中原工学院 数电课程设计智能抢答及计时系统Word文件下载.docx
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注意:
由于用“开关“代替抢答”按钮“,所以正常状态下在”开关“应打在右边,只有抢答时打在左边,且抢答后”开关“要立刻返回右边。
编码和锁存:
优先编码器74LS148和RS锁存器74LS179组成。
该电路主要实现两个功能;
一是分辨选手抢答的先后,并锁存优先抢答者的编号,同时通过译码显示电路显示编号;
二是禁止其他选手的抢答。
开关S置于“清零“端是,RS锁存器的4个R端均为低电平(有效电平),触发器实现清零功能,即触发器的4个q全为”0”.
通过控制电路使优先编码的使能端E1引脚5为高电平,即禁止状态。
显示译码器的消隐端正好接RS锁存器的4Q所以显示器处于消隐状态,不显示任何数字。
当开关S置于“开关”状态,字没有选手抢答是,触发器的蔬菜状态不会改变,
控制电路使E1为低电平,优先编码器然处于工作状态,当有选手将抢答按钮键按下时(如按下S5),由表可知:
74LS148的输出:
A3A2A0=010,GS=0。
由图可知:
GS,A2,A1,A0分别接RS锁存器的4S,3S,2S,1S,所以锁存器的输出4Q,3Q,2Q,1Q=1101。
4Q=1,使显示译码器的消隐端无效,显示器处在正常显示状态。
4Q=1,通过控制电路使E1为高电平,编码器禁止编码,实现禁止抢答。
因为显示数字在0~7,最高位始终为零,所以译码器的DD可接地。
而且DCDBDA=3Q,2Q,1Q=101,所以显示0101所对应的数字5.
按键松开时,优先编码器的使能端仍为高电平,所以编码器仍处于禁止状态。
如有再次抢答需由主持人将S开关从新“清除”然后再进行下一轮的抢答。
将cd4511的DD从地改为
DD=
·
=
输入
输出
DC
DB
DA
DD
1
2.定时电路
此部分由555定时器----秒脉冲产生电路、十进制加减计数器CD4510----减法计数电路、CD4511-----译码电路和数码管----显示电路以及相关电路组成。
具体电路如下图所示。
计数器的计数脉冲由控制电路产生,计数器的预置端接主持人开关。
CD4510的功能如下:
预置数:
CD4510的预置端LD为高电平预置数。
开关S置于“清除”端时S非=1,预置数有效,计时器被预置位30;
当开关S置于“开始”时S非=0,预置数端无效。
CD4510的第10引脚U/D非为低电平,所以计数器进行正常减法计数。
定时:
CD4510为上升沿触发的十进制计数器,通过将地位的借位输出信息CO非/BO非或输出Q3接至高位的cp实现低位想高位的进位。
波形如下图。
3.控制和报警电路
控制电路主要实现以下功能:
(1)当主持人开关打在’“开始”位置,抢答电路和定时电路进入正常抢答工作:
(2)当主持人开关打在“清零”,清除抢答电路和定时电路进入预置数状态:
(3)当参赛选手抢答按钮按动时,禁止抢答和定时器停止计数;
(4)定时时间到无人抢答时,禁止抢答和定时器停止计数。
(5)当主持人开关打在“清零”,禁止抢答和定时器停止计数。
其实功能中的
(1)和
(2)在前面讲的抢答电路和定时电路中已经讲过,所以只重点讲功能(3)、(4)和(5)。
主要实现禁止抢答和封锁555脉冲的功能,而且两者在相同的条件下起作用,具体分析和设计如下。
禁止抢答功能:
有人抢答后、倒计时时间到或者主持人开关处于清零位置,禁止抢答。
即:
4Q=1、TC1非+TC2非=0或S=0,使E1=1,即E1=[4Q*(TC1非+TC2非)*S]非,其中TC1非+TC2非味下图中所标的借位输出信号。
封锁555脉冲:
有人抢答或倒计时时间到封锁555产生的秒脉冲。
禁止抢答和封锁脉冲使在相同的条件下进行的,只不过禁止抢答需要E1=1而一般情况下是用低电平通过与门来封锁信号的,所以可用E1来封锁555脉冲,从而使定时器停止计数。
报警部分主要实现两个功能:
主持人开始有“清零”到“开始”,需要报警、选手选定以后需要报警和倒计时时间结束需要报时。
报警电路选用双单稳态触发器CD4538,CD4538的触发波形和接法书上的例图。
