数电课程设计电气电信类.docx
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数电课程设计电气电信类
数字电子技术基础
课程设计
课题:
八路数字抢答器
学院：
电气工程与自动化
专业：
电子信息工程
班级：
0903
学号：
***********
姓名：
***
指导老师：
***
2011年12月22日
目录
摘要---------------------------------------------------------------------------3
第一章设计指标----------------------------------------------------------4
第二章系统的组成及工作原理------------------------------------------4
2.1系统框架图-----------------------------------------------------4
2.2设计方案-------------------------------------------------------------------4
2.3设计原理-----------------------------------------------------4
2.4元件介绍-----------------------------------------------------5
2.5实验原理-----------------------------------------------------7
2.6实际PCB图-----------------------------------------------------7
第三章电路实验与调试---------------------------------------------------8
第四章实验结果及分析--------------------------------------------------------9
第五章收获、体会和建议-----------------------------------------------------9
附录11
1.总电路原理图11
2.元器件清单12
参考文献12
内容摘要
本文主要介绍用数电知识设计八路抢答器。
优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出，并与主持人开关相连接，即构成了抢答器的主体电路。
经过布线、接线、调试等工作后数字抢答器成形。
借助较少的外围元件完成抢答的整个过程，设计制作了八路抢答器，设计编程简单，容易理解掌握，且工作稳定可靠。
总体电路简单，易于制作。
可供8人或8个代表队抢答，并用7段数码管显示首先抢答者的组别号码，有人抢答后自动闭锁其他各路输入，禁止其他人抢答，使其他组的开关失去作用，而显示最先按下抢答键的组别号。
只有当主持人按下复位按键才能再次抢答。
关键字：
抢答器；仿真；锁存；
第一章设计指标
1、抢答器最多可供8名选手参赛，编号为1～8号，各队分别用一个按钮（分别为S1～S8）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关S9，该开关由主持人控制。
2、抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用LED数码管显示出来，只能由主持人进行清零。
3、开关S9作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关S9被按下时抢答电路清零，松开后则允许抢答。
输入抢答信号由抢答按钮开关S1～S8实现。
第二章系统的组成及工作原理
2.1系统框架图
构思抢答器需要达到的功能并结合自身的能力，列出了如图2.1所示的系统框架图。
图2.1系统框架
2.2设计方案
①接通电源后，主持人将开关拨到"清除"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器和指示灯灭灯，等主持人将开关置“开始”位置后，抢答器处于等待状态，此时可以进行抢答。
②抢答器完成：
优先判断抢答的组号，并将编号进行锁存，然后通过译码器将编号显示在七段数码管上。
③如果再次抢答必须由主持人操作"清除"和"开始"状态的开关，即需要主持人清零。
2.3设计原理
该抢答器电路可同时进行八路优先抢答。
按键按下后，蜂鸣器发声，同时（数码管）显示优先抢答者的号数，抢答成功后，再按按键，显示不会改变，除非按复位键。
复位后，显示清零，可继续抢答。
S1～S8为抢答键；S9为复位键；CD4511是一块含BCD—7段锁存/译码/驱动电路于一体的集成电路，其中1、2、6、7为BCD码输入端，9～15脚为显示输出端，3脚（LT）为测试验出端，当"LT"为0时，输出全为1，4脚（BI）为消隐端，BI为0时输出全为0，5脚（LE）为锁存允许端，当LE由"0"变为"1"时，输出端保持LE为0时的显示状态。
16脚为电源正，8脚为电源负。
555及外围电路组成抢答器声响电路。
整个电路采用4.5V直流供电。
2.4元件介绍
（1）时基电路TLC555
TLC555与NE555参数基本相同，但TLC555为COMS结构，具有温漂小、内部分布参数小等优点。
TLC555是一块时基集成电路，它可以构成多谐振荡器、单稳态触发器、施密特触发器等，是一块用途广泛的集成电路。
TLC555集成电路管脚如图2.2，内部等效电路如图2.3。
图2.2
图2.3
TLC555引脚功能简介：
1脚：
公共地端为负极。
2脚：
低触发端TRIG，低于1／3电源电压时即导通。
3脚：
输出端OUT，电流可达200mA。
4脚：
强制复位端RESET，不用时可与电源正极相连或悬空。
5脚：
用来调节比较器的基准电压，简称控制端CONT，不用时可悬空，或通过0.01
μF电容器接地。
6脚：
高触发端THRES，也称阈值端，高于2/3电源电压时即截止。
7脚：
放电端DISCH。
8脚：
电源正极VDD。
（2）CD4511BCD-7段译码驱动器
