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课程设计任务书
2012/2013学年第一学期
学生姓名:
10051041
课程设计题目:
数字抢答器的设计
起迄日期:
01月07日~01月18日
课程设计地点:
信息与通信工程学院光学综合实验室
刘吉
下达任务书日期:
2013年01月05日
(纪念已逝去的大学生活)
课程设计任务书
1.设计目的:
●掌握简单数字电路设计的基本流程;
●熟悉编码、译码、计数、锁存、显示的电路设计;
●掌握各芯片的选型及使用注意事项;
●掌握逻辑电路的时序关系;
2.设计内容和要求(包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等):
设计要求:
●抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛,分别用4个按钮S0~S3表示。
●设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。
●抢答器具有锁存与显示功能。
●抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定(10s,无人抢答声光报警)。
●参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。
3.设计工作任务及工作量的要求〔包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等〕:
Ø
课程设计说明书一份;
电子文档(说明书、仿真程序)一份;
4.主要参考文献:
●要求按国标GB7714—87《文后参考文献著录规则》书写,例:
1傅承义,陈运泰,祁贵中.地球物理学基础.北京:
科学出版社,1985
2施涌潮,差动多齿分度台的齿数计算和选用及检测方法的探讨,宇航计测技术,1987年第6期,13~17
5.设计成果形式及要求:
1)课程说明书打印,并装订;
2)必要的电路图。
6.工作计划及进度:
2013年01月07日~2013年01月09日下达设计任务书,学生熟悉设计内容;
2013年01月10日~2013年01月13日查阅参考资料,确定测试方案;
2013年01月14日~2011年01月16日具体方案实施,电路设计与仿真;
2011年01月17日~2011年01月18日撰写说明书,改进不足,答辩,成绩评定。
负责人审查意见:
签字:
年月日
目录
一实验设计的基本内容及要求
二实验任务分配
三实验设计电路图及分析说明
四实验中所用到的芯片的功能及用途
五相关的仿真截图
六相关参考文献
七设计过程中出现的问题及总结
一实验设计的基本内容及要求
1、设计要求
1.抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛,分别用4个按钮S0~S3表示。
2.设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。
3.抢答器具有锁存与显示功能。
4.抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定。
5.参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。
2、任务分解
二设计的任务分配
此设计可以分为四个部分:
1抢答电路部分负责人:
2主控制电路部分负责人:
3报警电路部分负责人:
4全电路的连接负责人:
三实验的电路图及分析说明
图2总电路图
图中74148,74248,和74278共同组成抢答电路的主体
555,74248.74192共同组成主控制电路的主体
最下方的555,和红色二极管构成报警电路的主体
1电路设计功能说明
(1)抢答器电路完成两个功能:
一是分辨选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,同时译码显示电路显示编号;
二是禁止其他选手按键操作无效。
(2)可预置时间的定时电路:
设定一次抢答的时间或倒计时10秒(9--0)
(3)时序控制电路完成三项功能:
起始状态,红色LED闪烁①主持人将控制开关拨到“开始”位置时,红色LED停止闪烁,抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态,第二个显示屏上显示倒计时。
②当参赛选手按动抢答键时,红色LED开始闪烁,抢答电路和定时电路停止工作,第一个显示屏上显示那位选手抢答到。
③当设定的抢答时间到,及第二个显示平显示0时,无人抢答时,LED灯开始闪烁,同时抢答电路和定时电路停止工作。
2构成电路的各部分电路原理
(1)抢答电路:
抢答电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS297来完成。
该电路主要完成两个功能:
一是分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,同时译码显示电路显示编号(显示电路采用七段数字数码显示管);
二是禁止其他选手按键,其按键操作无效。
工作过程:
开关S接地端时,74LS279D输出置0,使74LS148的优先编码工作标志端=0,使之处于工作状态。
当开关S置于key=space时,抢答器处于等待工作状态,当有选手将抢答按键按下时(如按下第四个开关时),74LS148的输出经74LS279锁存后,CTR=1,RBO=1,七段显示电路74LS48处于工作状态,4Q3Q2Q=100,经译码显示为“4”。
此外,CTR=1,使74LS148优先编码工作标志端=1,处于禁止状态,封锁其他按键的输入。
当按键松开即按下时,74LS148的此时由于仍为CTR=1,使优先编码工作标志端=1,所以74LS148仍处于禁止状态,确保不会出二次按键时输入信号,保证了抢答者的优先性。
如有再次抢答需由主持人将S开关重新置地端然后再进行下一轮抢答
(2)主控制电路:
定时电路原理及设计:
该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS248译码电路和1个7段数码管即相关电路组成。
具体电路如原理图图所示。
一块74LS192实现减法计数,通过译码电路74LS48显示到数码管上,其时钟信号由时钟产生电路提供。
按键弹起后,计数器开始减法计数工作,并将时间显示在七段数码显示管上,当有人抢答时,停止计数并显示此时的倒计时时间;
如果没有人抢答,且倒计时时间到时,输出低电平到时序控制电路,同时以后选手抢答无效。
结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本,我们选择的电阻值为R1=30K,R2=56K,C=10uF,代入到公式式中即得,即秒脉冲。
(3)报警电路:
555定时器的4端为使能端,当没有电平信号通入时,此电路为一个多谐振荡电路,所以,当电路停止工作时LED等闪烁。
当有低电平信号通入使能端时,555定时器无效,不会产生脉冲信号,及LED不闪烁。
四实验中所用的芯片的功能及用途
(1)74LS148功能及用途:
74LS148为8线-3线优先编码器,共有54/74148和54/74LS148两种线路结构型式,将8条数据线(0-7)进行3线(4-2-1)二进制(八进制)优先编码,即对最高位数据线进行译码。
利用选通端(EI)和输出选通端(EO)可进行八进制扩展。
芯片管脚
管脚图
0-7编码输入端(低电平有效)
EI选通输入端(低电平有效)
A0、A1、A2三位二进制编码输出信号即编码输出端(低电平有效)
GS片优先编码输出端即宽展端(低电平有效)
EO选通输出端,即使能输出端
(2)74LS279就是4个基本R-S触发器,每片上有四路R-S触发器。
每路R-S触发器有R和S两个输入和一个输出端Q。
当S输入低电平(0)时,输出Q为低电平(0);
当S输入高电平
(1)时,如果R输入低电平(0),则Q为高电平
(1);
当S输入高电平
(1)时,如果R输入低电平
(1),则Q保持不变。
如下图——
(3)74LS248,七段译码器,输出高电平有效,适合于共阴极接法的七段数码管使用A3,A2,A1,A0,为8421BCD码输入,a,b,c,d,e,f,g为七段数码输出,LT为试灯输入信号,用来检查,数码管的好坏,IBR为灭零输出信号,用来动态灭零,IB/QBR为灭灯输出信号,该端既可以作输入也可以作输出与74LS248功能相同的还有,74LS247,7CD4511等。
(4)74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
(bcd,二进制)。
◆CPU为加计数时钟输入端,CPD为减计数时钟输入端。
◆LD为预置输入控制端,异步预置。
◆CR为复位输入端,高电平有效,异步清除。
◆CO为进位输出:
1001状态后负脉冲输出,
◆BO为借位输出:
0000状态后负脉冲输出。
74ls192引脚图:
(5)555构成的多谐振荡电路
工作原理:
电路没有稳态,只有两个暂稳态,也不需要外加触发信号,利用电源VCC通过R1和R2向电容器C充电,使uC逐渐升高,升到2VCC/3时,uO跳变到低电平,放电端D导通,这时,电容器C通过电阻R2和D端放电,使uC下降,降到VCC/3时,uO跳变到高电平,D端截止,电源VCC又通过R1和R2向电容器C充电。
如此循环,振荡不停,电容器C在VCC/3和2VCC/3之间充电和放电,输出连续的矩形脉冲,其波形如图(5)所示。
555构成的多谐振荡电路
五相关的仿真结果
1起始状态LED闪烁,显示器第一个无显示,第二个显
2按下主控制开关,第二个显示器开始显示倒计时,LED灯停止闪烁。
3当有人抢答时,第一个显示屏显示那位抢答到,第二个显示倒计时,LED开始闪烁(例如第二个人抢答,按动第二个开关)
4当在倒计时内,无人抢答时,倒计时完后,LED开始闪烁,抢答按键无效。
1.康华光编<
<
电子技术基础数字部分>
>
北京高等教育出版社,2000年6月版.