需要注意的是若用CD4538的上升沿触发需要将下降沿1b和2b结成高电平,若用CD4538的下降沿触发需要将其上升沿1a或2a结成低电平。
在上图中的,4Q和S来至抢答电路,E1送入抢答电路,555CP及借位输出来自定时电路,计CP送入定时电路。
正常工作状态,单稳的输出Q为低电平,及555的复位有效,其输出为低电平,无法驱动二极管。
主持人开关有“清零”到“开始”时,或有人抢答或定时时间到时,单稳的输出Q产生短时间的高电平,时555的复位端短时间无效。
在这段时间内,555处于在正常振荡状态,产生额脉冲信号驱动二极管电路。
三、实验中遇到的问题
1.软件仿真时遇到的问题
根据实验指导书CD4510为十进制加减计数器,但是在软件库中有一些问题,仿真时用了74LS192代替。
192预置端为低电平有效,可以直接用s信号控制进行预置数。
2.实验遇到的问题
(1)在仿真中的555,主持人开关报警信号是直接接在555的A1端的,而在实验中是将S,4Q,借位输出共同接在一个与非门来输出E1,再非送到A2,A1接的是地。
(2)仿真用的是74LS148代替的4510,在实验时要根据4510的用法接线。
(3)由于实验书中引脚的错误,使亮灯不正确。
最后在老师的帮助下改正。
四、实验中用到的元件介绍
1.74LS148
148优先编码器为16脚的集成芯片,除电源脚VCC(16)和GND(8)外,其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。
其中I0—I7为输入信号,A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号,IE是使能输入端,OE是使能输出端,GS为片优先编码输出端。
当使能输入IE=1时,禁止编码、输出(反码):
A2,A1,A0为全1。
(如表5.1.2第一行所示。
)当使能输入IE=0时,允许编码,在I0~I7输入中,输入I7优先级最高,其余依次为:
I6,I5,I4,I3,I2,I0,I0等级排列。
OE为使能输出端,它只在允许编码(IE=0),
而本片又没有编码输入时为0。
功能表
由真值表可得
由74ls148真值表可列输出逻辑方程为
A2=(I4+I5+I6+I7)IE
A1=(I2I4I5+I3I4I5+I6+7)·
IE
A0=(I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)·
2.74LS279
74ls279是RS触发器,RS触发器分三种:
基本rs触发器、同步rs触发器、主从rs触发器。
74ls279是四个基本rs触发器,输入的是r非、s非,而不是rs。
所以:
当r非端输入1,s非端输入0,则Q为1。
当r非端输入0,s非端输入1,则Q为0。
当r非端输入1,s非端输入1,则Q为保持。
3.CD4510
CD4510为可预置BCD可逆计数器,该器件主要由四位具有同步时钟的D型触发器(具有选通结构,提供T型触发器功能)构成。
具有可预置数、加减计数器和多片级联使用等功能。
CD4511引脚功能:
BI:
4脚是消隐输入控制端,当BI=0时,不管其它输入端状态是怎么样的,七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。
LE:
锁定控制端,当LE=0时,允许译码输出。
LE=1时译码器是锁定保持状态,译码器输出被保持在LE=0时的数值。
LT:
3脚是测试信号的输入端,当BI=1,LT=0时,译码输出全为1,不管输入DCBA状态如何,七段均发亮全部显示。
它主要用来检测数7段码管是否有物理损坏。
A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。
a、b、c、d、e、f、g:
为译码输出端,输出为高电平1有效。
4.CD4511
CD4511引脚图及功能
CD4511是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码—七段码译码器,特点如下:
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示器.
