数字逻辑课设五路呼叫器设计报告.docx
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数字逻辑课设五路呼叫器设计报告.docx
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数字逻辑课设五路呼叫器设计报告
课程设计
课程名称电子技术综合设计与实践
题目名称五路呼叫器设计
学生学院自动化学院
专业班级物联网工程
学号
学生姓名
指导教师
2016年6月26日
广东工业大学课程设计任务书
题目名称
五路呼叫器
学生学院
自动化学院
专业班级
物联网工程3班
姓名
肖丽珠
学号
3214001550
一、课程设计的内容
设计一个五路呼叫器。
二、课程设计的要求与数据
设计要求包括:
1.五个按键模拟五个呼叫源;
2.当有一个按键按下时,由数码管显示呼叫源号码;
3.当有多个呼叫同时发生时,用指示灯指明多个呼叫源在同时呼叫,并按优先级顺序由数码管显示多个呼叫源号码。
1号呼叫源优先级最高,按顺序5号呼叫源优先级最低。
三、课程设计应完成的工作
1、解读五路呼叫器所需实现的功能,制定功能框图;
2、查找合适的芯片;
3、根据题目要求设计电路;
4、上机使用QuartusII画图、分配管脚、模拟仿真、下载等,调试电路(需配合DE2板操作,在实验室进行);
5、完成实验要求,向任课老师答辩;
6、按要求撰写课程设计报告,包含必要的文件和文档。
四、课程设计进程安排
序号
设计各阶段内容
地点
起止日期
1
选择课程设计题目,分析题目要求及熟悉实验软件
实验2号楼214、212
星期一
2
查阅资料,提出设计方案并讨论,设计电路
实验2号楼214、212
星期二
3
进行原理图输入并调试电路
实验2号楼214、212
星期三
4
调试电路、改进
实验2号楼214、212
星期四
5
下载并检查
实验2号楼214、212
星期五
6
设计各阶段内容
实验2号楼214、212
6.20—6.24
五、应收集的资料及主要参考文献
1.<<数字电子技术基础>>(第五版)主编:
阎石高等教育出版社
2.<<现代电子技术实践课程指导>>主编:
谢云易波刘冰茹王春茹
3.<<数字逻辑>>(第四版)主编:
欧阳星明华中科技大学出版社
发出任务书日期:
2012年11月12日指导教师签名:
计划完成日期:
2012年11月12日基层教学单位责任人签章:
主管院长签章:
摘要
本实验是设计一个五路呼叫器。
首先输入信号,输入的信号和用5个D触发器接成的移位寄存器通过与非门形成选通信号接到优先编码器74148上,74148再连接上七段显示译码器7448完成数字的显示功能。
本实验还照顾到多个信号同时呼叫时的显示功能,当多个信号同时呼叫时,通过优先编码器,优先级高的输入信号优先编码显示,优先级低的随后显示,而且高低不断循环显示,中间要通过移位寄存器扫描和信号的选通,而在本实验中1号呼叫源优先级最高,按顺序5号呼叫源优先级最低。
同时当多个信号同时呼叫时,电路通过多个或门对信号两两连接,当同时出现两个或以上的输入信号时,指示灯会亮。
本实验所设计的五路呼叫器可用于医院,或老人院里面病人或老人呼叫的应用。
关键词:
信号锁存,信号选通,信号编码与显示,多呼叫显示
目录
1设计任务目的与要求1
2模块及其原理介绍2
2.1选通信号2
2.2信号编码与显示2
2.3多呼叫显示3
3设计方案4
4实验结果与数据分析5
5结论与问题讨论6
6总结与心得体会7
参考文献8
1设计任务目的与要求
设计一个五路呼叫器,具体设计要求如下:
1.五个按键模拟五个呼叫源
2.当有一个按键按下时,由数码管显示呼叫源号码
3.当有多个呼叫同时发生时,用指示灯指明多个呼叫源在同时呼叫,并按优先级顺序由数码管显示多个呼叫源号码。
1号呼叫源优先级最高,按顺序5号呼叫源优先级最低。
2模块及其原理介绍
2.1选通信号
用于信号选通的电路,由5个D触发器串联的移位寄存器构成,触发器的前4个输出一起接入到一个或非门,或非门的输出再接到第一个D触发器的输入端。
这个结构能实现信号10000—>01000—>00100—>00010—>00001—>10000的不断循环。
通过移位寄存器,该输出信号实现了信号的选通。
被选通的信号会被送到优先编码器进行编码。
信号选通电路如下图:
2.2信号编码与显示
优先编码器的编码范围为2N到6N实现七段译码器1到5的显示。
当6N端为低电平时,编码器会将信号0001传给七段译码器7448,当7447接收到0001的信号后再发出相应的号并传输到DE2板上,就能实现1的显示了,其他2N,3N,4N,5N的端口原理相同。
