基于电力电子器件的四路抢答器及显示.docx
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基于电力电子器件的四路抢答器及显示
电子线路课程设计
设计报告
题目四路抢答器
指导教师
成 绩
\
二〇一〇年十二月二十五日
目录
一:
设计任务与要求
二:
方案设计与论证
三:
单元电路设计与原理图
四:
实物制作
五:
安装调试与分析
六:
结论与心得
七:
参考文献
一:
设计任务与要求
(1)设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。
(2)系统设置复位按钮,按下后,重新开始抢答。
(3)选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手编号一直保持到主持人将系统清除。
强大成功后,对应选手的灯亮,同时蜂鸣器响。
(4)要求可靠性,操作简便。
(5)分析各部分工作原理,绘制电路图,完成实验报告并进行分析
(6)本系统应具有的功能有:
第一抢答信号的鉴别和锁存功能;抢答计时功能;各组得分的累加和动态显示功能。
二:
方案设计与论证
方案一:
设计一个带有选手按下后,其他选手按下无效,同时,灯亮、蜂鸣器响,由给主持人设置一个控制按钮,用来控制系统清零和抢答的开始。
方案二:
方案二在方案一的基础上,增加用数字显示抢答倒计时间,抢答器具有定时(9秒)抢答的功能。
参赛选手在设定时间(9秒)内抢答有效,抢答成功,扬声器响,音响持续1秒,同时定时器停止倒计时,并保持到主持人将系统清零为止。
当主持人按下开始按钮后,定时器开始倒计时,定时显示器显示倒计时间,若无人抢答,倒计到0结束。
如果抢答定时已到,却没有选手抢答时,本次抢答无效。
,并封锁输入编码电路,禁止选手超时后抢答,时间显示器显示0。
根据以上的方案,本抢答的电路主要有两部分组成:
数字抢答电路与时序控制电路,以及数码管显示电路。
其中数字抢答部分由74LS175和LED灯以及直流蜂鸣器组成可以将四路抢答的按钮通过74LS175译码驱动LED显示出最先抢答者,使蜂鸣器发声,这时抢答电路停止工作,即按动复位开关以外的按钮对抢答没有作用。
时序电路由一个555定时器与外接电阻、电容构成的多谐振荡器组成的,输出一个稳定的频率,控制电路的开通、关闭。
显示电路由74LS192、74LS248以及共阴的8段数码管组成。
由于图二包含图一,因此我们按照图二在实验台上连接电路,并通过K5进行复位,K1-K4进行抢答来验证设计的正确性。
设计的正确性包括对应的LED灯是否亮,是否在对应的按钮下亮起,蜂鸣器是否在按钮开关按下后响起,数码管是否显示“9-0”的数据,未在规定时间内抢答是否无效,以及在按下K1-K4中的任何一个按钮后,其余按钮(除K5外)对其它没有任何影响,即电路具有锁存功能。
我们经过测试,发现以上设计是可行的,非常成功。
但在实际操作过程中,由于时间以及材料的限制,我们采用方案一,简化电路进行实习,但以下分析方案二,因为方案二已经包含方案一的内容。
三:
单元电路设计与原理图
(1)方案内容:
电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。
当有选手抢答时,首先锁存,阻止其他选手抢答,然后编码,再经4线7段译码器将数字显示在显示器上同时产生音响。
主持人宣布开始抢答时,倒计时电路启动由9计到0,如有选手抢答,倒计时停止。
电路系统结构如图下:
选手——锁存器——|—二极管响应点,扬声器响一秒
(2)整体电路图:
在实际的电路原理图的绘制过程中,应先打开proteldxp2004,新建pcb工程,再新建原理图。
画原理图前,应先在元件库中查找出相关的元器件,对于库中没有的器件,应新建一个原理图库文件,绘制出自己需要的器件,按照实物绘制出其对应的封装。
等把所有的器件找出后,按照自己设计的原理图稿纸,在原理图上排版好所有的器件位置,并按照图纸标注好各器件的标号以及相应的直插型封装,并设置好各电阻的阻值。
最后,把各器件用导线连接好。
为保证正确性,再仔细对比原理图和稿纸,保证正确无误,并保证各器件封装也正确。
检查无错后,编译原理图,在导入前,根据实际焊板大小设置好长宽,再设置好的导线以及较合适的焊盘内外径再导入pcb板。
