电子工艺实习-多路抢答器设计报告.doc

目录第1章 概论31.设计目的3第2章 功能简介41.设计内容及要求42.设计参数说明4第3章 设计原理及框图53.1原理说明53.2原理框图5第4章 主要器件的介绍64.1 74ls148D简介64.1.1 74ls148D的逻辑功能64.1.2 74ls148D的引脚图64.1.3 74ls148D的真值表74.2 74ls279D简介74.2.1 74ls279D的逻辑功能74.2.2 74ls279D的引脚图84.2.3 74ls279D的真值表84.3 74ls83D简介94.3.1 74ls83D的逻辑功能94.3.2 74ls83D的引脚图94.4 74ls138D简介94.4.1 74ls138D的逻辑功能94.4.2 74ls138D的引脚图104.4.3 74ls138D的真值表104.5 74ls192D简介114.5.1 74ls192D的逻辑功能114.5.2 74ls192D的引脚图114.5.3 74ls192D的真值表11第五章 电路模块设计及分析125.1 抢答电路125.1.1 设计原理及目的125.1.2 抢答电路仿真图135.2 加法电路145.2.1 设计原理及目的145.2.2 加法电路仿真图145.3 译码电路155.3.1 设计原理及仿真155.3.2 译码电路仿真图155.4 倒计时电路165.4.1 设计原理及仿真165.4.2 倒计时电路仿真图165.5信号发生器电路175.5.1 设计原理及仿真175.5.2 信号发生器电路仿真图185.6 控制电路195.6.1 倒计时控制电路195.6.2 倒计时控制电路仿真图195.6.3 主持人控制电路205.6.4 主持人控制电路仿真图205.6.5抢答器控制电路205.6.6 抢答器控制电路仿真图215.7 报警电路21第六章 仿真调试过程226.1 模块设计分析过程2262 锁存器电路的调试226.3 显示电路的调试226.4 控制电路的设计思路23第七章 设计心得及焊接收音机的感受24参考文献25附录26第1章 概论1.设计目的使学生对电子的一些相关知识有感性认识，加深电类有关课程的理论知识；掌握电子元件的焊接、电气元件的安装、连线等基本技能，培养学生阅读电气原理图和电子线路图的能力。并在生产实践中，激发学生动手、动脑、勇于创新的积极性，培养学生严谨、认真、踏实、勤奋的学习精神和工作作风，为后续专业课程的学习打下坚实的基础。第2章 功能简介1.设计内容及要求（1）抢答开始时，由主持人按下复位开关清除信号，用发光二极管作为输出显示信号标志。（2）当主持人宣布“抢答开始”后，先按键者相应的发光二极管点亮；（3）有人按键被响应的同时，应有信号发出去锁住其余几个抢答者的电路，不再接收其它信号，直到主持人再次清除信号为止。当达到限定时间时，发出声响以示警告。（4）在电路中设计一个计时功能电路，要求计时电路按秒显示，最多时限为1分钟，当时间显示一旦到达59秒，下一秒系统自动取消抢答权，信号被自动清除，抢答重新开始。亦可倒计时显示。（本次设计采用倒计时计时）（5）至少4路信号抢答设计。（本次设计采用8路抢答）2.设计参数说明此次采用倒计时，故计时电路的预置数为59。选手的序号为18，故可将显示抢答选手的序号的译码初始值设为0。第3章 设计原理及框图3.1原理说明此次设计的8路抢答器主要包括由555定时器组成的秒脉冲发生器、抢答电路、加法电路、译码电路、倒计时电路、报警电路以及控制电路等逻辑电路。如果选手在主持人未宣布开始抢答并按下开始开关之前进行抢答，蜂鸣器报警。此时说明有人抢答。当主持人按下开始开关时，允许抢答信号指示灯亮，计时器开始从59开始倒计时，选手可以进行抢答。此时，当有选手按下抢答器时，蜂鸣器响，其他选手的抢答无效，同时显示该选手序号且与其对应的指示灯亮，计时器停止计时。若主持人在按下开关后一分钟内无人抢答，蜂鸣器报警，指示灯熄灭并锁死选手抢答器信号，此轮抢答无效。本设计电路是由74ls148D编码器将对应选手进行编码并采用74ls279D双RS触发器将信号所存，以此来构成抢答器核心部分，并由74ls138D译码以驱动对应的指示灯，由74ls192D构成倒计时电路，提供及时锁存信号，结合控制电路来实现电路功能。