数电课设.docx
《数电课设.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数电课设.docx（16页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
数电课设
电子技术课程设计报告
学院：
电气与电子工程学院
专业班级：
学生姓名：
指导教师：
完成时间：
成绩：
评阅意见：
评阅教师日期
摘要
随着现代计算机和自动化技术的发展，作为各种信息的感知、采集、转换、传输相处理的功能器件，温度检测电路的作用日益突出，成为自动检测、自动控制系统和计量测试中不可缺少的重要技术工具，其应用已遍及工农业生产和日常生活的各个领域。
同时，在现实生活中很常见，尤其是在随着各种智益电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛，让观众看得更有情趣。
如果在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题，可见抢答器在现实生活中确实很实用，运用前景非常广泛。
在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。
本次课程设计分为两个部分，分别设计了一个温度控制系统和一个抢答器电路。
温度控制系统是由光敏电阻和运放、电阻、三极管简单构成的电路，当光照发生变化时，光敏电阻阻值发生变化，使电路输出电压发生变化，从而实现在保温与加热之间进行切换。
抢答器电路是由触发器、与非门、数码管组成的电路，该电路具有抢答与清零的命令，主持人发布抢答命令后，选手按下抢答键后，电路应记下抢答者的组别，并显示在数码管上，同时封锁其他各组的抢答信号。
当抢答完成后，主持人手动进行清零。
两个设计都是先用面包板搭接实际电路，测试完成后用Multisim10对设计的电路进行仿真，可以得到设计要求的结果。
关键词：
温度控制电路；光敏电阻；抢答器电路；触发器；Multisim10仿真
目录
一、设计任务和要求……………………………………………………………………….…...1
1.1设计任务…………………………………………………………………………………….….1
1.2设计要求……………………………………………………..…………………..…………...1
1.温度控制系统…………………………………………………………….…….1
2.抢答器电路……………………………………………………………………...1
二、设计的作用和目的……………………………………………………………………….1
三、设计的具体实现……………………………………………………………………………2
3.1系统概述………………………………………………………………………………..2
3.2单元电路设计（或仿真）与分析…………………………………………….………3
3.1.1温度控制系统………………………………………………………………….3
1.电路设计………………………………………….………………………....3
2.单元电路分析……………….……………………………………………...4
3.电路总体设计电路图………………………………………………….….4
3.3.2抢答器电路设计…………………………………………..............................…5
1.电路设计………………………………………………………………….….5
2.单元电路分析…………………………………………………………..…..6
3.电路总体设计电路………………………………………………………10
3.3电路安装与调试…………………………………….…….......11
四、心得体会…………………………………………………………………………….……….13
五、附录（器件清单）………………………………………………………………….…..14
六、参考文献……………………………………………………………………………………..16
一、设计任务和要求
1.1设计任务
本次课程设计分为两个部分，设计一个温度控制系统和一个可供四人抢答的抢答器。
1.2设计要求
1.温度控制系统
（1）设计一个具有温度检测、放大、与控制功能的温度检测系统。
用负温度系数热敏电阻作为温度传感器检测温度，用检测到的温度信号控制加热或保温。
（2）利用光敏传感器和外围电路，实现对温度采集和控制作用。
