的关系 2 3 2 参数计算 为保证单元电路达到功能指标要求 就需要用电子技术知识对参 数进行计算 例如 放大电路中各阻值 放大倍数的计算 振荡器中 电阻 电容 振荡频率等参数的计算 只有很好地理解电路的工作原 理 正确利用计算公式 计算的参数才能满足设计要求 2 3 3 器件选择 阻容元件的选择 电阻和电容种类很多 正确选择电阻和电容是 很重要的 不同的电路对电阻和电容性能要求也不同 有些电路对电 容的漏电要求很严 还有些电路对电阻 电容的性能和容量要求很高 例如滤波电路中常用大容量铝电解电容 为滤掉高频通常还需并联小 容量瓷片电容 设计时要根据电路的要求选择性能和参数合适的阻容 元件 并要注意功耗 容量 频率和耐压范围是否满足要求 分立元件的选择 分立元件包括二极管 晶体三极管 场效应管 光电二 三 极管 晶闸管等 根据其用途分别进行选择 选择的器 件种类不同 注意事项也不同 例如选择晶体三极管时 首先注意是 选择 NPN 型还是 PNP 型管 是高频管还是低频管 是大功率还是小功 率 并注意管子的参数是否满足电路设计指标的要求 集成电路的选择 由于集成电路可以实现很多单元电路甚至整机 电路的功能 所以选用集成电路来设计单元电路和总体电路既方便又 灵活 它不仅使系统体积缩小 而且性能可靠 便于调试及运用 在 设计电路时颇受欢迎 集成电路有模拟集成电路和数字集成电路 国 内外已生出大量集成电路 其器件的型号 原理 功能 特征可查阅 有关手册 选择的集成电路不仅要在功能和特性上实现设计方案 而 且要满足功耗 电压 速度 价格等多方面的要求 2 3 4 安装调试 安装与调试过程应按照先局部后整机的原则 根据信号的流向逐 块调试 使各功能块都要达到各自技术指标的要求 然后把它们连接 起来进行统调和系统测试 调试包括调整与测试两部分 调整主要是 调节电路中可变元器件或更换器件 使之达到性能的改善 测试是采 用电子仪器测量相关点的数据与波形 以便准确判断设计电路的性能 装配前必须对元器件进行性能参数测试 根据设计任务的不同 有时 需进行印制电路板设计制作 并在印制电路板上进行装配调试 3数字电子技术课程设计题目 A E 任选一题 3 1选题 A 功能数字钟的电路设计 数字钟是采用数字电路实现 时 分 秒 数字显示的计时 装置 钟表的数字化在提高报时精度的同时 也大大扩展了它的功能 诸如定时自动报警 按时自动打铃 时间程序自动控制 定时广播 定时启闭路灯等 因此 研究数字钟及扩大其应用 有着非常现实的 意义 3 1 1 设计目的 1 掌握数字钟的设计 组装与调试方法 2 熟悉集成电路的使用方法 3 1 2 设计任务与要求 1 时钟显示功能 能够以十进制显示 时 分 秒 2 具有校准时 分的功能 3 整点自动报时 在整点时 便自动发出鸣叫声 时长 1s 3 1 3 选做 1 闹钟功能 可按设定的时间闹时 2 日历显示功能 将时间的显示增加 年 月 日 3 1 4 数字钟的基本原理及电路设计 一个具有计时 校时 报时 显示等基本功能的数字钟主要由振 荡器 分频器 计数器 译码器 显示器 校时电路 报时电路等七 部分组成 石英晶体振荡器产生的信号经过分频器得到秒脉冲 秒脉 冲送入计数器计数 计数结果通过 时 分 秒 译码器译码 并通过显示器显示时间 数字钟的整机逻辑框图 如图 1 所示 译码显示电路 时计数器分计数器秒计数器 校时电路报时电路多级分频器 振荡器 图 1数字钟整机逻辑图 3 1 4 1 振荡器 石英晶体振荡器的特点是振荡频率准确 电路结构简单 频率易 调整 它是电子钟的核心 用它产生标准频率信号 再由分频器分成 秒时间脉冲 用反相器与石英晶体构成的振荡电路如图 2 所示 利用 两个非门 G1 和 G2 自我反馈 使它们工作在线形状态 然后利用石英 晶体 Z1来控制振荡频率 振荡器振荡频率的精度与稳定度基本上决 定数字钟的准确度 晶振频率越高 计时准确度越高 目前常见的石 