西安邮电学院 数电课程设计26.docx
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西安邮电学院数电课程设计26
西安郵電學院
数字电路课程设计报告书
题目:
数字抢答器
系部名称
:
通信工程系
学生姓名
:
任磊刚(22)
专业名称
:
通信工程
班级
:
通工0502
时间
:
07年12月10日至07年12月21日
课程实践报告
一课程设计题目:
四路数字式抢答器
二任务和要求:
(1)要求控制四人抢答,允许抢答时间为40秒,输入抢答信号是在“抢答开始”命令后的规定时间内,显示抢答者的序号,相应的绿灯亮。
(2)在抢答开始命令前开始抢答者,显示违规抢答者的序号,并且相应的红灯亮。
(3)抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮,锁存相应的编号,并在数码管上显示。
选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
(4)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。
(5)如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,红灯亮抢答结束,定时显示器上显示0。
附加功能:
(1)在定时时间已到,无人抢答时,可实现超时抢答,红灯亮表示超时,绿灯亮表示有选手抢答,显示器上显示选手的编号和抢答的时间。
并实现对选手编号的锁存。
(2)计时模块采用倒计时实现。
三实验仪器设备:
设备名称
数量(个)
设备名称
数量(个)
74LS75
1
74LS161
2
74LS48
3
74LS04
2
74LS00
2
555
1
74LS08
1
面包板
1
74LS20
1
电阻
6
数码管
3
发光二极管
红色1个,绿色2个
电容
4.7uf/0.01uf各一
导线
若干
钳子
1
万用表
1
四设计原理:
1)输入控制电路
此部分要求能够区分输入的抢答信号是否有效。
若抢答信号是在“抢答开始”命令下达之后发出,该抢答信号有效,输入控制电路应发出“抢答有效”信号,并配合抢答锁定电路使数码管显示抢答者的组号。
2)抢答锁定电路
抢答锁定电路要求能够确定第一个输入的抢答信号,并保持该信号不变,同时使后输入的信号无效。
3)抢答灯光指示电路
灯光只是电路用来表示抢答信号是否有效,其中红灯亮灭表示该行为属于违规行为与否,绿灯亮灭表示有选手抢答与否。
这两路灯随机组合实现电路中的所有功能。
抢答者若在规定时间内抢答,绿灯亮则表示“有效”;否则,表示“无效”。
超时或超前抢答时红灯亮,否则一直保持灭的状态。
4)控制电路定时
定时控制电路要求在“抢答开始”命令下达后才能开始计时,经过规定的时间,发出抢答时间到的信号,即红灯亮,并实现停止计时。
此时数码管显示“0”字符,表示无人抢答。
5)编码电路和显示电路
编码电路是最先抢答者的信号进行编码,然后在显示电路里显示这个抢答者的组编号。
五总体电路基本设计思路:
六单元电路的设计:
(1)脉冲电路:
脉冲电路由555提供,电路图如下:
(2)抢答锁存电路:
在这一部分,最主要的是锁存电路,锁存电路主要由75来实现,当74LS75的4,13号管角的信号为“0”时,它将保持原来的状态,拒绝之后接收到的任何输入信号,如此即可实现锁存。
74LS75真值表:
1C2C
3C4C
Q
1
1
1
0
X
0
X
0
Qn
当有一组队员按下开关后,Q1’,Q2’,Q3’,Q4’中有一个信号为1,则它们四个通过与非门后的信号为1,在通过非门后,它变为0,送到75的1C2C,3C4C端口,保持状态不变,实现锁存功能。
译码电路:
当某个队员正常抢答上以后,要显示他的编码号,必须把该信号转换为二进制代码。
其关系为:
Q1
Q2
Q3
Q4
A
B
C
D
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
0
0
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
0
1
0
0
1
0
由上真值表知:
;
;C=Q4;D=0;
综上可得到抢答锁存电路的电路图
(3)计时电路:
此电路用来实现模40的倒计数器,用两片74LS161级联来实现,高位片实现模四的计数,低位片实现模十的计数功能。
用同步置数法来实现,由于要求倒数计数,可以取低位片的0011至1111十个状态,取高位片1011至1111四个状态。
然后取反而得到。
当倒数到00后,还要有锁存的功能,锁住电路。
高位片从1011到1111,取反后便可得到0100到0000;低位片从0110到1111,取反后得到1001到0000。
其状态转移图如下:
高位片:
低位片:
在低位片每一次循环后,不但要给其自身置数,还要控制高位片记数一次,对于低位片,我们通过给其CO端取非送入到置入端;对于高位片因为其受两个芯片控制,故将两个CO端与非后送入高位片的置入端。
然后要让记数器保持,这个可以用高低位片的ENP(两个ENT都接到高电位)来控制。
由分析知,当抢答开始后,只有“时间到”和“正常抢答”时计时模块才会停止计时,故我们将主持人开关与74LS20的锁存端输出经过与非后送入到低位片的ENP端口;高位片的ENP端口则由低位片的CO输出值控制,如此可实现对应的计数与停止计时。
电路图如下所示:
(4)违规报警电路:
由前面的分析知,有选手抢答时绿灯(G)才会亮,超时或超前抢答时红灯(R)亮,否则一直保持灭的状态。
这个可以用选手信号(S)和主持人信号(H)表示,关系如下(不含超时情况,超时时G和R值都为1):
H
S
G
R
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
0
1
1
1
0
由上真值表知:
;
则,违规报警电路图如下图所示:
GREEN