（3）当光照变化时，光敏电阻阻值会发生变化，相当于滑动变阻器，阻值变化导致输出电压变化，从而实现在保温与加热之间进行切换。
（4）采用两个发光二极管作为加热与保温的提示信号。
2.抢答器电路
（1）利用触发器、与非门、数码管组成电路。
（2）数字抢答器允许在规定的时间内进行抢答,可以用数码管显示抢答者的序号,并配有相应的灯光指示。
（3）当选手按下抢答器后，电路封锁其他各组的抢答信号，其他选手的抢答信号无效，当抢答完成后，主持人手动进行清零。
二、设计的作用、目的
通过课程设计，使学生加强对电子技术电路的理解，掌握电子线路的设计方法和一般过程，能灵活运用自己所学过的知识构成实际电路实现上述功能，并利用仿真软件进行仿真，学会查询资料，方案比较，提高自己解决实际问题的能力。
1.在学习了课程后，为了加深对理论知识的理解，学习理论知识在实际中的运用，培养动手能力和解决实际问题的经验。
2.熟悉温度控制的工作原理，选择合适的元件，绘制系统电路原理图，进行软硬件系统的设计和调试，提高自己的应用知识能力、设计能力和调试能力。
3.学习数字电路中的优先编码器、锁存器、施密特触发器、译码器、数码管的综合应用。
4.学会温度检测系统的测量和调试方法，掌握滞回比较器的性能和调试方法。
5.熟悉抢答器的工作原理。
6.了解数字系统设计，掌握调试及故障排除方法。
三、设计的具体实现
3.1温度控制系统
方案论证
方案A：
根据设计要求，利用LM324芯片，光敏传感器，电位器，三极管，电阻组成
电路。
原理介绍：
当光照变化时，光敏电阻阻值会发生变化，相当于滑动变阻器，阻值变化导致运放输入端电压发生变化，使运放输出电压变化，再经过两次倒相，使输出信号变化，从而实现在保温与加热之间进行切换。
此方案简单易行，采用原件少，价格便宜，成本低，适合于精度不高的简单温控电路。
方案B：
以单片机为核心的温度监控系统，设计大体可分为三个部分，即温度采集，
单片机处理，数码显示。
温度采集部分利用DS18B20温度传感器进行温度采集，
感知温度，后将信号传递给STC89C51单片机进行处理计算，最后利用数码显示
出温度数值。
系统框图如下所示：
图1温控系统
此方案用单片机进行控制，18B20温度传感器采集温度，控制精度高，速度快，但是电路设计复杂，成本也较高。
综合以上两种方案，结合本次设计，选择方案A。
3.2抢答器电路设计
四路抢答器是供四人用的竞赛抢答器装置线路，用以判断抢答优先权。
本设计的四路抢答器由，抢答开关KEY1-KEY4,主持人控制清零开关S控制电（74LS175芯片），逻辑与非门，数码管显示电路等模块组成。
它有四部分构成：
4个D触发器74LS175芯片，它具有置0端和CP端；1个双4输入与非门74LS20，一块芯片中有两个独立的与非门；1个2输入与非门74LS00，一块芯片中有4个独立的与非门；一片74LS48芯片；四个轻触开关，它们组成抢答电路中的CP时钟脉冲源。
总体设计框图如下：
图2抢答器结构框图
上图为供4人用的智力竞赛抢答器的整体框图，用以判断抢答优先权，抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关，74LS175芯片的输出Q1～Q4全为0，数码管显示数值0。
当主持人宣布“抢答开始”后，首先做出判断的参赛者立即按下开关，数码管显示对应序号，同时，通过与非门送出的信号锁住其余3个抢答者的电路，不再接受其他信号，直到主持人再次清除信号为止。
3.3单元电路设计（或仿真）与分析
3.3.1温度控制系统
1.电路设计
其电路可分为三大部分：
测温电路，比较/显示电路，控制电路。
利用光敏传感器，LM324芯片，电阻组成差分放大电路，输出信号经过两次反相后控制发光二极管的亮灭,两个LED代表加热与保温。
2.单元电路分析
温控电路由电位器、电压比较器、放大电路等组成，构成比较器和反相器的运放采用LM324芯片，芯片简介：
LM324系列器件带有真差动输入的四运算放大器，具有真正的差分输入。
与单电源应用场合的标准运算放大器相比，它们有一些显著优点。
该四放大器可以工作在低到3.0伏或者高到32伏的电源下，静态电流为MC1741的静态电流的五分之一。
共模输入范围包括负电源，因而消除了在许多应用场合中采用外部偏置元件的必要性。
芯片管脚图如下：
图3LM324管脚图
3.电路总体设计电路图（仿真图）如下所示：
图4温控系统整体电路图
电路工作原理分析：
