电子设计开发基础--课件(共四章).ppt

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1,电子设计开发基础,2,课程安排：

一、四个阶段：

1.设计方法介绍2.虚拟实验3.自主实验4.实训练习（设计、安装、调试、文档整理）二、考核办法：

平时10%实验20%实训70%,3,第一章绪言,1.1介绍本课程,1.1.1电子系统的概念：

所谓电子系统就是由一组电子元器件和基本电路相互连接作用而形成的电路实体，它能按照特定的控制信号执行所设定的功能。

4,举例：

光控开关,U02=6VVT管饱和U02=0VT管截止,Uth,5,按处理信号的不同分为：

1、模拟电子系统-信号变化连续2、数字电子系统-信号离散3、数模混合电子系统,1.2电子系统分类,1.2.1模拟电子系统,模拟电子系统的主要功能是对模拟信号进行检测、处理、变换和产生。

模拟信号的特点是，在时间上和幅值上均是连续的，在一定的动态范围内可能任意取值。

这些信号可以是电量（如电压、电流等），也可以是来自传感器的非电量（如应变、温度、压力、流量等）。

组成模拟电子系统的主要单元电路有放大电路、滤波电路、信号变换电路、驱动电路等。

举例见板书,格物致新厚德泽人,1.2.2数字电子系统,由若干数字电路和逻辑部件组成，处理及传送数字信号的设备称为数字系统。

一个复杂的数字电子系统可分解为控制器加若干个子系统。

这些子系统完成的逻辑功能比较单一，一般由中、大规模集成电路实现，如存储器、译码器、数据选择器、加法器、比较器、计数器等。

数字电子系统中必须要有控制器，控制器的主要功能是来管理各个子系统之间的互相操作，使它们有条不紊地按规定的顺序操作。

举例见板书,格物致新厚德泽人,1.2.3模拟数字电子混合系统,简单地说，包含有模拟电子电路和数字电子电路组成的电子系统称之为混合电子系统。

在过程控制和各种仪器仪表中，完成对如温度、压力、流量、速度等物理量的控制、测量、显示等功能，需要模拟数字混合电子系统来实现。

举例见板书,格物致新厚德泽人,9,2.1几种设计方法介绍:

试凑法（自下而上）和自上而下法。

一、传统设计方法（自下而上）：

第二章数字电子系统设计方法介绍,图2-1数字系统传统设计步骤,10,二、自上而下设计方法：

图2-2数字系统传统设计步骤,1、单片机应用开发：

（结构差异大，只掌握外特性和编程使用方法就可以）,11,图2-3单片机应用设计步骤,2、PLD（ProgrammableLogicDevice）开发应用（结构差异大，只掌握外特性和编程使用方法就可以）,12,图2-4数字系统PLD开发设计步骤,13,-周立功（由此处可以得到用于开发AT89C1051、AT89C2051之类的软件,从p8s-武汉力源也可以获得microchip公司出品的PIC系列单片机的有关资料,-英文网站，可以得到各系列单片机的详细结构、原理及指令说明,14,2.2数字系统传统设计方法,2.2.1设计步骤：

一、系统功能要求分析明确任务，尤其是特殊任务二、总方案确定，逻辑功能划分究竟采用哪种设计方案，画系统设计原理图三、单元电路设计把系统分为若干个子系统，每个字系统分为信号处理和控制电路两部分四、综合系统功能测试，画系统原理图,15,2.3设计举例：

八人智力抢答器,1.基本要求设计一个智力抢答器，可同时供八人（或八个队）参加比赛，他们的编号分别是0，1，2，3，4，5，6，7各用一个抢答器按钮，按钮的编号与选手的编号同，分别是S0，S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7。

给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（灭灯）和抢答开始。

一、技术要求：

16,抢答器具有锁存数据显示的功能。

抢答开始后，若有选手按抢答按钮，编号立即锁存，并在LED上显示出选手的编号，同时扬声器给出声音提示，此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