英晶振频率是 4MHz 时 则振荡器输出频率为 4MHz G2G1 R1 1K R2 1K C1 0 01 F Z1 4MHZ C2 10pF 图 2石英晶体振荡电路 振荡器还可以采用 555 时基电路代替 3 1 4 2 分频器 时间标准信号的频率很高 要得到秒脉冲 需要分频电路 例如 振荡器输出 4MHz 信号 可通过 D 触发器 如 74LS74 进行 4 分频变 成 1MHz 也可以将 10 分频计数器 74LS160 或 74LS90 行 4 分频变 成 1MHz 然后送到 10 分频计数器 74LS160 或 74LS90 经过 6 次 10 分频而获得 1Hz 的方波信号 3 1 4 3 计数器 整个计数器电路由秒计数器 分计数器 时计数器串接而成 秒 计数器和分计数器各自由 一个十进制计数器和一个六进制计数器串接组成 形成两个六十 进制计数器 时计数器可由两个十进制计数器串接并通过反馈接成二 十四制计数器 3 1 4 4 译码器 译码器由六片 74LS247 或 74LS48 组成 74LS247 驱动器是与 8421BCD 编码计数器配合用的 7 段译码驱动器 一片 74LS247 驱动一 只数码 72LS247 是集电极开路输出 为了限制数码管的导通电流 在 72LS247 的输出与数码管的输入端之间均应串有限流电阻 3 1 4 5 显示器 本系统用七段发光数码管来显示译码器输出的数字 发光数码管 有两种 共阳极或共阴极 74LS247 驱动器是低电平输出 采用共阳 极数码管 3 1 4 6 校时电路 刚接通电源或走时不准时 都需要进行时间校准 实现校时电路 的方法有很多 采用基本 R S触发器构成单脉冲发生器是其中的一种 电路如图 3 所示 图 3校时电路 G1 G1 SBRR 5V QQ 3 1 5 设计要点 1 画出整个系统的电路图 并列出所需器件清单 2 采购器件 并按电路图接线 认真检查电路是否正确 注 意器件管脚的连接 悬空端 清零端 置 1 端 要正确处理 3 调试振荡器电路 用示波器观察振荡频率输出 4 将振荡输出频率送入各分频器 观察其输出频率是否符合 设计要求 5 检查各级计数器的工作情况 6 查校时电路的功能是否满足校时要求 7 分频器和计数器调试正常后 观察电子钟是否正常准确地 工作 3 2选题 B 交通灯控制电路设计 由一条主干道和一条支干道的汇合点形成十字交叉路口 为确保 车辆安全 迅速地通行 在交叉路口的每个入口处设置了红 绿 黄 三色信号灯 红灯亮禁止通行 绿灯亮允许通行 黄灯亮则给行驶中 的车辆有时间停靠在禁行线内 实现红 绿灯的自动指挥对城市交通 管理现代化有着重要的意义 3 2 1 设计目的 1 掌握交通灯控制电路的设计 组装与调试方法 2 熟悉数字集成电路的设计和使用方法 3 2 2 设计任务与要求 1 用红 绿 黄三色发光二极管作信号灯 2 当主干道允许通行亮绿灯时 支干道亮红灯 而支干道允 许亮绿灯时 主干道亮红灯 3 主支干道交替允许通行 主干道每次放行 30s 支干道 20s 设计 30s和 20s计时显示电路 4 在每次由亮绿灯变成亮红灯的转换过程中间 要亮 5s的黄 灯作为过渡 设置 5s计时显示电路 3 2 3 交通灯控制电路基本原理及电路设计 实现上述任务的控制器整体结构 如图 4 所示 图 4交通灯控制器结构图 3 2 3 1 主控制器 主控电路是本课题的核心 主要产生 30s 20s 5s三个定时信 号 它的输出一方面经译码后分别控制主干道和支干道的三个信号灯 另一方面控制定时电路启动 主控电路属于时序逻辑电路 可采用状 态机的方法进行设计 主干道和支干道各自的三种灯 红 黄 绿 正常工作时 只 计时器计时器 时钟信号时钟信号 主主 控控 制制 器器 译码驱动电路译码驱动电路 主干道信号灯主干道信号灯支干道信号灯支干道信号灯 L S P 有 4 种可能 即 4 种状态 主绿灯和支红等亮 