数字逻辑课设报告41003.pdf

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1、-.z.课程设计 课程名称：数字逻辑综合 设计名称：抢答器的设计 2017 年 6 月 27 日 目录 一、设计任务书.3 二、设计要求.5 三、设计的作用、目的.5 四、设计的具体实现.6 1.系统概述.6 2.单元电路的设计，仿真与分析.6 1.抢答电路显示选手编号并锁存.6 2定时电路.10 3抢答器电源模块电路分析与设计.13 3.电路的调试与安装 10 五、心得体会 10 六、附录 12 七、参考文献 12 八、图纸 18 理工大学课程设计任务书-.z.学生 超锋 专业班级 计科 Z1501 课程名称 数字逻辑综合课程设计 设计名称 抢答器的设计 设计周数 2 周 设计 任务 主要

2、设计 参数 一、设计任务 以 LED 数码管作为显示器件，设计并实现一个可供四名选手参赛的数字式抢答器。二、设计要求及参数 1、根本要求 设计一个输出可在 315V 连续可调的直流稳压电源，要求当电网电压在 220V 上下波动15%,输出电流在 080mA 围变化时，均可正常稳压，输出电压的变化不超过0.3V。主持人利用开关控制系统的清零和抢答开场。电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能，并显示抢中的选手编号。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，开场抢答，定时器开场工作，数码管显示时间，从 30 秒开场减计数，并有小灯亮起说明可以答题，抢答有效30 秒无人抢答那么计数停，无人答显示0”。如 30

3、 秒参赛者按抢答开关，停顿计时显示抢答时刻。此时，电路应具备自锁功能，使其它组的抢答开关不起作用。设置记分电路。每组在开场预置成 100 分，抢答后由主持人记分，答对一次加 10 分，否那么减 10 分。2、扩展要求 在满足根本要求的前提下，可对提前抢答者进展显示和处分，具体要求：显示犯规者的编号 对犯规的参赛选手扣 10 分 3、创新设计 在满足根本要求和扩展要求的前提下，可编程设置奖罚分数，并对抢答结果产生不同的音效，具体要：有控制电路，能根据比赛要求编制奖罚分数。声效有三种，一是无违规抢答成功，扬声器以嘀-嘟双频特效持续 23 秒，二是有效的时间无抢答，扬声器发低频音效，三是出现违规抢答

4、时，扬声器发出高频音效。设计容 设计要求 1、收集技术资料：理解设计任务、查阅相关资料。用时 1.5 天。2、确定总体设计思想：方案论证比拟、确定总体设计方案。用时 1 天。3、单元电路设计：设计单元电路、选择元器件、计算参数。用时 2 天。4、EDA 仿真：利用 EDA 仿真软件验证设计方案的可行性,修改其中错误。用时 3 天。5、电路调试：根据已确定无误的方案进展安装调试，验证各项功能和技术指标。用时 2 天。6、书写设计报告：按照课程设计报告的要求，编写设计报告。用时 0.5 天。-.z.主要参考 资 料 1 国清.数学电路与逻辑设计.中国矿业大学 2 历雅萍、易映萍.电子技术课程设计.

5、高等教育 3 介华.电子技术课程设计指导.高等教育 学生提交 归档文件 封面任务书课程设计报告图纸 注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面任务书课程设计报告图纸的顺序进展装订上交大图纸不必装订。2.可根据实际容需要续表，但应保持原格式不变。指导教师签名：日期 抢答器设计报告 二、设计要求 此课程设计的具体要以 LED 数码管为显示器件，设计并实现一个可供四名选手参赛的数字式抢答器。1.设计一个输出可在 315V 连续可调的直流稳压电源，要求当电网电压在 220V上下波动 15%,输出电流在 080mA 围变化时，均可正常稳压，输出电压的变化不超过0.3V。2.主持人利用开关控制

6、系统的清零和抢答开场。3.电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能，并显示抢中的选手编号。4.在主持人将系统复位并发出抢答指令后，开场抢答，定时器开场工作，数码管显示时间，从 30 秒开场减计数，并有小灯亮起说明可以答题，抢答有效30 秒无人抢答那么计数停，无人答显示0”。如 30 秒参赛者按抢答开关，停顿计时显示抢答时刻。此时，电路应具备自锁功能，使其它组的抢答开关不起作用。5.设置记分电路。每组在开场预置成 100 分，抢答后由主持人记分，答对一次加 10 分，否那么减 10 分。三、设计的作用、目的 通过本次设计与制作，进一步加深对电子系统应用技术方面的了解与认-.z.识，熟悉数字系统设计、