因为74148芯片为优先编码器,优先级高的信号会先进行编码,所以当多个信号同时作用时,74148会将优先级高的输入信号优先进行编码,然后再编码优先级较低的,再按顺序送到7448上进行译码,所以当多个信号同时呼叫时,会按优先级的高低显示呼叫的信号,在扫描信号的作用下实现信号从高到低的循环显示。
由优先编码器74148和七段译码器7448构成的信号编码和显示的电路图如下:
2.3多呼叫显示
本模块电路的作用是用于当多路呼叫时控制指示灯的亮灭。
当电路中有两个或两个以上信号输入时,指示灯发亮。
当其中一个或门输出为0时,指示灯LAMD就会置1,从而发亮。
3设计方案
本实验的设计中最突出的一点是利用了循环的移位寄存器做选通的计数扫描。
通过移位寄存器向74148优先编码器的不断扫描,使得显示数码管能够不断地从优先级高级到低级的循环显示。
这个结构能实现信号10000->01000->00100->00010->00001->10000的不断循环,并且实现了信号的选通。
被选通的信号会被送到优先编码器进行编码。
当触发器的输出端为全0的时候,通过或非门,又可以把触发器的输入置1,一直维持这个循环。
设计框图:
选通
4实验结果与数据分析
电路加载:
电路设计完成后,要对其进行编译,编译成功后即可加载电路至DE2板上,具体操作参考<
下图是下载前分配管脚的图:
结果分析举例:
(1)呼叫源1(KEY[0])按下时,显示器(HEX0)长时间闪烁显示“1”;
(2)呼叫源2(KEY[1])按下时,指示灯红灯亮,且显示器循环闪烁显示“1”和“2”;
(3)呼叫源3(KEY[2])按下时,指示灯红灯亮,且显示器循环闪烁显示“1”,“2”和“3”;
5结论与问题讨论
本设计已经基本完成了任务书的基本要求了,中间是遇到了不少的问题,一开始是没有考虑到要用移位寄存器,导致通路时优先编码器永远只选择编码1号呼叫器,数码管也只显示1号呼叫器。
为了解决这个问题,经过查阅资料、课本,发现了移位寄存器在此中可以起到很大作用,的确,移位寄存器实现了信号的选通。
还有就是需要考虑到如何能在同时接收到两个及以上呼叫时指示灯亮的情况,在此,我选择了最传统的方法——列真值表以及用卡诺图化简,这里需要注意的一点是,这里有五个变量,需要我仔细耐心地画卡诺图,如不然很容易出错。
此外,这个设计还存在的一个最大的问题是扫描的速度比较慢,周期较长,改进的方法是调整好分频器的分频数,缩短扫描周期,这样调试起来会看的舒服一些.
6总结与心得体会
在本次课程设计中,经过我大概一周的努力工作和老师的悉心指导,我终于顺利完成了五路呼叫器的设计。
经过了这学期对《数字逻辑》这门课程的学习,初步掌握了一些数字电子技术的基础知识。
了解了编码器,译码器,数据选择器,计数器,锁存器,触发器等一些经典的集成电路。
原以为已经学有所得,但是拿到课程设计的题目时,头脑中还是一时间没有想到一些实际的设计思路,这才知道,原来将所学应用到实践中还是有很大难度的。
还好在这一学期的电子技术实验课中,我已经基本掌握了QUARTUS II软件的基本使用方法,并学会了利用它进行逻辑设计。
所以在刚开始,我立即将精力转移到逻辑电路的功能设计上。
对照任务的功能要求,我首先将其总体功能分割成几个简单的,易于实现的逻辑功能,最后再将各部分电路汇合,以达到总体要求。
在对电路设计的过程中,我学到了很多书本上学不到的知识。
譬如,在书本上我们只学到了一些逻辑器件输入输出的逻辑关系,但是在这次课设中我懂得了一个逻辑器件只要经过一些灵活的设计便可以实现各种各样的功能,远远不止书本上所介绍的内容。
这还使我明白到,对于一个问题可以从很多角度去思考,使得我在以后处理问题时学会发散思路,从多个方面寻找解决问题的方法。
当然,巧妙的设计是建立在对基础知识的扎实理解上的。
在这次为期一周的课程设计中,我受益匪浅,深刻体会到原来日常生活中一些看似很复杂的电路功能其实只要通过对逻辑器件进行一些灵活的设计便可以实现。
这次课程设计使我充分领略到将所学应用到实际中的无穷乐趣,极大地激发了我对这门课程的学习兴趣,在今后的学习中我除了认真掌握书本的理论知识,还会更加注重实践的重要性。
我认为,作为一个物联网专业的学生,应该具有扎实的理论知识和经得起考验的独立动手能力,学校在课程上安排更多的实验设计项目对大学生综合素质的提高有很大的帮助。
参考文献
1.<<数字电子技术基础>>(第五版)主编:
阎石高等教育出版社
2.<<现代电子技术实践课程指导>>主编:
谢云易波刘冰茹王春茹
3.<<数字逻辑>>(第四版)主编:
欧阳星明华中科技大学出版社
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