主干道通行 启动 30s定时器 状态为S0 主黄灯和支红灯亮 主干道停车 启动 5s定时器 状态为S1 主红灯和支绿灯亮 支干道通行 启动 20s定时器 状态为S2 主红灯和支黄灯亮 支干道停车 启动 5s定时器 状态为S3 四种状态的转换关系 如图 5 所示 图 5交通灯控制状态转换图 可用 2 个 JK 触发器表达上述四种状态的分配和转换 3 2 3 2 计时器电路 这些计时器除需要秒脉冲作时钟信号外 还应受主控器的状态的 控制 例如 30s计时器应在主控器进入S0状态 主干道通行 时开 始计时 同样 20s计时器必须在主控器进入S2状态时开始计数 而 5s计时器则要在进入S1或S3状态时开始计数 待到规定时间分别使 主绿灯 支红灯 亮 主黄灯 支红灯 亮 主红灯 支绿灯 亮 主红灯 支黄灯 亮 已过 5s S 0 S 1 S 2 S 3 未过 30s 已过 30s 已过 20s 未过 20s s 未 过 5s 未 过 5s 已过 5s 计数器复零 设计中 30s计数器可以采用两个十进制计数器级连成三 十进制计数器 为使复零信号有足够的宽度 可采用基本RS触发器 组成反馈复零电路 按同样的方法可以设计出 20s和 5s计时电路 与 30s计时电路相比 后两者只是控制信号和反馈信号的引出端不同 而已 3 2 3 3 译码驱动电路 1 信号灯译码电路 主控器的四种状态分别要控制主 支干道红黄绿灯的亮与灭 令 灯亮为 1 灯灭为 0 主干道红黄绿等分别为 R Y G 支干道红黄绿等分别为 r y g 则信号灯译码电路真值表为 表 1信号灯译码电路真值表 输入输入输出输出 Q2Q1RYGryg 00001100 01010100 10100010 11100001 由真值表可进一步得到各灯的逻辑表达式 进而确定其电路形式 2 计时显示译码电路 计时显示实际是一个定时控制电路 当 30s 20s 5s任一计数 器计数时 在主支干道各自可通过数码管显示出当前的计数值 计数 器输出的七段数码显示用 BCD 码七段译码器驱动即可 具体设计可参 考课题一电子数字钟的译码 显示部分 3 2 3 4 时钟信号发生器电路 产生稳定的 秒 脉冲信号 确保整个电路装置同步工作和实现 定时控制 此电路与课 题一数字钟的秒脉冲信号产生电路相同 可参阅其中晶体振荡电 路 分频电路的设计 如果计时精确度要求不高 也可采用 RC 环形 多谐振荡器 3 2 4 设计要点 1 画出整机电路图 并列出所需器件清单 2 采购器件 并按电路图接线 认真检查电路是否正确 注 意器件管脚的连接 悬空端 清零端 置 1 端 要正确处理 3 秒脉冲信号发生器与计时电路的调试与上一设计相同 4 主控器电路的调试 可用逻辑开关K1 K2 K3分别代替 L S P 信号 秒脉冲作时钟信号 主控器状态应按状态转换图转换 5 如果以上逻辑关系正确 即可与计时器输出 L S P 相接 进行动态调试 6 信号灯译码调试亦是如此 先用两个逻辑开关K4 K5代替 Q2 Q1 当Q2 Q1分别为 00 01 10 11 时 6 各发光二极管应按设 计要求发光 7 各单元电路均能正常工作后 即可进行总机调试 3 3选题 C 简易数字频率计电路设计 数字频率计是用数字显示被测信号频率的仪器 被测信号可以是 正弦波 方波或其它周期性变化的信号 如配以适当的传感器 可以 对多种物理量进行测试 比如机械振动的频率 转速 声音的频率以 及产品的计件等等 因此 数字频率计是一种应用很广泛的仪器 3 3 1 设计目的 1 了解数字频率计测量频率与测量周期的基本原理 2 熟练掌握数字频率计的设计与调试方法及减小测量误差的 方法 3 3 2 设计任务与要求 要求设计一个简易的数字频率计 测量给定信号的频率 并用十 进制数字显示 具体指标为 1 测量范围 1Hz 9 999KHz 闸门时间 1s 10Hz 99 99KHz 闸门时间 0 1s 