7、制作与调试的方法和步骤，通过实践到达如下力：1.培养学生根据需要选学参考书，查阅手册，图表和文献资料的自学能力，通过独立思考深入钻研有关问题，学会自己分析解决问题的方法。2.通过实际电路方案的分析比拟，设计计算元件选取安装调试等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。3.掌握常用仪表的正确使用方法，学会简单电路的实验调试和整机指标测试方法，提高动手能力。4.了解与课程有关的电子电路以及元器件工程技术规，能按课程设计任务书的技术要求，编写设计说明，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图。5.培养严谨的工作作风和科学态度。四、设计的具体实现 1.系统概述 要模拟电路的抢答器功能，设

8、计思路以及总体功能模块划分与组成为：要实现该抢答电路，主要要实现的模块有三局部，选手抢答与显示模块，等待选手抢答时倒计时模块，判断选手抢答对错计分模块。电路的总体工作原理为：在主持人宣布抢答开场按下开关时，倒计时 30秒开场，在该时间段，4 路选手可以进展抢答，在其中任何一位选手按下开关抢答成功时，倒计时完毕同时在显示屏上显示抢答成功的选手编号，电路进入锁死状态，其他选手抢答无效，主持人判断该选手答案对错进展加分或减分。系统工作框图如图 1 所示：图 1系统框图 2.单元电路的设计，仿真与分析 1.抢答电路显示选手编号并锁存 显示选手编号并对电路进展锁存的模块是，在主持人按下抢答开场后，有人按

9、下抢答键之后，显示屏将显示首先按下抢答键的选手编号，而此后其他人再按抢答按钮 主持人控制开关 秒脉冲产生电路 编码器 锁存电路 控制电路 显示编号 计时线路 显示倒计时-.z.抢答器那么无效。设计思路：利用74ls148优先编码器和74ls279译码器和数码显示管实现将输入选手编号显示出来，通过使能端来控制 74ls148 是否工作到达锁存目的。锁存的情况有两种，一是有选手抢答，这种情况可以通过 74ls148 输出端 CS 来控制，另一种是当倒计时完毕还没有人答题，通过计时器高位端的借位脉冲来实现。这两种情况任何一种发生时，电路都将锁存。这两种情况的关系通过一系列门来实现。用到的芯片 1.7

10、4ls148优先编码器 74ls148 引脚图 74ls148 真值表 2.74ls279(RS 触发器)7 4 值 74ls279 真值表 74ls279 引脚图 3.74ls04(非门)74ls04 真值表 74ls04 引脚图 4.74ls10与非门 输入 输入 输出 S R Q 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 Qo 输入 输出 1A 1Y 0 1 1 0-.z.74ls10 引脚图 74ls10 真值表 设计连线图如下图：电路实现功能：1.根据选手按键的先后，数码显示管显示优先抢答者的编号 2.其中一人按下键之后，其他选手之后按键无效。电路原理：74LS148 为编码器，7

11、4LS279 为译码器，当开关处于去除端时，74LS279的 4 个 R 端均为 0 信号，所以四个触发器端均输出为 0，数码显示管显示为0，当开关处于运行端时，模仿主持人按下按钮表示抢答开场，74LS148 等待输入信号，8 个输入端将 1,2,3,4 输入端接开关，模拟四路选手抢答，其他悬空，悬空表示置 1，74LS148 为低电平有效。当有选手按下键时，及有一个输入端为低电平，A0，A1,A2 输出分别接译码器的输入 S1，S2,S3。译码器的 1Q，2Q，3Q 的输出接数码显示管的输入端，根据 74LS148 及 74ls279的功能表可知，译码器将显示第一个按下键的选手。并且此时 7

12、4LS148 的CS 为 0，所以右侧 74ls279 的输入端 S3 为 0，由于 R2 为 1，所以 74ls279 的输出端为 1，经非门再经与非门为 1，输出到 74LS148 的使能端 EI，74LS148补在共作，再给输入端低电平信号也将无效，模拟其他选手按键无效，到达锁存目的。仿真效果：假设 4 号选手按下-.z.其他按键将无效 2定时电路 定时电路模块：主持人将控制开关拨到开场位置时，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。当参赛选手按动抢答键时，抢答电路和定时电路停顿工作，倒计时归零。当设定的抢答时间到，有人抢答时,输出任意编号。设计思路：由节目主持人设定一次抢答的时间 30