利用光敏传感器，LM324芯片，组成电压比较器，当光照变化时，光敏电阻阻值会发生变化，相当于滑动变阻器，阻值变化导致运放U1A反相输入端电位发生变化，由于运放U1A同相输入端电位不变，为VCC/2，则当光敏电阻阻值发生变化时，运放U1A输出电压发生变化，再经过运放U1B和U1C的两次倒相，使最终输出信号变化。
电路刚供电后，光敏电阻阻值很大，运放U1A输出低电平信号，经过两次倒相后红使三极管基极电压为低，三极管截止，灯LED2正常发光，LED1灭；由光敏电阻的特性可知，当光照越强光敏电阻阻值越小，当用手遮挡光敏电阻时，光敏电阻阻值变大，运放U1A输出为高电平，经过两次倒相后，运放U1C输出为高电平，三极管基极与射极导通，灯LED1亮，LED2灭。
两个小灯分别代表保温与加热，从而实现在保温与加热之间进行切换。
如果接一个小风扇和一个继电器，可以构成一个简易干手器。
3.3.2抢答器电路设计
1.电路设计
电路由选手开关电路、主持人开关电路、触发锁存电路、时间脉冲电路、显示电路组成。
图5抢答器原理框图
2.单元电路分析
（1）选手开关：
此电路由4个开关组成，四位抢答者通过开断各自的开关实现抢答，给编码器输入高低电平，其中高电平为有效抢答信号。
（2）主持人开关：
此电路由1个开关和一个1MΩ的电阻组成，主持人通过开断开关控制数码管的清零。
（3）触发锁存电路：
此电路由4D触发器74LS175组成。
它具有以下功能：
1.清零功能（用集成触发器清除端实现，由主持人输入手动正脉冲控制）。
2.四个抢答键控制功能（有按键实现）。
3.脉冲信号控制功能（由主持人输入手动正脉冲控制）。
74LS175芯片简介：
74LS175是一个单向正沿触发的四D触发器、互补输出，有公用的时钟和公用的清零。
时钟的触发产生于特定的电压电平上，同脉冲的正跃变时间无直接关系。
当CP引脚输入上升沿时，1D-4D被锁存到输出端（1Q-4Q）。
不管时钟输入的电平是高或是低，D输入信号不影响输出。
管脚图如下：
图674LS175管脚图
逻辑功能表：
图774LS175真值表
（4）时间脉冲电路：
此电路由6路施密特反相器芯片74LS14D和电阻电容组成。
电路图如下：
图8时间脉冲电路
74HC14D芯片简介：
74HC14是一款兼容TTL器件引脚的高速CMOS器件，逻辑功能为6路斯密特触发反相器，其耗电量低，速度快。
74HC14遵循JEDEC标准No.7A。
74HC14实现了6路施密特触发反相器，可将缓慢变化的输入信号转换成清晰、无抖动的输出信号。
管脚图：
图974HC14管脚图
6个基本单元的逻辑功能及标志：
图1074HC14真值表和逻辑符号
（5）显示电路：
此电路由7段显示译码器74LS48芯片和数码管组成，74LS48芯片驱动数码管，哪个选手按下按键，数码管显示对应的数字。
74LS48芯片简介：
74LS48芯片是一个十进制（BCD）译码器，可用来驱动共阴极的发光二
极管显示器。
74LS48的内部有升压电阻，因此无需外接电阻（可直接与显示器相连接）。
74LS48是输出高电平有效的译码器，其芯片管脚图如下：
图1174LS48管脚图
真值表如下：
图1274LS48真值表
（6）74LS20芯片简介：
74ls20是两个4输入与非门，内含两组4与非门：
第一组：
1,2,4,5输入6输出。
第二组：
9,10,12,13输入8输出
管脚图：
图1374LS20芯片管脚图
真值表：
图1474LS20芯片真值表
逻辑表达式：
Y=
（7）74LS00芯片简介：
74ls00是常用的2输入四与非门集成电路，他的作用很简单顾名思义就是实现一个与非门。
管脚图：
图1574LS00管脚图
真值表如下：
图16与非门真值表
3.抢答器整体电路如下：
（Multisim仿真图）
图17抢答器总电路图
电路原理分析：
图中芯片74LS175为四D触发器，上升沿触发，KEY1，KEY2，KEY3，KEY4为抢答开关;Q1非～Q4非是74LS175芯片的输出， Q1非～ Q 4非 同时接入四输入与门U5A，其输出与外接CP信号同时输入与门U2D，与门U2D的输出接入74LS175的工作脉冲输入端CP;S为主持人开关，当其打开时，+5v电源接入RD非，则RD非=1（高电压，无效信号）；74LS48D是7段显示译码器，用于控制数码管。
在进行抢答之前，KEY1，KEY2，KEY3，KEY4抢答开关全部打开接地（低电压），则Q1非～Q4非=1（低电压）。
由主持人清除信号，按下复位开关S。
由电路知，此时RD非=0，74LS175的输出Q1非～Q4非同时被置为1，数码管显示0。