100Hz 999 9KHz 闸门时间 10ms 1KHz 9999KHz 闸门时间 1ms 2 显示方式 四位十进制数 3 当被测信号的频率超出测量范围时 报警 3 3 3 数字频率计基本原理及电路设计 所谓频率 就是周期性信号在单位时间 1s 内变化的次数 若 在一定时间间隔 T 内测得这个周期性信号的重复变化次数为 N 则其 频率可表示为fx N T 因此 可以将信号放大整形后由计数器累计单 位时间内的信号个数 然后经译码 显示输出测量结果 这是所谓的 测频法 可见数字频率计主要由放大整形电路 闸门电路 计数器电 路 锁存器 时基电路 逻辑控制 译码显示电路几部分组成 总体 结构 如图 6 所示 图 6数字频率计原理图 从原理图可知 被测信号Vx经放大整形电路变成计数器所要求 的脉冲信号 其频率与被测信号的频率fx相同 时基电路提供标 准时间基准信号 具有固定宽度 T 的方波时基信号 II 作为闸门的 清零信号清零信号 锁存信号锁存信号 T N 整形放大电路整形放大电路 计计 数数 器器 锁锁 存存 器器 译译 码码 器器 逻逻 辑辑 控控 制制 电电 路路 显显 示示 器器 时时 基基 电电 路路 闸闸 门门 一个输入端 控制闸门的开放时间 被测信号 I 从闸门另一端输入 被测信号频率为fx 闸门宽度 T 若在闸门时间内计数器计得的脉冲 个数为 N 则被测信号频率fx N THz 可见 闸门时间 T 决定量程 通过闸门时基选择开关选择 选择 T 大一些 测量准确度就高一些 T 小一些 则测量准确度就低 根据被测频率选择闸门时间来控制量 程 在整个电路中 时基电路是关键 闸门信号脉冲宽度是否精确直 接决定了测量结果是否精确 逻辑控制电路的作用有两个 一是产生 锁存脉冲 使显示器上的数字稳定 二是产生清 0 脉冲 使 计数器每次测量从零开始计数 3 3 3 1 放大整形电路 放大整形电路可以采用晶体管 3DGl00 和 74LS00 其中 3DGl00 组成放大器将输入频率为fx的周期信号如正弦波 三角波等进行放 大 与非门 74LS00 构成施密特触发器 它对放大器的输出信号进行 整形 使之成为矩形脉冲 3 3 3 2 时基电路 时基电路的作用是产生标准的时间信号 可以由 555 组成的振荡 器产生 若时间精度要求较高时 可采用晶体振荡器 由 555 定时器 构成的时基电路包括脉冲产生电路和分频电路两部分 8 4 5 3 6 2 7 1 Vcc R1 R2 0 01 F 图 7555 多谐振荡电路 555 多谐振荡电路产生时基脉冲 采用 555 产生 1000HZ振荡脉冲的参考电路如图 7 所示 电阻参 数可以由振荡频率计算公式 f 1 43 R1 2R2 C 求得 由于本设计中需要 1s 0 1s 10ms 1ms四个闸门时间 555 振 荡器产生 1000HZ 周期为 1ms的脉冲信号 需经分频才能得到其他 三个周期的闸门信号 可采用 74LS90 分别经过一级 二级 三级 10 分频得到 3 3 3 3 逻辑控制电路 在时基信号 II 结束时产生的负跳变用来产生锁存信号 锁存 信号 的负跳变又用来产生清 0 信号 V 脉冲信号 和 V 可由两 个单稳态触发器 74LSl23 产生 它们的脉冲宽度由电路的时间常数决 定 触发脉冲从 B 端输入时 在触发脉冲的负跳变作用下 输出端 Q 可获得一正脉冲 Q 非端可获得一负脉冲 其波形关系正好满足 和 V 的要求 手动复位开关 S 按下时 计数器清 0 参考电路 如 图 8 所示 C R A B Q Q 74LS123 C22nF C R A B Q Q 74LS123 C12nF R1 10KO 清零 时基信号 Vcc 5V R2 10KO Vcc 5V R 10 O3K 图 8数字频率计逻辑控制电路 3 3 3 4 锁存器 锁存器的作用是将计数器在闸门时间结束时所计得的数进行锁存 使显示器上能稳定地显示此时计数器的值 