3.2原理框图抢答电路优先编码电路RS触发器138译码电路译码显示主持人控制开关秒脉冲发生电路定时电路译码电路译码显示控制电路报警电路图1 原理设计框图第4章 主要器件的介绍4.1 74ls148D简介4.1.1 74ls148D的逻辑功能74LS148D是8-3线优先译码器，它允许多个信号同时有效，但只对优先级最高的信号进行编码。在使能端（）有效的情况下，将输入的8位二进制数译码成以为高位的三位8421BCD码。在译码的过程中优先检查位，依次检查直至位。4.1.2 74ls148D的引脚图图2 74ls148D引脚图注释：为八位二进制数的输入端，为使能端，为输出端。4.1.3 74ls148D的真值表表1 74LS148D的真值表输入输出111111011111111111100011111111110100111111110010011111101010011111000100111011010011010010010010100000014.2 74ls279D简介4.2.1 74ls279D的逻辑功能74LS279D是双RS触发器，具有锁存短暂的脉冲信号的功能。将与连接起来，作为置0端的输入端口，与构成一个基本RS触发器，其输出引脚为。同理可得，与构成另一个基本RS触发器，其输出引脚是。4.2.2 74ls279D的引脚图图3 74ls279D引脚图4.2.3 74ls279D的真值表表2 74LS279D的真值表输入输出功能说明RSQQ000不稳定状态（非法状态）0010100置0（复位）01101001置1（置位）10111100保持原状态11114.3 74ls83D简介4.3.1 74ls83D的逻辑功能74LS83D是加法器芯片，其输出为A B两个二进制数之和，其中为高位，为高位。输出为高位。如果相加有进位则引脚输出高电平。4.3.2 74ls83D的引脚图图4 74ls83D引脚图4.4 74ls138D简介4.4.1 74ls138D的逻辑功能74LS138D是一种常见的3线8线集成译码器。其输入是3位二进制数，并以反码状态输出8种状态。为便于扩展成多位的译码电路和实现数据分配功能，还有三个输入使能端，。其中、为输入端，为输出端。对应将以位为高位的8421BCD码译码成8位二进制数。4.4.2 74ls138D的引脚图图5 74ls138D的引脚图4.4.3 74ls138D的真值表表3 74LS138D的真值表输入输出0111111111111111111111111111000001111111000111111100101111101101111110111100111011111011101111111010111111111011111114.5 74ls192D简介4.5.1 74ls192D的逻辑功能74LS192D是双时钟方式的十进制可逆计数器，可实现09的循环计数。为加计数时钟输入端，为减计数时钟输入端，为预置输入控制端，为清零端，为进位输出端，为借位输出端。4.5.2 74ls192D的引脚图图6 74ls192D的引脚图4.5.3 74ls192D的真值表 表4 74LS192的真值表输入输出1000000dcbadcbA101加法器101减法器第五章 电路模块设计及分析5.1 抢答电路5.1.1 设计原理及目的设计电路如下图所示，电路主要芯片有优先编码器74ls148D和锁存器74ls279。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手抢答的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是使其他选手抢答按键无效。工作过程：在主持人开关未闭合的前提下，RS触发器的R端为0，S端为1，RS触发器处于置0状态，使得四个触发器的输出都为0。此时优先译码器74ls148D中的使能端为低电平，芯片处于正常工作状态，抢答信号有效。在主持人按下开关之前，如果有人按下抢答器，译码器译码此时蜂鸣器报警，但此时RS触发器R端为0，S端为1，会在信号送出的下一瞬间再次置0，故数码显示管会闪动一下并迅速归0。若在主持人开关闭合状态下的话，此时RS触发器中的R端为1，在S端置1时会处于保持状态，使得数码管显示稳定。此时U4A或门之后的结果为高电平，使优先译码器使能端无效，即锁存住其它选手的抢答信号。