課程設計---四人搶答器

1、<p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　題 目 電子技術課程設計 </p><p>　　專業(yè)、學號 </p><p>　　授課班號 </p><p>　　學生姓名

2、 </p><p>　　指導教師 </p><p>　　完成時間 2012年6月22日 </p><p><b>　　四人搶答器</b></p><p>　　摘 要：由NE555定時器、計數器SN74160N、二4與非門SN7420N組成倒計時時鐘電路。用2D觸

3、發(fā)器SN7474N與NE555定時器實現搶答功能模塊。通過8-3編碼器SN74148N、顯示譯碼SN7448N、7段管LED（共陰）組成搶答顯示模塊。通過上拉電阻、接地開關、四2或門SN7432N、組成清零模塊。由四2與非門SN7400N、6非門SN7404N組成封鎖輸入電路模塊。</p><p>　　關鍵詞：搶答器；NE555定時器；計數器；2D觸發(fā)器</p><p><b>

4、　　12VDC穩(wěn)壓器</b></p><p>　　摘 要：由穩(wěn)壓管提供參照電壓。通過調節(jié)滑動變阻器校準比較電壓。三端集成穩(wěn)壓器LM317輸出12V穩(wěn)定電壓。比較器檢驗輸入電壓，配合三極管控制電磁繼電器。電磁繼電器用來改變電壓輸出端口。</p><p>　　關鍵詞：穩(wěn)壓管；三端集成穩(wěn)壓器；比較器；電磁繼電器</p><p><b>　　目錄<

5、;/b></p><p><b>　　一、四人搶答器</b></p><p>　　1. 設計目的 ………………………………………………………5</p><p>　　1.1 熟悉數字集成電路的使用和設計方法 ……………………………………………………5</p><p>　　1.2 掌握四人搶答器電路的組裝、調試與使用方

6、法 …………………………………………5</p><p>　　2. 設計任務與要求 ………………………………………………5</p><p>　　2.1 設計任務 ……………………………………………………………………………………5</p><p>　　2.2 設計要求 ……………………………………………………………………………………5</p><p&

7、gt;　　電路原理及設計 ………………………………………………6</p><p>　　3.1 設計方案 ……………………………………………………………………………………6</p><p>　　3.2 系統(tǒng)框圖 ……………………………………………………………………………………6</p><p>　　3.3 單元電路設計 ………………………………………………………………

8、………………6</p><p>　　3.3.1 搶答電路 ……………………………………………………………………………6</p><p>　　3.3.2 計時電路 ……………………………………………………………………………7</p><p>　　3.3.3 編譯顯示電路 ………………………………………………………………………8</p><p>

9、　　3.3.4 主持人控制電路 ……………………………………………………………………9</p><p>　　接線與調試 ……………………………………………………9</p><p>　　二、12VDC穩(wěn)壓器</p><p>　　1. 設計任務與要求 ……………………………………………11</p><p>　　1.1 設計任務 ………………………

10、…………………………………………………………11</p><p>　　1.2 設計要求 …………………………………………………………………………………11</p><p>　　2. 電路原理及設計 ……………………………………………11</p><p>　　2.1 設計方案 …………………………………………………………………………………11</p>&

11、lt;p>　　3. 成品調試 ……………………………………………………12</p><p><b>　　三、附錄</b></p><p>　　1. 元器件清單 …………………………………………………14</p><p>　　2. 部分元件功能表 ……………………………………………16</p><p>　　3. 設計

12、原理圖及作品 …………………………………………19</p><p>　　4. 參考文獻 ……………………………………………………20</p><p><b>　　一、四人搶答器</b></p><p><b>　　1.設計目的</b></p><p>　　1.1 熟悉數字集成電路的使用和設計方法&l

13、t;/p><p>　　數字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、時鐘電路和電源等。數字電路中的電子器件時而導通，時而截止，構成電子開關。這些電子開關是組成邏輯門電路的基本器件。邏輯門電路有事數字電路的基本單元。將這些門電路集成在一片半導體芯片上就構成數字集成電路。</p><p>　　1.2 掌握四人搶答器電路的組裝、調試與使用方法</p><p>　　通過自己設計、分析

14、確定電路的各個模塊并實現其功能。最終將所有模塊組成完整的功能電路并實現功能。</p><p><b>　　設計任務與要求</b></p><p><b>　　2.1 設計任務</b></p><p>　　設計一臺可供四人使用的搶答器。</p><p><b>　　2.2 設計要求</