闸门时间结束时 逻辑控 制电路发出锁存信号 将此时计数器的值送译码显示器 选用 8D 锁存器 74LS273 可以完成上述功能 当时钟脉冲 CP 的正跳变来到时 锁存器的输出等于输入 即 Q D 从而将计数器的输出值送到锁存器 的输出端 正脉冲结束后 无论 D 为何值 输出端 Q 的状态仍保持原 来的状态Qn不变 所以在计数期间内 计数器的输出不会送到译码 显示器 3 3 3 5 报警电路 本设计要求用 4 位数字显示 最高显示为 9999 超过 9999 就要 求报警 即当千位达到 9 即 1001 时 如果百位上再来一个时钟脉 冲 即进位脉冲 就可以利用此来控制蜂鸣器报警 电路如图 9 所 示 图 9数字频率计报警电路 3 3 4 调试要点 1 通电准备 打开电源之前 先按照系统原理图检查制作好的电路板的通断情 况 并取下电路板上的集成块 然后接通电源 用万用表检查板上的 200HZ QD QA 进位脉冲 各点电源电压值 之后再关掉电源 插上集成块 2 单元电路检测 接通电源后 用双踪示波器 输入耦合方式置 DC 档 观察时基 电路的输出波形 看其是否满足设计要求 若不符合 则调整R1和 R2 然后改变示波器的扫描速率旋钮 观察 74LSl23 的第 13 脚和第 10 脚的波形是否为锁存脉冲 和清零脉冲 V 的波形 将 4 片计数器 74LS90 的第 2 脚全部接低电平 锁存器 74LS273 的第 11 脚都接时钟脉冲 在个位计数器的第 14 脚加入计数脉冲 检 查 4 位锁存 译码 显示器的工作是否正常 3 系统连调 在放大电路输入端加入 Vpp 1V f 1kHz 的正弦信号 用示波器 观察放大电路和整形电路的输出波形 应为与被测信号同频率的脉冲 波 显示器上的读数应为 1000Hz 3 4选题 D 洗衣机控制电路设计 3 4 1 设计目的 1 掌握洗衣机控制电路的设计 组装与调试方法 2 熟悉数字和模拟集成电路的设计和使用方法 3 4 2 设计任务与要求 设计制作一个洗衣机控制器 具有如下功能 1 采用中小规模集成芯片设计洗衣机的控制定时器 控制洗 衣机电机作如下运转 图 10 洗衣机电机运转 2 洗涤电机用两个继电器控制 3 用两位数码管显示洗涤的预置时间 分钟数 按倒计时方 式对洗涤过程作计时显示 直至时间到而停机 洗涤定时时间在 0 10min 内用户任意设定 4 当定时时间到达终点时 一方面使电机停转 同时发出音 响信号提醒用户注意 5 洗涤过程在送入预置时间后即开始运转 3 4 3 洗衣机控制电路原理及电路设计 实现以上功能的洗衣机控制电路原理 如图 11 所示 图 11 洗衣机控制电路原理图 3 4 3 1 电机驱动电路 采用两个继电器控制电机的驱动电路 如图 12 所示 图 12 洗衣机电机驱动电路 表 2驱动电路控制表 3 4 3 2 两级定时电路 本定时器包括两级定时 一是总洗涤过程的定时 二是在总洗涤 过程中包含电机的正转 反转和暂停三种定时 并且这三种定时是反复循环直至总定时时 间到为止 由驱动电路控制表 2 可得 当总定时时间在 0 10min以内设定一个数值后 T 为高电平 然后 用倒计时方法每分钟减 1 直至 T 变为 0 实现定时的方法很多 比 如采用单稳电路实现 又如将定时初值预置到计数器中 使计数器运 行在减计数状态 当减到全零时 则定时时间到 本电路就可采用这 种方法 当秒脉冲发生器的时钟信号经 60 分频后 得到分脉冲信号 洗涤定时时间的初值先通过拨盘或数码开关设置到洗涤时间计数器中 每当分脉冲到来计数器减 1 直至减到定时时间到为止 运行中间 剩余时间经译码后在数码管上进行显示 3 4 3 3 电机控制信号产生电路 Z1和Z2的定时长度可由秒脉冲到分脉冲变换的六十进制计数器 TZ1Z2K1K2电机 0XX断断停 100通断反转 110断断停 101断断停 111断通正转 的状态中得到 这两个信号以及定时信号 