5.1.2 抢答电路仿真图图7 抢答电路仿真图5.2 加法电路5.2.1 设计原理及目的通过74LS148D优先编码后，编码结果为0、1、2、3、4、5、6、7，而设计方案显示的是1、2、3、4、5、6、7、8，因此需要用74LS83加1，但在抢答按钮被按前不能加1，否则译码后总显示前一个选手抢答成功，因此这个被加数可以从U8A的引出。使得被加数从0到1的变化与开关动作相一致。5.2.2 加法电路仿真图图8 加法电路仿真图5.3 译码电路5.3.1 设计原理及仿真74ls138D是将8421BCD码译码成对应的二进制数并反码输出。通过74LS138D译码后最先抢答选手序号对应的引脚为低电平，全部输出引脚加反相器后，只有抢答成功的选手对应输出引脚为高电平，与其对应的LED灯亮。5.3.2 译码电路仿真图图9 译码电路仿真图5.4 倒计时电路5.4.1 设计原理及仿真设计电路如图所示，采用两片74LS192D连接而成，左边为高位，右边为低位，给低位一个方波脉冲，把低位的借位输出端接到高位的倒计时脉冲输入端，通过预置数使其初始值为59，从而形成60秒倒计时，时间通过DCD_HEX显示出来。 5.4.2 倒计时电路仿真图图10 倒计时电路仿真图5.5信号发生器电路5.5.1 设计原理及仿真采用由555定时器构成的多谐振荡器来产生的秒脉冲作为信号源。多谐振荡器没有稳态，只有两个稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个稳态之间来回转换。由于接通电源瞬间，电容来不及充电，电容器两端电压为低电平，小于，输出为高电平。这时，电源经，对电容充电，使电压上升，当上升到时，输出为低电平。我们将从上升到这一过程称为充电过程，时间。由于放电管VT导通，电容通过电阻放电。电路进入放电状态，时间。随着电容的放电，下降，当下降到时，输出为高电平。电源再次对电容充电，电路又翻转到充电状态。以此类推，电路会在两种状态之间装换，则输出为矩形波。电路一旦起振后，电压总是在至之间变化。输出相应的在高低电平之间转换。将充放电时间相加便得到时间周期。计算得 （s）。可认为两正脉冲间隔为1秒5.5.2 信号发生器电路仿真图图11 multisim中秒脉冲发生器仿真图图12 用示波器观察的秒脉冲发生器的输出波形5.6 控制电路5.6.1 倒计时控制电路倒计时控制电路用于控制倒计时的开始与暂停。方波产生信号端、74LS279D中U8A中输出端和高位74LS179中端经过一个与门给低位74LS179D中端。主持人闭合S开关后，U24A上面两个端口均为1，倒计时开始，当第一个抢答按钮被按下时，端输出0，经过锁存后，U8A中变为高电平，经过U6D反相器后，最终使端为0，倒计时停止。其次，当倒计时到00后，高位借位输出端端输出低电平，同样经过与门使脉冲输入端变为无效，计时停止。5.6.2 倒计时控制电路仿真图图13 倒计时控制电路的仿真图5.6.3 主持人控制电路主持人开关闭合后，LED1亮，表示抢答开始，当倒计到00后，抢答无效，LED1灭。U7A与门一端连接开关，另一端连接倒计时高位借位端。主持人按下开关，倒计时从59开始，高位端为1，与开关与后输出1，灯亮；开关断开或者倒计时到00后，经过与门后输出均为0，灯灭。5.6.4 主持人控制电路仿真图图14 主持人控制电路仿真图5.6.5抢答器控制电路在主持人开关闭合之后，由两个74ls279D组成的四个RS触发器的端为1，选手未抢答时，端口输出为1，U4A左端输入为1，当倒计时开始时U4A右端由端经过反相后输入为1。所以端为低电平。此时74ls148D使能端有效。可以进行正常的抢答译码。在有抢答按钮被按下或倒计时到00时，均能使U4A输出端为1，使74ls148D的使能端无效。此时抢答无效。5.6.6 抢答器控制电路仿真图图15 抢答器控制电路仿真图5.7 报警电路当选手在主持人未宣布抢答开始时按下抢答按钮，蜂鸣器报警，表示有人抢答。或者当在主持人宣布抢答开始后一分钟之内无人抢答，蜂鸣器亦报警，表示此次抢答无效。第六章 仿真调试过程6.1 模块设计分析过程在此次设计的过程中，首先根据要求要实现的功能将电路分成几大模块，即抢答模块、加法模块、译码显示模块、倒计时模块、报警模块以及控制模块。再根据这几大模块需要实现的功能查阅相应资料进行模拟仿真设计电路。