15、b></p><p>　　1．4名選手或4個代表隊的編號分別是1、2、3、4，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應，分別是S1、S2、S3、S4。</p><p>　　2．給節(jié)目主持人設置一個控制開關，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數碼管滅燈）和搶答器的開始。</p><p>　　3.搶答器具有數據鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按搶答按鈕，編號

16、立即鎖存，并在LED數碼管上顯示出選手的編號，此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　　4．搶答器具有定時搶答器的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設定（如9秒）。當節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即加（減）計時，并且綠色指示燈，可以搶答。</p><p>　　5．參賽選手在設定的時間內搶答，搶答有效，定時器停止

17、工作，顯示器上顯示選手的編號，紅色指示燈亮，停止搶答，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　　6．如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，紅色指示燈亮，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。</p><p>　　3. 電路原理及設計</p><p><b>　　3.1 設計方案</b></p><p

18、>　　搶答器具有鎖存、定時、清零、顯示等功能。接通電源后，主持人通過清零開關來清零并啟動信號發(fā)生裝置。此時搶答開始，選手按動按鈕，鎖存器鎖存相應的選手編碼。同時通過編譯模塊將選手的編號顯示在LED屏上。搶答時間設定為11秒，在此期間計數器計數，并控制紅色指示燈。</p><p><b>　　3.2 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　3.3 單元電路設計<

19、;/p><p>　　3.3.1 搶答電路</p><p><b>　?。?）觸發(fā)器：</b></p><p><b>　　圖一</b></p><p><b>　　（2）封鎖電路</b></p><p><b>　　圖二</b><

20、/p><p>　　（3）選手按鈕</p><p><b>　　圖三</b></p><p><b>　　脈沖信號輸入</b></p><p><b>　　圖四</b></p><p>　　主持人控制S0開關（見圖四），當開關閉合時SET0（見圖

21、四）端為低電平，即觸發(fā)器（見圖一）置零端也為低電平，搶答器置零。稍后開關S0斷開，U555A(見圖四左)TR端便得到一個低電平觸發(fā)，U555A開始工作，將高電平輸入到U555B的R端口。同時VCC0（見圖二）端輸出高電平至U555B（見圖四右），此時U555B與U555A同時工作，U555B的Q端輸出周期為T2=0.7（R1+2R4）C3的脈沖。觸發(fā)器的D端置高電平。搶答開始，綠燈發(fā)光。</p><p>　　選手

22、按下?lián)尨鸢粹o，U555B的Q端輸入到觸發(fā)器的時鐘端，遇上升沿，觸發(fā)器Q端輸出高電平。實現搶答功能。</p><p>　　當有選手搶答成功時，封鎖電路（見圖二）輸出低電平至U555B的VCC0端。U555B停止工作，不再有時鐘脈沖輸入給觸發(fā)器，觸發(fā)器保持目前的輸出結果并且此后的搶答無效。實現封鎖功能。</p><p>　　3.3.2 計時電路</p><p><

23、b>　　輸入端（見圖四）</b></p><p><b>　　計時器</b></p><p><b>　　圖五</b></p><p>　　當搶答開始時，U555A輸出周期為T1=1.1R2*C1,大約為11秒。這時U555B也輸出周期為0.98秒的脈沖至U160（見圖五）的時鐘輸入端，U160開始計數。

24、在這里U160使用的是反饋清零法。當計數為11，即Q3、Q1、Q0（圖五）都為高電平時清零。U160的工作時間為11*0.98秒=10.78秒。與U555A恰好契合不沖突。在11秒過后而無人搶答時。U160剛好置零，此時紅燈亮起。若11秒內有選手搶答,則VCC0(圖二、五)被置為低電平，（圖五）端有效，U160輸出為置位端的低電平。紅燈亮起。</p><p>　　以上是計時與紅燈控制功能的實現。</p>

25、;<p>　　3.3.3 編譯顯示電路</p><p><b>　　圖六</b></p><p>　　編碼器（見圖六U148）</p><p>　　譯碼器（見圖六U48）</p><p>　　七段數碼管顯示器（見圖六DS1）</p><p>　　由U148將觸發(fā)器的輸出信號進行編碼，

26、之后輸出到U48中進行譯碼，最終由DS1將選手號碼輸出。</p><p>　　3.3.4 主持人控制電路</p><p><b>　　主持人清零控制</b></p><p><b>　　圖七</b></p><p>　　當主持人開關S0（見圖四）按下，則O11、O12、O21、O22（見圖一、七）輸