优选选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

17,2.扩展功能要求：

抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30s）。

当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计数，并显示时间，技术为零的同时扬声器发出短暂的声响，声音持续0.5s左右。

参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效。

选手答题期间定时器停止工作，显示器上显示选手编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

设定时间无人抢答时，扬声器报警，封锁输入电路，禁止超时抢答，显示“00”。

18,二、根据技术要求，确定系统框图,抢答按钮,编码器,锁存,译码器,主持人,控制电路,报警,秒脉冲发生器,定时电路,显示电路,图2-5抢答器原理框图,CTR,主体电路,扩展电路,19,三、单元电路设计,1.基本要求设计一个智力抢答器，可同时供八人（或八个队）参加比赛，他们的编号分别是0，1，2，3，4，5，6，7各用一个抢答器按钮，按钮的编号与选手的编号同，分别是S0，S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7。

给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（灭灯）和抢答开始。

20,抢答器具有锁存数据显示的功能。

抢答开始后，若有选手按抢答按钮，编号立即锁存，并在LED上显示出选手的编号，同时扬声器给出声音提示，此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

优选选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

编码电路：

A、74LS148引脚图,21,1、抢答器电路设计,图2-674LS148引脚图,B、74LS148真值表（表2-1）,23,七段显示器的外引线排列图、共阴接法及数字符号显示如图1-7,24,B、显示译码器：

74LS48,图2-874LS48引脚图,25,四、系统综合：

1、将上述三部分电路综合，得图2-9所示抢答器电路图,26,74LS279,2、工作原理：

1、74LS48的和74LS148的由74LS148的控制2、74LS279的由主持人开关控制，由74LS148的控制3、具体工作过程描述：

27,28,讨论：

图2-9中的“A3=0”时，用抢答，显示器上显示的是“0”，如果要显示“8”，怎样修改电路？

如果将图2-8中的改为S和相与后来控制，会出现什么情况？

锁存电路能否用JK触发器代替，如果能，怎样修改电路？

29,作业：

1.设计一个六人抢答器，要求：

能显示最先抢答人的编号直至主持“清零”。

同时封锁其他选手的按键状态。

为主持人设一个开关，控制比赛结果“清零”和比赛“开始”。

参考书,1、电子线路设计.实验.测试谢自美主编华中科技大学出版社2、全国大学生电子设计竞赛训练教程黄智伟主编电子工业出版社3、nuedc全国大学生电子竞赛网站4、实用电子电路基础刘维恒主编电子工业出版社5、现代电子设计与创新李洋主编中国电力出版社6、综合电子电路应用指南阮祁忠主编机械工业出版社,30,31,休息一会儿,32,2、定时电路设计,设计要求：

抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30S）。

当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计数，并显示时间，同时扬声器发出短暂的声响，声音持续0.5S左右。

参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

设定时间无人抢答时，扬声器报警，封锁输入电路，禁止超时抢答，显示“00”。

33,一、功能分析，确定单元电路设计方案：

按设计要求，假设主持人设定答题时间为30S，则定时电路由以下电路组成,三十进制的减计数电路秒脉冲发生电路译码显示电路,图2-10原理框图,二、单元电路设计：

1.三十进制的减计数电路选两片74LS192进行级联构成三十进制的减计数器，先预置30S，主持人一“开始”就开始减计数，输出的结果送入显示器的输入端。

34,A、74LS192外形及管脚功能,35,图2-1174LS192外形及管脚功能图,B、74LS192管脚功能介绍,见板书,加法器：

CR=0=1CPD=1,74LS192工作波形图,Q0,Q1,Q2,Q3,CPu,1、减法器：

CR=0=1CPU=1,74LS192波形图,CPD,39,封锁CP,LD,D,0,D,1,D,3,74,LS,192

（2）,D,2,15,1,10,9,Q,3,Q,1,7,6,2,3,Q,0,Q,2,BO,13,14,11,CR,CPU,CPD,5,4,0,0,1,1,LD,D,0,D,1,D,3,74,LS,192

（1）,D,2,15,1,10,9,Q,3,Q,1,7,6,2,3,Q,0,Q,2,BO,13,14,11,CR,CPU,CPD,5,4,0,0,0,0,0,0,CP,1,1,1,1,图2-12三十进制计数器,图2-13译码显示电路,40,2、译码显示电路：