2.李海编<
74系列芯片手册>
重庆重庆大学出版社1999年9月版.
3.欧阳星明编<
数字逻辑>
,武汉华中科技大学出版社,2002年5月版
4.肖景和编《CMOS数字电路应用300例》,北京,中国电力出版社,2005年1月版
5.《电子技术基础.数字部分(第四版)》,高等教育出版社2003年3月主编:
康华光
6.《74系列芯片手册》,重庆大学出版社1999年9月主编:
李海
7.《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程》,电子工业出版社。
本次课设获益匪浅。
课设之前,我是抱着混事的态度来做的,一来是有一个做得很好的舍友,而来已经习惯坐享现成了。
分组的时候,却阴差阳错被分到了不同的组,而我又是组长,当时瞬间觉得压力超大。
并且由于学的东西不精,感觉选的题目离自己好远,处于一种迷茫的状态,一度认为自己不会自己做出什么,只能跟着别人一起,继续我的混事。
一天晚上组长舍友和我说,他已经大致有了想法,并且可以做出实物,一下子让我觉得自己很没用,灰心丧气之时,就抱着试试的态度去网上搜搜,看能不能找到原题。
刚开始确实找到了几篇相同的题目,但看了以后,又觉得和自己原始的想法有差别,总结了下,发现可以先变成最简单的方式来实现。
自己想了想,整个电路分成四部分
(1)抢答部分
(2)计时部分(3)报警部分(4)控制部分。
在接下来的查书本.资料和组内讨论过程中,发现人为断电检测不是很好实施,就放弃了。
并把报警方式改为led显示和响铃两种方式实现。
正好可以分配任务,各自完成。
由于电路并不是很复杂,刚开始很轻松就画好了电路图,满以为仿真成功进行,课设结束。
但事实却狠狠的打击了一下,所有电路图没有能正确仿真的,或多或少都有些问题..请教了些同学后,发现设计的只是考虑到理想情况,并没有考虑具体参数,而同时,组内成员也遇到了各种各样的问题,整个设计陷入低谷,通过各方面的求助和学习,查资料,终于慢慢解决了各种问题.
令我记忆最深刻的是.锁存器的选片问题,我用过JK触发器,各种RS触发器,但是都达不到自己想要的结果,最后,采用了74ls161计时器的保持功能,进行数据的锁存,最后成功办到。
未达到的目标。
刚开始设计的是光敏二极管运用于采集信号的电路,经过放大,滤波从而作用于后边的连接部分,但不知道如何在multisim中使光敏二极管产生变化,所以放弃了这部分,这是没有采取足够的重视的后果,不能原谅。
而现在所用的光敏二极管也是单纯的以开关来实现它的功能,换成二极管也行,不过是不需要放大电路,没有完成预期计划。
其次,以自己的理解,门窗盗窃,应该给的是瞬时信号,而不是我们所做的持续信号,应加一个单稳态触发器才能更加实用和精确。
这使我感到作品不完美的地方。
收获。
(最重要的一部分)首先,是收获了一颗负责的心。
以往总是漫不经心地做事,做人。
做不到就是找借口是不愿意,没兴趣,而不是自己能力不行。
从这次我认识到,如果这次我不做,还混着靠别人,那真是会被日子给“混”了。
其次,对学习知识的重要性的加深,客观的说,我大学并没有认真的做什么,一直是得过且过,学习仅仅是为了考试,根本不注重知识本身和学以致用,这次我举得可以稍微结合下。
第三,收获了大学的友谊。
以前参加活动很少,和同学交流很少,没有机会互相了解。
这次的课程设计,在闲暇时为数不多的交流,已经为彼此建立了深深的友谊。
同时使我在遇到困难时可以更快地冷静下来,想出解决办法,而不是干着急。
最后,在连续几个小时的努力,做出满意的东西时,心中的激动和喜悦,是别的东西和游戏所给不了的。
并且长时间的看书查资料,翻书本,使我找到了像高中一样的感觉,特别的充实和快乐。
很美好的一段回忆。
最后,感谢这次的课设中给予画龙点睛般执导的刘老师,和相互帮助,共同面对的组员。
我真的很荣幸。
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- 数字 抢答 设计