电子线路课程设计设计报告四路抢答器

电子线路课程设计设计报告题 目 四路抢答器 指导教师 成绩 二一 年 十二 月 二十五 日目录一：设计任务与要求二：方案设计与论证三：单元电路设计与原理图四：实物制作五：安装调试与分析六：结论与心得七：参考文献一：设计任务与要求（1）设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。（2）系统设置复位按钮，按下后，重新开始抢答。（3）选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手编号一直保持到主持人将系统清除。强大成功后，对应选手的灯亮，同时蜂鸣器响。（4）要求可靠性，操作简便。（5）分析各部分工作原理，绘制电路图，完成实验报告并进行分析（6）本系统应具有的功能有：第一抢答信号的鉴别和锁存功能；抢答计时功能；各组得分的累加和动态显示功能。二：方案设计与论证方案一：设计一个带有选手按下后，其他选手按下无效，同时，灯亮、蜂鸣器响，由给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零和抢答的开始。方案二：方案二在方案一的基础上，增加用数字显示抢答倒计时间，抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。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，并保持到主持人将系统清零为止。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，倒计到0结束。如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。，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。根据以上的方案，本抢答的电路主要有两部分组成：数字抢答电路与时序控制电路，以及数码管显示电路。其中数字抢答部分由74LS175和LED灯以及直流蜂鸣器组成可以将四路抢答的按钮通过74LS175译码驱动LED显示出最先抢答者，使蜂鸣器发声，这时抢答电路停止工作，即按动复位开关以外的按钮对抢答没有作用。时序电路由一个555定时器与外接电阻、电容构成的多谐振荡器组成的，输出一个稳定的频率，控制电路的开通、关闭。显示电路由74LS192、74LS248以及共阴的8段数码管组成。由于图二包含图一，因此我们按照图二在实验台上连接电路，并通过K5进行复位，K1-K4进行抢答来验证设计的正确性。设计的正确性包括对应的LED灯是否亮，是否在对应的按钮下亮起，蜂鸣器是否在按钮开关按下后响起，数码管是否显示“9-0”的数据，未在规定时间内抢答是否无效，以及在按下K1-K4中的任何一个按钮后，其余按钮（除K5外）对其它没有任何影响，即电路具有锁存功能。我们经过测试，发现以上设计是可行的，非常成功。但在实际操作过程中，由于时间以及材料的限制，我们采用方案一，简化电路进行实习，但以下分析方案二，因为方案二已经包含方案一的内容。三：单元电路设计与原理图(1)方案内容：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。电路系统结构如图下：选手锁存器|二极管响应点， 扬声器响一秒(2) 整体电路图：在实际的电路原理图的绘制过程中，应先打开proteldxp2004，新建pcb工程，再新建原理图。画原理图前，应先在元件库中查找出相关的元器件，对于库中没有的器件，应新建一个原理图库文件，绘制出自己需要的器件，按照实物绘制出其对应的封装。等把所有的器件找出后，按照自己设计的原理图稿纸，在原理图上排版好所有的器件位置，并按照图纸标注好各器件的标号以及相应的直插型封装，并设置好各电阻的阻值。最后，把各器件用导线连接好。为保证正确性，再仔细对比原理图和稿纸，保证正确无误，并保证各器件封装也正确。检查无错后，编译原理图，在导入前，根据实际焊板大小设置好长宽，再设置好的导线以及较合适的焊盘内外径再导入pcb板。按照原理图排版好pcb图，仔细排版，保证交叉线最少，然后自动布局其对应的pcb图，对于不正确的进行手动修改。图如下：图一图二（3）单元电路设计：1.抢答鉴别单元抢答鉴别单元用74ls175芯片做为信号的锁存，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，并把相应的数码管点亮。4个D触发器的输出Q非相与，当无人抢答时，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”，使脉冲不能进入触发器，从而防止其他人抢答。并停止计时。将与非后的信号用于控制声音模块报警。无人抢答时，无声音；当有人抢答时，持续响一秒。以下是该芯片的引脚图和真值表：2.脉冲产生电路： 该模块为由555定时器构成的多谐振荡器，产生一秒的脉冲电路。多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故 称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之 间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚） 和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使 电压uc按指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把uc从（1/3）Vcc 上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数T充=（R1R2）C。