与图2-9基本功能中的译码显示电路类同，只是输入端A3A2A1A0由74LS192的输出端Q3Q2Q1Q0控制,3、秒脉冲电路,由NE555定时器构成的多谐振荡器产生，要求1秒发出一个脉冲，即f=1Hz,A、555定时器介绍是一个数模结合器件其结构图如图2-13所示,a、表2-1555定时器功能表,参数选择:

要求得到f=1Hz的脉冲，根据多谐振荡器的频率计算公式若取C=10FR1=15k则R2=64k（可由56k电阻+33k电位器构成）具体电路如图2-13所示,b、用555定时器构成多谐振荡器,式（2-1）知,图2-15555定时器构成的多谐振荡器,46,47,三、系统综合,将以上1、2、3电路综合，得图2-16抢答器的定时电路,48,A,图2-16抢答器的定时电路,49,四、讨论,秒脉冲电路：

要求Vo输出波形的f=1Hz，上述电路只是从理论上讲得通，实际中要采用分频法提高精度。

如：

将上述电路中的C1=0.1uFR1=1.5KR2=6.4K则Vo可以得到f=1kHz的脉冲，Vo再经过三片74LS192串联分频后就得到高精度的f=1Hz脉冲信号。

如果图2-16中高位的74LS192换成74LS92，级联时进位信号应如何处理？

50,2.2.4八人智力抢答器之三（报警电路）：

一、功能分析：

设计要求报警电路要驱动扬声器发出0.5s的响声，即驱动扬声器的电平信号保证有0.5s的延时。

二、如图2-17所示，报警电路采用NE555构成多谐振荡器产生方波脉冲作为喇叭的驱动信号，NE555的Rd引脚受控制信号PR（详见八人智力抢答器之四的时序控制）控制，当PR为高电平（有效电平）时，NE555振荡，产生脉冲的高电平既为电容C1的充电时间，要保证其为0.5s。

51,三、参数确定：

由式2-1知若取C1=10uFR1=15K则R2=64K,四、报警电路：

如图2-17所示（多谐振荡器）,52,如图2-17报警电路

（1）,53,四、讨论：

若用采用NE555构成单稳态触发器，也可实现上述功能，具体电路如图2-18所示,54,如图2-18报警电路

（2）,55,休息一会儿,56,2.2.5八人智力抢答器之四（时序控制）：

一、功能分析：

设计要求八人智力抢答器必须具备以下功能主持人宣布开始时，扬声器发声，抢答器和定时器开始工作。

当参赛选手按抢答器按钮时，扬声器发声，抢答器和定时器停止工作。

当定时器时间（30s）到无人抢答时，扬声器发声。

由以上分析所知：

扬声器的驱动信号PR受定时器电路高位的借位信号BO、YEX、S控制,A、当BO2从1-0时，扬声器发声。

B、选手按抢答器时，即YEX从1-0时,扬声器发声。

C、支持人宣布开始时（S=1）时，扬声器发声。

58,二、电路设计,经以上分析，扬声器驱动信号在上述三种情况下都要发声。

则PR的控制电路如图2-19所示，定时器脉冲端CPD和编码器ST的控制电路如图2-20所示,59,图2-19PR的控制电路,60,图2-20CPD、ST的控制电路,61,三、系统综合,将八人智力抢答器之一（抢答）、之二（定时）、之三（报警）、之四（时序）综合即得整个系统的总电路原理图如图2-21,AH:

课件图绘图8.vsd,图2-21八人智力抢答器总电路图,63,第