T 经控制门输出后 得到推 动电机的工作信号 3 4 4 调试要点 1 通电准备 打开电源之前 先按照系统原理图检查制作好的电路板的通断情 况 并取下电路板上的集成块 然后接通电源 用万用表检查板上的 各点的电源电压值 完好之后再关掉电源 插上集成块 2 单元电路检测 接通电源后 用双踪示波器 输人耦合方式置 DC 档 观察秒脉 冲电路的输出波形 看其是否满足设计要求 再观察六十进制计数器 和洗涤时间计数器 看其输出波形是否正确 检查Z1和Z2的时间译码逻辑和电机驱动电路是否正常工作 3 系统联调 设定洗涤时间 观察电机运转情况和数码管显示 3 5选题 E 四人智力竞赛抢答器 3 5 1 设计目的 1 掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计 组装与调试方法 2 熟悉数字集成电路的设计和使用方法 3 5 2 设计任务与要求 3 5 2 1 设计任务 设计一台可供 4 名选手参加比赛的智力竞赛抢答器 用数字显示 抢答倒计时间 由 9 倒计到 0 时 无人抢答 蜂鸣器连续响 1 秒 选手抢答时 数码显示选手组号 同时蜂鸣器响 1 秒 倒计时停 止 3 5 2 2 设计要求 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 抢答显 示数码管灭灯 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 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 9 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 音响持续 1 秒 参赛选手在设定时间 9 秒 内抢答有效 抢答成功 扬声器响 音响持续 1 秒 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 音响持续 1 秒 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 可用石英晶体振荡器或者 555 定时器产生频率为 1Hz的脉 冲信号 作为定时计数器的 CP 信号 3 5 3 四人智力竞赛抢答器电路原理及设计 电路主要由脉冲产生电路 锁存电路 编码及译码显示电路 倒 计时电路和音响产生电路组成 当有选手抢答时 首先锁存 阻止其 他选手抢答 然后编码 再经 4 线 7 段译码器将数字显示在显示器上 同时产生音响 主持人宣布开始抢答时 倒计时电路启动由 9 计到 0 如有选手抢答 倒计时停止 电路系统结构如图 13 图 13 四人智能抢答器原理图 3 5 3 1 以锁存器为中心的编码显示电路 抢答信号的判断和锁存可采用触发器或锁存器 若以四 D 触发器 74LS175 为中心构成编码锁存系统 编码的作用是把锁存器的输出转 化成 8421BCD 码 进而送给 7 段显示译码器 其真值表 3 表 3锁存编码真值表 锁存器输出编码器输出 Q4Q3Q2Q1DCBA 00010001 00100010 01000011 10000100 抢答信号的锁存可通过 D 触发器的输出相 与 反馈门控触发脉 冲实现 当无人抢答时 4 个 D 触发器的输出 Q 非相与 为 1 时 脉冲能够进入触发器 有一人抢答时 与门中有一个变为 0 使脉 扬声器 数码显示 脉冲电 路 倒计时 器 译码器数码显 示 扬声器 锁存 器 编码转换电 路 译码器 主持人 选手 冲不能进入触发器 从而防止其他人抢答 3 5 3 2 脉冲产生电路 采用石英晶体振荡器可产生高精度的秒脉冲 电路可参考多功能 数字钟设计中的时钟电路 3 5 3 3 倒计时显示电路 该电路可采用十进制同步减计数器 74LS190 主持人宣布开始时 按下按钮 同时使计数器置数为 9 并在