不难理解，接通电源后，电 路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/32/3）Vcc 之间变化。图1（b）所示为工作波形。如下图为555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形 3.倒计时显示电路：显示电路由74LS192十进制计数器计数，通过74ls248译码器进行译码，并用其输出端驱动共阴极数码管。没有开始抢答的时候数码管显示0，当主持人按下开关的时候数码管显示9，并进行倒计时到0。如有选手抢答成功，则停止及时。该电路可采用十进制同步减计数器74LS192，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，并在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，到零时停止。74LS192的引脚如下图：74ls248是一个4输入8输出的译码电路。本实验中，给p0和p3置1,p1和p2置0。给cpd高电平，从9开始直至减数到0为止。下图为74ls248的引脚及真值表：4.发音电路：由主持人、选手共同控制它的输入，使其在主持人开始且有选手抢答时候时才能鸣叫。4个D触发器的输出Q非相与，当无人抢答时，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”，使脉冲不能进入触发器，从而防止其他人抢答。将与非后的信号用于控制声音模块报警。无人抢答时，无声音；当有人抢答时，持续响一秒。当主持人按下复位开关时候，停止鸣叫。（4）元器件：0.01u电容1个 直流蜂鸣器1个 0.47K电阻4个 1K电阻2个 若干开关 5.1K电阻1个 74LS175,74LS190,74LS20,74LS00,555各一个四：实物制作实物的制作分为以下四步：1.PCB图打印准备剪裁好的油纸，打开PCB原理图，根据实际印制板大小，以1：1打印。 2.热转印可以反复来回过印板，确保转印完全，并让其自然冷却；若出现虚印的情况，进行人工补充描绘，一定要确保电路板的线路完全正确。3.腐蚀电路板将电路板放入腐蚀液（双氧水：浓盐酸：水=1：3：4）当中腐蚀，如果因为腐蚀过头，出现线路被腐蚀掉的情况，必须人工采取相应的措施，如若有断线的情况，可用导线将两处连接起来。腐蚀完全后，对电路板进行清洗。4.打孔用0.8mm的钻头，对准小孔垂直地钻下去，打孔过程特注意调整好钻孔与电路板的距离，避免出现钻孔与焊点距离很近，将焊点甩掉的情况，使焊点脱落。5.焊接按照原理图及其装配图装好元器件，焊接好后，在此过程中尽量做到不虚焊，焊点饱满。开始进行调试。五：安装调试与分析在调试过程中，接通5V电源后，首先，我们遇到电路没有一点反应的现象，这时，我们先检查了线路是否有连接好，是否出现了虚焊等等，主要通过人眼直接观察和电压表测电源正极到各点的电压来判断。找出了几处线路断路的情况，用导线进行连接，确保电路了电路的通路。接下来出现分频器一直响的状况，按K5对此没有作用，我们用万用表逐一测试Q1-/Q4的电平输出高低，但分频器的问题仍然存在，因此我们按照原理图分析电路，发现原来的74LS00标号U1的11号引脚未作用，而我却pcb弄错导致原先12号输入的变成11号，因此我们用导线将11、12号引脚连接在一起，解决了蜂鸣器一直响这问题，蜂鸣器可以正常工作。接着我们测试按钮与LED灯是否对应，我们按动K5进行复位，在按动四个按钮中的一个，重复此步骤，我们发现2，3号灯不亮。若按动按钮时在相应的焊接处动一下，则对应灯亮。经分析得由于焊接不理想，焊点虚焊虚焊，导致接触不正常，时不时会出现问题，导致LED灯不亮的问题。以上问题，给最后的调试带来了不少麻烦。六：结论与心得 两周实习结束了，经过两星期的实习，我们组的四位成员通过不懈努力，成功地设计出了数字式四路竞赛抢答器。回首这两周，虽然因为初次涉及protel2004dxp软件，遇到了很多困难，但是我们在这次实习的过程中都受益匪浅。 在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，pcb的制作是一大难题。在网上学习protel2004dxp，刚开始画原理图时，没有一点难度，就感觉自己掌握了要领，十分开心，以为pcb的排版只要自动导入就可以了。可是在完成原理图的绘制时，进行了pcb的排版却遭受到了严重的阻碍。不仅要根据实物确定封装格式及引脚间距，还要设置合适的焊盘大小，以免孔过小，不易上锡。我经历了三天的pcb排版绘制，经历了三天严重的心里煎熬。可是我并不放弃，因为现在的努力会得到明天的收获。它让我意识到实习需要专业的严谨精神，还有永不言弃的精神。当遇到困难，绕过去并不能解决实质的问题。在设计过程中遇到了一些问题，使得我查找各种相关资料，在增长知识的同时增强解决问题和动手的能力，锻炼我做事细心、用心、耐心的能力。我们选择的课题为数字式四路竞赛抢答器，根据电路的特点，我们采用层次化结构化设计，将此项设计任务分成若干模块，每个人负责一个模块的设计及调试，最后做出实物。这不仅加深了我们的认识，同时培养了我们团队合作的精神。在设计的过程中，遇到问题我们先独立思考，查找资料。到自己不能解决的时候就和其他组研究讨论，向指导老师请教。这样既提高了我们独立发现问题、分析问题、解决问题的能力，又很好地培养了交流合作的精神。此次实习前我们对于数字电子技术这门课程的学习仅是纸上谈兵，在头脑中抽象地记忆、理解那些课本上的理论知识，有些理论知识晦涩难懂，甚至要靠自己死记硬背。而这次的实习就提供机会让我们在实践中灵活运用知识。我们通过在实践中发现问题，进而去书本中找相关的知识去解决问题，从而巩固了理论知识，同时也增强了我们以后的学习兴趣，为以后的工作积累了一定的经验。七：参考文献1.电子技术基础 阎石主编 高等教育出版2.数字电子技术基础实验指导书3.protel电路设计与制版 赵建领编著 电子工业出版社11