27、出都為低電平，則TO7（見圖七、六U148）端也為低電平。U148輸入端為低電平有效，此時編碼器置零。</p><p>　　當有人搶答時TO7端輸出為高電平，U148的I7端無效。編碼器正常工作。</p><p><b>　　接線與調試</b></p><p>　　接線工作是四人搶答器制作中較為繁瑣的一項。這項工作不僅要求所接電路能夠導通，而且

28、接線還要整潔有序以方便后續(xù)的調試與維護工作。接線布局不僅與原理圖有關，也深受接線人員的經驗、習慣影響。所以同一張原理圖，不同人的接線是五花八門的。但是，無論如何，一張清晰準確的原理圖是必不可少的。</p><p>　　面包板的優(yōu)點是導通孔多，連線靈活，但是手工裁線十分耗時而且容易連線出錯。所以在連線前就需要根據原理圖規(guī)劃好元器件布局，充分利用面包板的優(yōu)點，盡量精簡連線。即使之后的調試工作不成功，也十分方便檢錯與維

29、護。</p><p>　　我們的搶答器在剛接好后也是不能正常工作。對照原理圖仔細檢查才發(fā)現是譯碼器（見圖六）的A3端沒有置零。這一點歸咎于我們想當然地認為懸空的引腳即為低電平而沒有再接地。只此一線便導致?lián)尨鸾Y果無法顯示。改良后，又發(fā)現多諧振蕩器不能輸出連續(xù)方波，經過再次檢查，發(fā)現原因是設計電路時計算錯誤，用了錯誤的電容器。</p><p>　　通過一系列的調試，最終搶答器實現了定時與搶答功

30、能。但是由于多諧振蕩器依然難以正常工作，計時與紅燈控制依然不理想。</p><p>　　二、12VDC穩(wěn)壓電路</p><p>　　1.設計任務與要求 </p><p><b>　　1.1 設計任務</b></p><p>　　設計一臺小功率降壓（12VDC）穩(wěn)壓器。</p><p><b&

31、gt;　　1.2 設計要求</b></p><p>　　當輸入電壓小于12VDC時，輸入電壓與輸出電壓相同，即直通，當輸入電壓大于12V時，輸出電壓應不大于12VDC，輸入電壓范圍是（6-20VDC），適用于負載變化且需要穩(wěn)壓的場合，考慮如何擴流以滿足大電流且電壓波動較大的場合。</p><p>　　2. 電路原理及設計</p><p><b>

32、;　　2.1 設計方案</b></p><p><b>　　電路圖</b></p><p><b>　　電路原理 </b></p><p>　　上圖電路可分為兩大部分：一、電壓比較部分；二、穩(wěn)壓輸出部分。測試開始時，首先調節(jié)滑動變阻器R8使EOUT端輸出為12V。第二步，調節(jié)3端口的比較電壓。參照電壓輸入2端口

33、接穩(wěn)壓二極管，所給穩(wěn)壓二極管規(guī)格為5.1V，但實測為4.62V。所以調節(jié)輸入電壓為12V，即EVCC為12V。這時再調節(jié)滑動變阻器R6使比較器的三端口電壓等于2端口。這樣，當輸入電壓大于12V時，比較器輸出高電平，三極管Q1導通，電磁繼電器工作使開關接左側節(jié)點。此時電壓輸出為EOUT=12V。當輸入電壓小于12V時，比較器輸出低電平，三極管Q1截止，電磁繼電器停止工作，開關接右側節(jié)點。此時電壓輸出為EVCC。</p>&l

34、t;p><b>　　3.成品調試</b></p><p><b>　　PCB版圖</b></p><p>　　對照原理圖，與PCB版圖焊接好元器件。再按照電路原理進行調試。在這里要注意的是一定要注意元器件的規(guī)格與擺放方式。另外，一些元器件的實際功能指標與規(guī)格不符（如穩(wěn)壓二極管），需要自己測量以減少誤差。</p><p&g

35、t;<b>　　附錄</b></p><p><b>　　1.元器件清單</b></p><p><b>　　1.1 12VDC</b></p><p><b>　　1.2 四人搶答器</b></p><p><b>　　二．部分元件功能表<

36、;/b></p><p><b>　?。?）7474</b></p><p><b>　?。?）74160</b></p><p><b>　　（3）74148</b></p><p><b>　?。?）7448</b></p><

37、;p><b>　　七段顯示數碼管</b></p><p><b>　　三端穩(wěn)壓器</b></p><p><b>　　設計原理圖及作品</b></p><p>　　四人搶答器原理圖及作品</p><p>　?。?）12VDC及作品</p><p>