其功能介绍如下:
BI:
4脚是消隐输入控制端,当BI=0时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于熄灭(消隐)状态,不显示数字。
3脚是测试输入端,当BI=1,LT=0时,译码输出全为1,不管输入DCBA状态如何,七段均发亮,显示“8”。
它主要用来检测数码管是否损坏。
a、b、c、d、e、f、g:
CD4511的内部有上拉电阻,在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。
5.NE555定时器
NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号,555系列IC的接脚功能及运用都是相容的,只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同;
而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC,只需少数的电阻和电容,便可产生数位电路所需的各种不同频率的脉波讯号.
NE555的特点有:
1.只需简单的电阻器、电容器,即可完成特定的振荡延时作用。
其延时范围极广,可由几微秒至几小时之久。
2.它的操作电源范围极大,可与TTL,CMOS等逻辑闸配合,也就是它的输出准位及输入触发准位,均能与这些逻辑系列的高、低态组合。
3.其输出端的供给电流大,可直接推动多种自动控制的负载。
4.它的计时精确度高、温度稳定度佳,且价格便宜。
NE555接脚图
Pin1(接地)-地线(或共同接地),通常被连接到电路共同接地。
Pin2(触发点)-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。
触发信号上缘电压须大于2/3VCC,下缘须低于1/3VCC。
Pin3(输出)-当时间周期开始555的输出输出脚位,移至比电源电压少1.7伏的高电位。
周期的结束输出回到O伏左右的低电位。
于高电位时的最大输出电流大约200mA。
Pin4(重置)-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。
它通常被接到正电源或忽略不用。
Pin5(控制)-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。
当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。
Pin6(重置锁定)-Pin6重置锁定并使输出呈低态。
当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。
Pin7(放电)-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力,当输出为ON时为LOW,对地为低阻抗,当输出为OFF时为HIGH,对地为高阻抗。
Pin8(V+)-这是555个计时器IC的正电源电压端。
供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。
6.CD4538
CD4538由两个高精度的可从触发的单稳态触发器组成,Q和Q非输出的缓存,输出特性对称。
该器件工作时,需要外接一个电阻Rx和一个电容Cx数值,可得到两个不同宽度的单稳态脉冲。
输出延时时间不受Rx和Cx变化的影响。
每个出发去具有上升沿触发输入(TR+)和下降沿(
-),(TR+)和(
-)带有施密特触发器,使上升和下降时间不受限制,不用的TR+应接vss;
不用的(
-)应接vdd。
对于非可重触发方式工作,当采用上升沿触发时TR+,
-应接至
;
当采用下降沿触发时,TR+应接至Q直接复位RD处于低电平时,终止输出脉冲;
不用的RD应接vdd。
但整个触发器不用时,RD应接Vss。
五、实验器件清单与仿真软件
1.清单
序号
类型
数量
74LS279(RS锁存器)
2
74LS148(8线—3线优先编码器)
3
4511(4线—7段译码驱动器)
4
4510(十进制可逆计数器)
5
4538(单稳态触发器)
6
74LS00(二输入与非门)
7
74LS20(四输入与非门)
8
74LS04(非门)
9
NE555
10
七段数码管(共阴极)
11
发光二极管
12
电阻(100KΩ)
13
电阻(10KΩ)
14
电容(10μF)
2.ewb软件介绍
主界面
任务栏
软件的仿真效果
六、电路连接,调试
先将高电平和地连接起来
静态调试使用万能表测试引脚连接情况
注意有没有错误连线
引脚之间有没有误连
七、改进建议
我们设计的作品主要是用74系列集成芯片来完成的,在焊接的过程中由于芯片的引脚过多,布线工作不是很方便。
有时候还因为某一跟线没有焊牢,造成电路的不稳定,这些都是有待改进的。
我们的想法是根据单片机原理及相关知识对我们的设计进行一些改进。
五、心得体会
通过这次的课程设计,使我对数字电路有了进一步的了解,在设计抢答器、报警器、定时器的过程中,通过翻阅资料,上网搜索等,我对各电路器件(如:
与非门,555定时器和LED显像管等)及原理有了更深一层次的认识,既增强了我的理解能力,也使我能更好的运用所学的知识。
开始时我还不太明白电路是如何连接的,并且对其原理也不甚了解,但通过对所学知识更深入的了解和同学的讲解和帮助,最终使我克服了难关,并成功地作出了设计。
