李超锋数字逻辑综合课设报告

课程设计课程名称数字逻辑综合设计名称抢答器的设计专业班级计科Z1501学号2015001907学生姓名李超锋指导教师武淑红2017年6月27日1太原理工大学课程设计任务书学生姓名李超锋专业班级计科Z1501课程名称数字逻辑综合课程设计设计名称抢答器的设计设计周数2周设计任务主要设计参数一、设计任务以LED数码管作为显示器件，设计并实现一个可供四名选手参赛的数字式抢答器。二、设计要求及参数1、基本要求设计一个输出可在315V连续可调的直流稳压电源，要求当电网电压在220V上下波动15,输出电流在080MA范围内变化时，均可正常稳压，输出电压的变化不超过03V。主持人利用开关控制系统的清零和抢答开始。电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能，并显示抢中的选手编号。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，开始抢答，定时器开始工作，数码管显示时间，从30秒开始减计数，并有小灯亮起（说明可以答题，抢答有效）30秒内无人抢答则计数停，无人答显示“0”。如30秒内参赛者按抢答开关，停止计时显示抢答时刻。此时，电路应具备自锁功能，使其它组的抢答开关不起作用。设置记分电路。每组在开始预置成100分，抢答后由主持人记分，答对一次加10分，否则减10分。2、扩展要求在满足基本要求的前提下，可对提前抢答者进行显示和处罚，具体要求显示犯规者的编号对犯规的参赛选手扣10分3、创新设计在满足基本要求和扩展要求的前提下，可编程设置奖罚分数，并对抢答结果产生不同的音效，具体要求是有控制电路，能根据比赛要求编制奖罚分数。声效有三种，一是无违规抢答成功，扬声器以“嘀嘟”双频特效持续23秒，二是有效的时间内无抢答，扬声器发低频音效，三是出现违规抢答时，扬声器发出高频音效。设计内容设计要求1、收集技术资料理解设计任务、查阅相关资料。用时15天。2、确定总体设计思想方案论证比较、确定总体设计方案。用时1天。3、单元电路设计设计单元电路、选择元器件、计算参数。用时2天。4、EDA仿真利用EDA仿真软件验证设计方案的可行性,修改其中错误。用时3天。5、电路调试根据已确定无误的方案进行安装调试，验证各项功能和技术指标。用时2天。6、书写设计报告按照课程设计报告的要求，编写设计报告。用时05天。2主要参考资料1武庆生等数字逻辑第2版M机械工业出版社20162刘祖刚模拟电路原理M机械工业出版社20113陈洁数字电路实验指导书M玉林师范学院物理与信息科学系2008学生提交归档文件封面任务书课程设计报告图纸注1课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照封面任务书课程设计报告图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）。2可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。指导教师签名日期3目录一、设计要求1二、设计的作用、目的1三、设计的具体实现21系统概述22单元电路的设计，仿真与分析2（1）抢答电路显示选手编号并锁存2（2）定时电路6（3）抢答器电源模块电路分析与设计93电路的调试与安装11四、心得体会11五、附录13六、参考文献13七、图纸141抢答器设计报告一、设计要求此课程设计的具体要求是以LED数码管为显示器件，设计并实现一个可供四名选手参赛的数字式抢答器。1设计一个输出可在315V连续可调的直流稳压电源，要求当电网电压在220V上下波动15,输出电流在080MA范围内变化时，均可正常稳压，输出电压的变化不超过03V。2主持人利用开关控制系统的清零和抢答开始。3电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能，并显示抢中的选手编号。4在主持人将系统复位并发出抢答指令后，开始抢答，定时器开始工作，数码管显示时间，从30秒开始减计数，并有小灯亮起（说明可以答题，抢答有效）30秒内无人抢答则计数停，无人答显示“0”。如30秒内参赛者按抢答开关，停止计时显示抢答时刻。此时，电路应具备自锁功能，使其它组的抢答开关不起作用。5设置记分电路。每组在开始预置成100分，抢答后由主持人记分，答对一次加10分，否则减10分。二、设计的作用、目的通过本次设计与制作，进一步加深对电子系统应用技术方面的了解与认识，熟悉数字系统设计、制作与调试的方法和步骤，通过实践达到如下力1培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过独立思考深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。