按照原理图排版好pcb图,仔细排版,保证交叉线最少,然后自动布局其对应的pcb图,对于不正确的进行手动修改。
图如下:
图一
图二
(3)单元电路设计:
1.抢答鉴别单元
抢答鉴别单元用74ls175芯片做为信号的锁存,抢答信号的判断和锁存可采用触发器或锁存器。
若以四D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统,并把相应的数码管点亮。
4个D触发器的输出Q非相与,当无人抢答时,为“1”时,脉冲能够进入触发器;有一人抢答时,与门中有一个变为“0”,使脉冲不能进入触发器,从而防止其他人抢答。
并停止计时。
将与非后的信号用于控制声音模块报警。
无人抢答时,无声音;当有人抢答时,持续响一秒。
以下是该芯片的引脚图和真值表:
2.脉冲产生电路:
该模块为由555定时器构成的多谐振荡器,产生一秒的脉冲电路。
多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路,由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波,故称为多谐振荡器。
多谐振荡器没有稳态,只有两个暂稳态,在自身因素的作用下,电路就在两个暂稳态之间来回转换,故又称它为无稳态电路。
由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示,R1,R2和C是外接定时元件,电路中将高电平触发端(6脚)和低电平触发端(2脚)并接后接到R2和C的连接处,将放电端(7脚)接到R1,R2的连接处。
由于接通电源瞬间,电容C来不及充电,电容器两端电压uc为低电平,小于(1/3)Vcc,故高电平触发端与低电平触发端均为低电平,输出uo为高电平,放电管VT截止。
这时,电源经R1,R2对电容C充电,使电压uc按指数规律上升,当uc上升到(2/3)Vcc时,输出uo为低电平,放电管VT导通,把uc从(1/3)Vcc上升到(2/3)Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态,其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。
充电时间常数T充=(R1+R2)C。
不难理解,接通电源后,电路就在两个暂稳态之间来回翻转,则输出可得矩形波。
电路一旦起振后,uc电压总是在(1/3~2/3)Vcc之间变化。
图1(b)所示为工作波形。
如下图为555定时器构成的多谐振荡器电路及工作波形
3.倒计时显示电路:
显示电路由74LS192十进制计数器计数,通过74ls248译码器进行译码,并用其输出端驱动共阴极数码管。
没有开始抢答的时候数码管显示0,当主持人按下开关的时候数码管显示9,并进行倒计时到0。
如有选手抢答成功,则停止及时。
该电路可采用十进制同步减计数器74LS192,主持人宣布开始时,按下按钮,同时使计数器置数为“9”,并在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示,到零时停止。
74LS192的引脚如下图:
74ls248是一个4输入8输出的译码电路。
本实验中,给p0和p3置1,p1和p2置0。
给cpd高电平,从9开始直至减数到0为止。
下图为74ls248的引脚及真值表:
4.发音电路:
由主持人、选手共同控制它的输入,使其在主持人开始且有选手抢答时候时才能鸣叫。
4个D触发器的输出Q非相与,当无人抢答时,为“1”时,脉冲能够进入触发器;有一人抢答时,与门中有一个变为“0”,使脉冲不能进入触发器,从而防止其他人抢答。
。
将与非后的信号用于控制声音模块报警。
无人抢答时,无声音;当有人抢答时,持续响一秒。
当主持人按下复位开关时候,停止鸣叫。
(4)元器件:
0.01u电容1个直流蜂鸣器1个0.47K电阻4个1K电阻2个若干开关5.1K电阻1个74LS175,74LS190,74LS20,74LS00,555各一个
四:
实物制作
实物的制作分为以下四步:
1.PCB图打印
准备剪裁好的油纸,打开PCB原理图,根据实际印制板大小,以1:
1打印。
2.热转印
可以反复来回过印板,确保转印完全,并让其自然冷却;若出现虚印的情况,进行人工补充描绘,一定要确保电路板的线路完全正确。