我有过对知识掌握不足时的迷茫,也有过思路不清时的懊恼,但一路走来,我却收获了知识,收获了希望和努力后的成果。
总结如下:
增加强了我们动手、思考和解决问题的能力。
在整个设计过程中,我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和pcb连接图,和芯片上的选择。
这个方案总共使用了74ls248,cd4510各两个,74ls04,74ls08,74ls20,74ls74,ne555定时器各一个。
在设计过程中,经常会遇到这样那样的情况,就是心里想老着这样的接法可以行得通,但实际接上电路,总是实现不了,因此耗费在这上面的时间用去很多。
我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强,由于课本上的知识太多,平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能,而且考试内容有限,所以在这次课程设计过程中,我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时,有时问题老是弄不懂,做完课程设计,那些问题就迎刃而解了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能,平时看课本,这次看了,下次就忘了,通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。
认识来源于实践,实践是认识的动力和最终目的,实践是检验真理的唯一标准。
所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。
在制作ewb时,发现细心耐心,恒心一定要有才能做好事情,首先是线的布局上既要美观又要实用和走线简单,兼顾到方方面面去考虑是很需要的,否则只是一纸空话。
在画好原理图后的做ewb由于项目组成员对单面板的不熟悉,导致布线后元件出现在另一边,增加了布线难度,也产生很多不曾注意的问题,今后要牢记这个教训,使以后布线更加顺利。
经过一个星期的实习,过程曲折可谓一语难尽。
在此期间我们也失落过,也曾一度热情高涨。
从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情,点点滴滴无不令我回味无长。
生活就是这样,汗水预示着结果也见证着收获。
劳动是人类生存生活永恒不变的话题。
通过实习,我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义,我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。
我想说,设计确实有些辛苦,但苦中也有乐,在如今单一的理论学习中,很少有机会能有实践的机会,但我们可以,而且设计也是一个团队的任务,一起的工作可以让我们有说有笑,相互帮助,配合默契,多少人间欢乐在这里洒下,大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作,我感觉我和同学们之间的距离更加近了;
我想说,确实很累,但当我们看到自己所做的成果时,心中也不免产生兴奋;
正所谓“三百六十行,行行出状元”。
我们同样可以为社会作出我们应该做的一切,这有什么不好?
我们不断的反问自己。
也许有人不喜欢这类的工作,也许有人认为设计的工作有些枯燥,但我们认为无论干什么,只要人生活的有意义就可。
社会需要我们,我们也可以为社会而工作。
既然如此,那还有什么必要失落呢?
于是我们决定沿着自己的路,执着的走下去。
同时我认为我们的工作是一个团队的工作,团队需要个人,个人也离不开团队,必须发扬团结协作的精神。
某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。
实习中只有一个人知道原理是远远不够的,必须让每个人都知道,否则一个人的错误,就有可能导致整个工作失败。
团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。
而这次实习也正好锻炼我们这一点,这也是非常宝贵的。
对我们而言,知识上的收获重要,精神上的丰收更加可喜。
挫折是一份财富,经历是一份拥有。
这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆!
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。
这次课程设计终于顺利完成了,在设计中遇到了很多专业知识问题,最后在老师的辛勤指导下,终于游逆而解。
同时,在老师的身上我们学也到很多实用的知识,在次我们表示感谢!
同时,对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢!
此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非浅,今后的制作应该更轻松,自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
在此,感谢于老师的细心指导,也同样谢谢其他各组同学的无私帮助!
参考文献
中原工学院电子技术课程组《数字电子技术课程设计指导书》
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