然后将几大模块组合。62 锁存器电路的调试在设计时应要求能够锁存信号，故采用74LS148D双RS触发器。但发现无法锁存信号，输出毫无规律即出现锁存器非法状态。故将锁存器R端置1，让RS触发器保持在置1或保持状态。6.3 显示电路的调试起初设计是想显示通过八路三路编码器后经过RS触发器锁存状态，但其锁存状态为07，与选手的序号18不符，故在显示译码时要将译码值相应的加1。此时要用到加法电路，设想是通过直接加1来实现。但会导致在主持人宣布抢答开始时显示选手序号的显示器上显示1，出现错误。针对这一问题，改进思路是改变电路结构使得被加数在主持人按下开始开关后从0 变为1 。这样将避免显示错误。由于需要显示的译码是8421BCD码，所以采用的数码管为HEX，即十六进制数码管。这样便可直接显示译码。图16 显示8421BCD码的数码显示管6.4 控制电路的设计思路对于指示灯的设计，一开始是直接通过开关控制的，但考虑到在59秒计数结束时需要使抢答指示灯熄灭，故加上定时电路的高位计数器的借位信号控制。综合其逻辑数值及对应指示灯状态采用二者相与来控制抢答指示灯。对于报警器的设计思路是想在一分钟计时结束之后实现报警。刚好高位计数器借位输出端电位在定数结束时进行负跳变输出低电平，故可将该信号反相以驱动报警器。对于脉冲信号的设计思路是产生连续的方波信号，驱动低位计数器计数以此来计时。但采用的是连续的信号的话就无法停止计时。故必须附加其他控制信号。考虑到一分钟倒计时之后以及选手按下抢答器时均需停止计数，故应用的外加控制信号为U8A中的引脚信号以及高位计数器中的借位输出端引脚信号。综合各种情况可将三者相与作为脉冲信号。对输入锁存的控制分为两种情况，第一种为主持人未开启抢答开始开关，此时需锁存控制信号，另一种为有一个选手抢答之后需立即关闭其他选手的抢答器。结合初始值及所需的控制状态可将U8A中输出与主持人开关输入相或之后作为编码器使能端的控制信号。 第七章 设计心得及焊接收音机的感受在此次为期三周的课程设计中，我主要完成了两大部分。一部分是自选命题，进行仿真实现电路功能，另一部分则是实际焊接一个教学收音机。一开始在得到关于做课程设计的通知时就是一头雾水的感觉，不知从何下手。为此向学长了解了一些情况，以及查阅一些关于课程设计的资料后才渐渐的了解了一些。当真正开始接触到课程设计的时候便有了一定的了解，有一定的方向可循。在这三周之内总的感觉不是很累。一开始小组讨论选题，然后查阅一些关于选题的资料，学习关于仿真软件multisim的使用，最后是论文的编写。在这段时间内就是一开始对于全英文的仿真软件有点不适应，于是便将其破解并汉化。在设计的过程中会感觉到有些仿真的结果会和理论值不同，对此用示波器观察其电位的变化是否和理论值相同，然后不断改变连接结构，最终实现各个模块的预想功能。但在各个模块组合的时候电路仿真时出现了一些错误。电路无法编译，为此对照各个模块分析发现有很多是电位的不统一即在逻辑上同样是低电平但其电位可能不同，导致编译错误。这就是实际电路的运行结果与理论值会有所不同的主要原因之一，因此我们应该在熟练掌握理论的基础上将我们所学的运用到实际中，解决实际问题，做到学以致用。在仿真的同时我还动手焊接了一个教学收音机。知道应尽量避免虚焊，知道怎样根据电阻上色环的颜色读取其阻值与误差，学会如何调节中轴来改善音质，知道感应线圈的影响等。虽然是根据电板焊接的，但在实际焊接结束并成功搜索到电台时还是有一种极大地成就感。此次焊接教学收音机极大地提高了自己的动手操作能力。在为期三周的课程设计中我深刻的体会到理论与实际的差别以及自己动手能力的匮乏。当然三周的课程设计不可能完全提高一个人的动手操作能力，但却是一个很好的锻炼自我的平台。参考文献【1】、韩学军. 数字电子技术基础M.北京：中国电力出版社【2】、王义军.模拟电子技术基础M.北京：中国电力出版社【3】、童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社.【4】、阎石. 数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社.【5】、康华光.电子技术基础M.北京：高等教育出版社.【6】、张庆双.电子元器件的选用与检测M.机械工业出版社,2002.附录图17 总仿真图