3.腐蚀电路板
将电路板放入腐蚀液(双氧水:
浓盐酸:
水=1:
3:
4)当中腐蚀,如果因为腐蚀过头,出现线路被腐蚀掉的情况,必须人工采取相应的措施,如若有断线的情况,可用导线将两处连接起来。
腐蚀完全后,对电路板进行清洗。
4.打孔
用0.8mm的钻头,对准小孔垂直地钻下去,打孔过程特注意调整好钻孔与电路板的距离,避免出现钻孔与焊点距离很近,将焊点甩掉的情况,使焊点脱落。
5.焊接
按照原理图及其装配图装好元器件,焊接好后,在此过程中尽量做到不虚焊,焊点饱满。
开始进行调试。
五:
安装调试与分析
在调试过程中,接通5V电源后,首先,我们遇到电路没有一点反应的现象,这时,我们先检查了线路是否有连接好,是否出现了虚焊等等,主要通过人眼直接观察和电压表测电源正极到各点的电压来判断。
找出了几处线路断路的情况,用导线进行连接,确保电路了电路的通路。
接下来出现分频器一直响的状况,按K5对此没有作用,我们用万用表逐一测试Q1-/Q4的电平输出高低,但分频器的问题仍然存在,因此我们按照原理图分析电路,发现原来的74LS00标号U1的11号引脚未作用,而我却pcb弄错导致原先12号输入的变成11号,因此我们用导线将11、12号引脚连接在一起,解决了蜂鸣器一直响这问题,蜂鸣器可以正常工作。
接着我们测试按钮与LED灯是否对应,我们按动K5进行复位,在按动四个按钮中的一个,重复此步骤,我们发现2,3号灯不亮。
若按动按钮时在相应的焊接处动一下,则对应灯亮。
经分析得由于焊接不理想,焊点虚焊虚焊,导致接触不正常,时不时会出现问题,导致LED灯不亮的问题。
以上问题,给最后的调试带来了不少麻烦。
六:
结论与心得两周实习结束了,经过两星期的实习,我们组的四位成员通过不懈努力,成功地设计出了数字式四路竞赛抢答器。
回首这两周,虽然因为初次涉及protel2004dxp软件,遇到了很多困难,但是我们在这次实习的过程中都受益匪浅。
在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识,也培养了我如何去把握一件事情,如何去做一件事情,又如何完成一件事情。
在设计过程中,pcb的制作是一大难题。
在网上学习protel2004dxp,刚开始画原理图时,没有一点难度,就感觉自己掌握了要领,十分开心,以为pcb的排版只要自动导入就可以了。
可是在完成原理图的绘制时,进行了pcb的排版却遭受到了严重的阻碍。
不仅要根据实物确定封装格式及引脚间距,还要设置合适的焊盘大小,以免孔过小,不易上锡。
我经历了三天的pcb排版绘制,经历了三天严重的心里煎熬。
可是我并不放弃,因为现在的努力会得到明天的收获。
它让我意识到实习需要专业的严谨精神,还有永不言弃的精神。
当遇到困难,绕过去并不能解决实质的问题。
在设计过程中遇到了一些问题,使得我查找各种相关资料,在增长知识的同时增强解决问题和动手的能力,锻炼我做事细心、用心、耐心的能力。
我们选择的课题为数字式四路竞赛抢答器,根据电路的特点,我们采用层次化结构化设计,将此项设计任务分成若干模块,每个人负责一个模块的设计及调试,最后做出实物。
这不仅加深了我们的认识,同时培养了我们团队合作的精神。
在设计的过程中,遇到问题我们先独立思考,查找资料。
到自己不能解决的时候就和其他组研究讨论,向指导老师请教。
这样既提高了我们独立发现问题、分析问题、解决问题的能力,又很好地培养了交流合作的精神。
此次实习前我们对于数字电子技术这门课程的学习仅是纸上谈兵,在头脑中抽象地记忆、理解那些课本上的理论知识,有些理论知识晦涩难懂,甚至要靠自己死记硬背。
而这次的实习就提供机会让我们在实践中灵活运用知识。
我们通过在实践中发现问题,进而去书本中找相关的知识去解决问题,从而巩固了理论知识,同时也增强了我们以后的学习兴趣,为以后的工作积累了一定的经验。
七:
参考文献
1.电子技术基础阎石主编高等教育出版
2.数字电子技术基础实验指导书
3.protel电路设计与制版赵建领编著电子工业出版社
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- 基于 电力 电子器件 四路 抢答 显示
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