Y
RED
H
(5)计数器的译码显示电路:
三片74LS48的译码电路相同,连接图如下:
七、调试过程中的问题
总的来说,这次实习还是很顺利的,但也遇到了几个问题:
1.在我刚布完电路全部模块的线路,打算测试时发现,发现倒计时部分不置数,不计数,此时真是“老虎吃天,无处下爪”,没法,又把计数与锁存两部分拆开,重新检测,那时我才体会到分模块的真正意义,各个击破。
之后不久各个模块都正常了。
2,选手抢答后,只有1,4选手能够正常操作,2,3选手不能进行锁存。
经过万用表的测量,原来在75片子的2,3的非上出现问题,无论2,3的值为多少,他们的非的值都是中为1,但是将75片子单独测试时,却又能正常工作。
后来通过万用表测量电压,发现在每次2,3两个端口发生变化时,其非的端口也会随着有变化,只是由于正常时高电位抬高,在变化时tw受电位变化毛刺影响,有了变化,但是不大,这样导致变后依然有接近1V的高电压,故那两个端口得知始终处于高位状态。
八、总体电路图:
(附后)
说明:
软件中没有提供161,故用163代替。
九、分析总结
转眼间两周的课程设计就结束了,留给我印象最深的是要设计一个成功的电路,必须要有耐心,要有坚持的毅力。
回想起这两周来我感受颇深。
刚开始设计电路时觉得一点头绪也没有,只是觉得很难。
不过在老师的指导下,我通过查资料,请教同学,在第四天完成了电路的设计,并进行了仿真。
紧接着就是连接电路,这也不是一件容易的事,我连的电路问题很多,有的是因为线接触不好,有的是因为芯片坏了,真是一言难尽,不过还好最终问题都被解决了。
看着自己努力连接成功的电路,觉得好高兴。
不过也正是这次实验让我明白了理论与实践之间的差异。
我设计的电路在电路仿真中完全正确,可是当我接好电路后,它却和我预期的相差很多。
这也使得我的动手能力得到了提高。
在设计电路时,设计的电路应尽可能的简单。
然后用万用表检查面包板及各芯片是否正常,不正常就赶快换。
接电路的时候,按模块接,先逐块连好,同时逐块检查是否正常,一块连好后再连下一块。
连线时布局是很重要的,芯片的位置也很有讲究,连线时应尽量把所有芯片的位置分开,便于布线。
不然的话,芯片之间的距离太窄,容易造成别的线无法过去。
连线时应尽量让所有的线都贴着面包板,不要让线交叉,这样当发现线路有问题时就比较好改。
这次课程设计对于我来说收获很大。
我是一个只注重理论不注重实践的人。
通过本次实验,我认识到了实践的重要,也提高了我的实际动手能力。
我们要学会把理论联系实际,而这次课程设计就是一个很好的机会,不仅能提高我们的理论知识,而且也培养了我们的实际动手能力。
尽管在中间遇到很多问题,我的设计最后在老师的检查下发现了自己存在的问题,是因为自己想的太简单,没有认真思考。
但是经过老师的指导和同学的帮助,使得这次实验能顺利完成,而且在讨论中我们也学到了很多知识,而且也对也前的知识做了一个很好的回顾。
在这次实验中,我体会到在进行一个综合性的硬件设计时,要全面考虑问题,比如想用其他信号来控制一个信号,就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号,必须是最重要相关的信号,然后用真值表来解决他们的关系,通过门电路来实现。
下来就是在实际动手连接电路时的问题,由于种种客观方面的原因,导致理想和现实相差太远,输入电路不可以悬空,悬空并不是高电平,芯片上有接电源和接地的悬空是高电平,但这个高电平并不是,有时候它不是怎么高,这样地话,就会对后面地时序电路产生影响。
在通过这两个礼拜地设计实习,让我真正理解了书本上知识,也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用,理论联系实践,相互关系。
通过此次设计,我对理论知识的学习有了很大的兴趣,现在我可以主动的去学习,我明白自己该学习那个方面,重点是什么?
我也掌握的了在理论中遇到问题,应该怎样去解决,在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。
总体来说,这次实习我受益匪浅。
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,增加了实际操作能力。
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。
西安邮电学院通信系电子设计过程考核表
学生姓名
任磊刚(22)
班级/学号
通工0502/030510
承担任务实验室(单位)
3#实验楼536
所在部门
电信系
实施时间
2007年12月10日—2007年12月21日
具体内容
第一周
周一老师讲解实习内容、要求及基本原理
周二、三验证性实验正计数器
周四、五设计性实验抢答器
第二周
周一、二设计性实验抢答器
周三、四写实验报告
周五交实验报告
指导教师(师傅)姓名
薛延侠
职务或职称
讲师
指导教师(师傅)
对学生的评价
学习态度
□认真□一般□不认真
学习纪律
□全勤□偶尔缺勤□经常缺勤
实践能力
□很强□一般□较差
指导教师(师傅)对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见
指导教师(师傅)签字
年月日
西安邮电学院通信系电子设计成绩鉴定表
学生姓名
任磊刚
班级/学号
通工0502/03051083
进行时间
2007年12月10日—2007年12月21日
成绩鉴定
学习内容(20分)
与教学任务计划结合程度(10分)
与专业培养结合程度(6分)
其它(4分)
接受单位评价
(20分)
实践能力(10分)
学习态度(6分)
学
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- 西安邮电学院 数电课程设计26 西安 邮电学院 课程设计 26
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