2通过实际电路方案的分析比较，设计计算元件选取安装调试等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。3掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。4了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规范，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。5培养严谨的工作作风和科学态度。2三、设计的具体实现1系统概述要模拟电路的抢答器功能，设计思路以及总体功能模块划分与组成为要实现该抢答电路，主要要实现的模块有三部分，选手抢答与显示模块，等待选手抢答时倒计时模块，判断选手抢答对错计分模块。电路的总体工作原理为在主持人宣布抢答开始按下开关时，倒计时30秒开始，在该时间段内，4路选手可以进行抢答，在其中任何一位选手按下开关抢答成功时，倒计时结束同时在显示屏上显示抢答成功的选手编号，电路进入锁死状态，其他选手抢答无效，主持人判断该选手答案对错进行加分或减分。系统工作框图如图1所示图1（系统框图）2单元电路的设计，仿真与分析（1）抢答电路显示选手编号并锁存显示选手编号并对电路进行锁存的模块是，在主持人按下抢答开始后，有人按下抢答键之后，显示屏将显示首先按下抢答键的选手编号，而此后其他人再按抢答器则无效。设计思路利用74LS148优先编码器和74LS279译码器和数码显示管实现将输入选手编号显示出来，通过使能端来控制74LS148是否工作达到锁存目的。锁存的情况有两种，一是有选手抢答，这种情况可以通过74LS148输出端CS来控制，另一种是当倒计时结束还没有人答题，通过计时器高位端的借位脉冲来实现。这两种情况任何一种发生时，电路都将锁存。这两种情况的关系通过一系列门来实现。用到的芯片174LS148（优先编码器）抢答按钮主持人控制开关秒脉冲产生电路编码器锁存电路控制电路显示编号计时线路显示倒计时374LS148引脚图74LS148真值表274LS279RS触发器74值74LS279真值表74LS279引脚图输入输入输出SRQ00001110011QO4374LS04非门74LS04真值表74LS04引脚图474LS10（与非门）74LS10引脚图74LS10真值表设计连线图如图所示输入输出1A1Y01105电路实现功能1根据选手按键的先后，数码显示管显示优先抢答者的编号2其中一人按下键之后，其他选手之后按键无效。电路原理74LS148为编码器，74LS279为译码器，当开关处于清除端时，74LS279的4个R端均为0信号，所以四个触发器端均输出为0，数码显示管显示为0，当开关处于运行端时，模仿主持人按下按钮表示抢答开始，74LS148等待输入信号，8个输入端将1,2,3,4输入端接开关，模拟四路选手抢答，其他悬空，（悬空表示置1，74LS148为低电平有效）。当有选手按下键时，及有一个输入端为低电平，A0，A1,A2输出分别接译码器的输入S1，S2,S3。译码器的1Q，2Q，3Q的输出接数码显示管的输入端，根据74LS148及74LS279的功能表可知，译码器将显示第一个按下键的选手号码。并且此时74LS148的CS为0，所以右侧74LS279的输入端S3为0，由于R2为1，所以74LS279的输出端为1，经非门再经与非门为1，输出到74LS148的使能端EI，74LS148补在共作，再给输入端低电平信号也将无效，模拟其他选手按键无效，达到锁存目的。仿真效果假设4号选手按下6其他按键将无效（2）定时电路定时电路模块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人正常抢答工作状态。当参赛选手按动抢答键时，抢答电路和定时电路停止工作，倒计时归零。当设定的抢答时间到，有人抢答时,输出任意编号。设计思路由节目主持人设定一次抢答的时间30S，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由1秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用74L192进行设计，输出接非门使其倒计时。