CD4511是常用的七段显示译码驱动器，它的内部除了七段译码电路外，还这有锁存电路和输出驱动器部分，具有输出电流大，最大可达25mA,可直接驱动LED数码管。
CD4511由4个输入端A/B/C/D和7个输出端a~g，它还具有输入BCD码锁存、灯测试和熄灭控制功能，它们分别由锁存端LE、灯测试LT、熄灭控制端BI来控制。
引脚图如2.4所示，真值表如图2.5所示。
图2.4
图2.5
2.5实验原理
抢答器的基本工作原理:
在上电之后，系统开始运行，在抢答过程中，会有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部电路和CD4511集成芯片会开始工作，并识别、记录第一个号码。
在整个抢答器工作过程中，编码电路、优先\锁存\译码电路、显示电路、报警电路都会运行。
抢答器的工作流程分为正常抢答流程、主持人复位等几部分如下图所示
2.6实际PCB图
第三章电路实验与调试
实验步骤：
第一步：
按照原理图进行电路仿真。
仿真图如下：
第二步：
运行程序，检验是否可以实现设计要求。
第三步：
运行结果正确后，进行实物焊接。
第四步：
通过实物操作验证结果
第4章实验结果及分析
接通电源后，主持人将开关置“开始”位置后，抢答器处于等待状态，此时可以进行抢答。
抢答器完成：
优先判断抢答的组号，并将编号进行锁存，然后通过译码器将编号显示在七段数码管上。
同时其他选手所在的开关被锁定，抢答无效。
如果再次抢答必须由主持人操作"清除"状态的开关，即需要主持人清零。
第五章收获、体会和建议
这次课程设计的电路是比较复杂的。
虽然以前在模电、Protel课程设计中接触过一些电子电路，但在初期还是感到无从下手。
这是我第一次接触multisim软件，感觉它比Protel更灵活易用，熟练以后十分顺手。
在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在通多次对电路的改进，上机仿真以及接线调试，终于使整个电路可稳定工作。
设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。
设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。
因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。
设计单元电路阶段，这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。
所有的设计方法还有步骤在数电书上都有，而且还有例题。
这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少，所以做设计的时候要常随手翻阅课本，等于是做了几道数电作业题。
这个阶段的难度也不是很大，一般翻课本就可以找到答案并解决问题。
实验阶段可以说是这次设计中最重要的部分，因为以前的只是理论而不是真正的实体。
所以说它是最重要的。
实验阶段我们遇到的问题有：
对软件不熟悉；对实验过程中信号的测量知识学习很少；因为各个模块是分开做而后又组装到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合为一个整体，部分工作能行但是接到一起就会出现问题）;针对以上几个问题我们作出了以下的“对策”:
软件不熟悉，就借来参考书，一步一步的对着学，而且老师给的资料上也有软件的使用说明，所以随着接触的增加软件也就越来越熟悉，这方面的问题不是太难因为一边理论一边学习正好是学习的好方法，而且也学的特别快。
制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，电路的焊接要一步一步来，焊点多，走线复杂。
这又要我们要灵活处理，一边操作一边构思，在不影响试验的前提下加快进度。
另外就是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。
这是应用课本知识的大好时机。
总之，通过这次练习我有了很多收获。
在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了动手能力。
在改进电路的过程中，同学们共同探讨，最后的电路已经比初期设计有了很大提高。
在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。
附录
总电路原理图
名称
型号
数量
编号
瓷片电容
103
1
C1
瓷片电容
104
1
C2
电解电容
100uF/16V47uF/16V
11
C3,C4
开关二极管
1N4148
18
D1,D2,D3,D4,D5,D6,D7,D8,D9,D10,D11,D12,D13,D14,
D15,D16,D17,D18
0.5寸共阴数码管
5011AH
1
DS1
5.08-2P接线端子
KF301-2P
1
J1
TO-92三极管
9013
1
Q1
1/4W电阻
10K
8
R1,R2,R3,R4,R5,R6,R16,R17
1/4W电阻
2K
1
R7
1/4W电阻
100K
1
R8
1/4W电阻
300
7
R9,R10,R11,R12,R13,R14,R15
6*6*5微动开关
6*6*5
9
S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9
12mm无源蜂鸣器
12095
1
SP
集成电路
CD4511
1
U1
集成电路
NE555
1
U2
16PIC座
DIP16P
1
8PIC座
DIP8P
1
PCB板
元器件清单
参考文献
[1]阎石.数字电子技术基础.北京：
高等教育出版社，2006年
[2]彭华林等编.数字电子技术.长沙：
湖南大学出版社，2004年
[3]金唯香等编.电子测试技术.长沙：
湖南大学出版社，2004年
[4]侯建军.数字电路实验一体化教程.北京：
清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005年
[5]康华光.电子技术基础.北京：
高等教育出版社，1999年
[6]李士雄.数字集成电子技术教程，北京，高等教育出版社，1993年
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