当主持人宣布“抢答开始”后，首先做出判断的答题者立即按下抢答开关KEY，此时开关接通+5V电源，电流就会通过开关，进入触发器，整个电路就要工作了。
例如，KEY1开关被按下，则D1=1（高电平），使得Q1=l，Q1非=0，同时，Q 2非=1，Q3非=1，Q4非=1,经过与门U2A与U2B后，输入74LS48D的信号为1110，经过译码后使数码管显示数字1。
其他按键按下分析同理。
数码管显示对应的抢答者序号的同时，通过与非门74LS20送出信号锁住其余三个抢答者的电路，不再接受其它信号，直到主持人再次清除信号为止。
3.3安装与调试
通过查阅集成电路手册，标出图中各集成电路输入、输出端的引脚编号。
按图在面包板上连接电路，在插接器件时，要注意芯片的豁口方向，同时要保证芯片的管脚与插座接触良好，管脚不能弯曲或折断。
指示灯的正、负极不能接反。
在通电前先用万用表检查各芯片的电源接线是否正确。
在温度控制系统的电路连接中，一个芯片共有4个运放，要注意看清引脚标号，不要接错，LED的正负极不要接反，在制作干手器时，继电器与风扇要接。
在抢答器电路中，所有芯片均要供电，出现问题排除故障可按信息流程的正向（由输入到输出）查找，也可按信息流程逆向（由输出到输入）查找。
例如：
当有抢答信号输入时，观察数码管是否有示数，可用万用表分别测量相关与非门输入、输出端电平状态是否正确，由此检查线路的连接及芯片的好坏。
有时数码管时而有示数，时而无示数，这时候要检查那根线接触不良。
电路有问题时一定要耐心检查，要在实践中培养自己的严谨求实的作风和学习态度。
温度控制系统安装调试图：
抢答器电路安装及调试图：
四．心得体会
在课程设计的过程中，我遇到了很多问题，如：
搭接实际温控电路时，光敏电阻有时反应比较慢，对风扇的控制迟缓。
在搭接抢答器电路时，电路连接正常可是数码管就是不亮，反复检查好几遍也查不出原因，最后在别人的帮助下才发现是某个芯片不好使。
通过这次课程设计，我明白了一个道理：
做事情千万不能急躁。
就像在安装电路和布线的过程中，一开始，为了尽快完成布线这一环节，走线走得比较马虎，导致某些地方出现错误，结果后来要花费大量时间找出短路的地方，效率反而降低了。
明白这一点以后，我们在以后布线的过程中，抱以认真细致的态度，结果布线十分理想，再没有出现短路的地方。
通过这次课程设计，理解能力和动手能力都得到了提高，也加深了对课本知识的理解。
这次课程设计这次的实习是对学过的数字电子技术基本知识的应用，本来对数字电子技术中的有些东西就不太熟悉，通过这次实习，更深刻的了解了各种芯片的引脚、时序图、逻辑图以及功能表，能够用各种芯片以及触发器等组建逻辑电路。
这次的设计虽然短暂.但却是我第一次自己动手设计的电路，以前书本上的内容第一次完完全全的在实际中实现.在设计过程中,遇到了书本中不曾学到的情况。
对于设计的温控系统和抢答器，这些都是在现实生活中非常常用的，通过这次实习我深刻的了解了它的工作原理，体会到数字电子技术对当代社会发展的重要性。
并学习了运用软件测试、调试、改进电路。
培养了独立思考、分析、解决问题的能力，并培养了我们的动手能力。
在这里，再一次感谢我们指导老师的讲解和帮助！
五．附录
1.温度控制电路元件清单表
序号
名称
型号
数量
备注
1
小风扇
1
2
电阻
6
2kΩ
电阻
6
10kΩ
电阻
2
200Ω
3
三极管
2SC8050
1
4
电位器
1
5
电源
1
+5V
6
彩灯
2
红绿各一个
7
集成芯片
LM324
1
8
继电器
1
2.抢答器电路器件清单表
74LS175集成芯片
1个
74LS20集成芯片
1个
74LS00集成芯片
1个
74LS14D集成芯片
1个
三极管
1个
电阻
6个（200Ω4个、10kΩ1个、1kΩ1个、）
电容
1个（1uF）
开关
5个
面包板
2块
7段数码管
1个
74LS48七段显示译码器
1个
六．参考文献
[1]何召兰、张凯利《电子技术基础实验与课程设计》高等教育出版社2012.9
[2]房国志《模拟电子技术基础》国防工业出版社2013.1重印
[3]阎石《数字电子技术基础》第五版高等教育出版社2006.5
[4]江国强.现代数字逻辑电路.北京:
电子工业出版社,2002
[5]王彩君/杨睿.数字电路实验.国防工业出版社.2006年7月
[6]韩克.电子技能与EDA技术.广州暨南大学出版社.2004年4月
[7]张著.数字设计-电路与系统[M].北京:
北京理工大学出版社,1992.131-155.
升级会员 