7用到的芯片174LS192的测试（可逆计数器）74LS192引脚图74LS192真值表274LS04（非门）74LS04引脚图74LS04真值表374LS00（两输入与非门）74LS00引脚图74LS00真值表输入输出1A1Y0110输入输入输出1A1B1Y0010111011108474LS11（三输入与门）74LS11引脚图74LS11真值表574LS20（四输入与非门）74LS20引脚图74LS20真值表时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能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人正常抢答工9作状态。当参赛选手按动抢答键时，抢答电路和定时电路停止工作，倒计时归零。当设定的抢答时间到，有人抢答时,输出任意编号。仿真电路图（3）抢答器电源模块电路分析与设计设计思路小功率稳压电源一般由电网供电，再经整流、滤波、稳压三个主要环节，将电网交流电变换成电子系统所需的稳定的低压直流。10（1）整流整流的主要任务是把交流电压转变为直流脉动的电压，主要分为半波整流，桥式整流，这里用的是桥式整流，由四只二极管练成的电桥构成，在正负半个周期内各有2个二极管工作，整流过后的电压为输入电压的09倍。（2）滤波选用电容滤波，及在负载两端并联电容，适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合，电容滤波加负载时，滤波以后的输出电压为输入电压的12倍。（3）稳压在整流滤波电路后面接入稳压电路。稳压电路由限流调压电阻和稳压二极管组成，适用于负载电流较小，负载电压固定不变的场合。在实验室可以采用三端可调式集成稳压电路来实现。原理图功能调节R2就能在一定范围调节输出电压的大小。仿真电路如下在实验室搭建实际电路的步骤为111使用箱子上17V交流电源输出，用实验台上的晶体毫伏表测量它的有效值（即U22连接整流电路，连接到标记为“”的端子上，将万用表置于直流电压档，测量整流桥输出的电压,标记“”和“分别对应万用表的红和黑表笔。看测量结果是否为09U23连接滤波电容，选用试验箱上470微法的电容，整流输出“”和电容的“端对应连接，用万用表测量电容两端的电压，测量是否是根号2倍的U24连接整流电路，使用LM317来实现，参考电路中的两个电阻R和R2都使用实验箱上的1K欧姆的电位器，C1和C2是两个防止自激振荡的小电容，使用箱子上033微法的和01微法的5调试线路连接好以后，先调试LM317输出OUT端和调整端之间的电压，使之稳定在125V，再调节调整端和地之间的可调电阻，观察输出电压是否可以在515V之间变化，经过测试，输出电压可以在5到15V之间变化，试验成功，实现了输入电压的整流，滤波和稳压。3电路的调试与安装（1）按照防真电路图的设计，在实验室领取对应的器材。（2）器件检查导线检查将所用仿真实验箱里可能会用到的所有导线逐个接到显示端，检查其是否连通。芯片功能测试将所用的芯片都进行功能测试。3用测试功能正确的芯片及导线及电路箱上的位置连接电路图。4调试过程中所遇到的问题及解决办法。按照学过的知识将74LS148的测试电路连接好，测试发现与书上的真值表不一样，以为是芯片坏掉了，换了一个接着测试，发现与上次测量的结果一样，有换了一个发现结果和前两个一样，后来老师说可能和书上测量不完全吻合，所以我们测出了真实芯片的真值表，后续的实验过程以实际测量的真值表为准。应该显示编号的数码显示管显示的数字与输入不符合。我们采取逐级排查的办法，首先将译码器的输出端接到高低电平显示端，通过不同的输入观察变化，发现变化规律正确，但是接到数码显示管就不能正确显示，把问题反馈给老师，经老师提示，发现数码显示管的高低电位接反了，经改正，功能正常实现。四、心得体会转眼间两周数字逻辑课程设计转眼就结束了，首先我们在仔细阅读了老师给的六个选题，通过小组讨论，由于对优先编码器的功能比较理解，所以决定选择四路抢答器为此次课程设计题目。接下来就是设计原理，小组人员共同研究了原理，然后进行分工合作，一人负责抢答显示编号，一人负责抢答电路倒计时，另一人负责计分电路。在仿真软件上搭电路图并没有想象中的那么容易，好多芯片的大致功能了12解，但是课本上学的知识有限，而且有些都忘了，具体每一个端口的作用不是很了解，所以通过查阅资料才明白芯片的具体每一个端口的作用，好不容易连接好电路，发现并没有想象中的结果，后来经过逐一排查，发现对仿真软件的用法并不熟悉，通过问同学自己在网上查才解决。电路图接好了，下面就是在真实的实验室接线啦，上午的时候我们以为根据电路图搭建应该很简单，首先要测试个芯片是否有问题，就开始搭建，很快完成之后，发现并不对，检查了好长时间并没有发现问题，下午的时候我们重新连接，依次又检查了电路板有没有问题，然后我们开始搭建这复杂的连线，在最后整体调试的时候，却无法完成功能且一直提示短路警报，后来我们发现芯片的引脚没有接地，于是又把芯片的引脚接地了，但是仍然提示短路警报。经过长时间的观察和测试，和老师确定是我组的连线有些地方接触不实或者是导线内部断开造成的，原因