13、s，通过预置时间电路对计数器进展预置，计数器的时钟脉冲由 1 秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用 74L192 进展设计，输出接非门使其倒计时。用到的芯片：1.74ls192 的测试可逆计数器 74ls192 引脚图 74ls192 真值表 2.74ls04非门 74ls04引脚图 74ls04 真值表 3.74ls00两输入与非门 74ls00 引脚图 74ls00真值表 4.74ls11三输入与门 74ls11 引脚图 74ls11 真值表 5.74ls20四输入与非门 74ls20 引脚图 输入 输出 1A 1Y 0 1 1 0 输入 输入 输出 1A 1B 1Y 0 0 1 0 1

14、1 1 0 1 1 1 0-.z.74ls20 真值表 时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：主持人将控制开关拨到开场位置时，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。当参赛选手按动抢答键时，抢答电路和定时电路停顿工作，倒计时归零。当设定的抢答时间到，有人抢答时,输出任意编号。仿真电路图：3抢答器电源模块电路分析与设计 设计思路：小功率稳压电源一般由电网供电，再经整流、滤波、稳压三个主要环节，将电网交流电变换成电子系统所需的稳定的低压直流。1整流整流的主要任务是把交流电压转变为直流脉动的电压，主要分为半波整流，桥式整流，这里用的是桥式整流，由四只二极管练成的电桥构成，在正负半个周

15、期各有 2 个二极管工作，整流过后的电压为输入电压的 0.9 倍。2滤波：选用电容滤波，及在负载两端并联电容，适用于输出电压较高，负载电流较小且负载变动不大的场合，电容滤波加负载时，滤波以后的输出电压为输入电压的 1.2 倍。3稳压：在整流滤波电路后面接入稳压电路。稳压电路由限流调压电阻和稳-.z.压二极管组成，适用于负载电流较小，负载电压固定不变的场合。在实验室可以采用三端可调式集成稳压电路来实现。原理图：功能：调节 R2就能在一定围调节输出电压的大小。仿真电路如下：在实验室搭建实际电路的步骤为：1.使用箱子上 17V 交流电源输出，用实验台上的晶体毫伏表测量它的有效值即U2)2.连接整流电

16、路，连接到标记为的端子上，将万用表置于直流电压档，测量整流桥输出的电压,标记+和-分别对应万用表的红和黑表笔。看测量结果是否为 0.9U2 3.连接滤波电容，选用试验箱上 470 微法的电容，整流输出+和电容的+端对应连接，用万用表测量电容两端的电压，测量是否是根号2 倍的 U2.4.连接整流电路，使用 LM317 来实现，参考电路中的两个电阻 R 和 R2 都使用实验箱上的 1K 欧姆的电位器，C1 和 C2 是两个防止自激振荡的小电容，使用箱子上 0.33 微法的和 0.1 微法的 5.调试：线路连接好以后，先调试 LM317 输出 out 端和调整端之间的电压，使之稳定在 1.25V，再

17、调节调整端和地之间的可调电阻，观察输出电压是否可以在515V 之间变化，经过测试，输出电压可以在 5 到 15V 之间变化，试验成功，实现了输入电压的整流，滤波和稳压。-.z.3.电路的调试与安装 1按照防真电路图的设计，在实验室领取对应的器材。2器件检查 导线检查：将所用仿真实验箱里可能会用到的所有导线逐个接到显示端，检查其是否连通。芯片功能测试：将所用的芯片都进展功能测试。3.用测试功能正确的芯片及导线及电路箱上的位置连接电路图。4.调试过程中所遇到的问题及解决方法。按照学过的知识将 74ls148 的测试电路连接好，测试发现与书上的真值表不一样，以为是芯片坏掉了，换了一个接着测试，发现与

18、上次测量的结果一样，有换了一个发现结果和前两个一样，后来教师说可能和书上测量不完全吻合，所以我们测出了真实芯片的真值表，后续的实验过程以实际测量的真值表为准。应该显示编号的数码显示管显示的数字与输入不符合。我们采取逐级排查的方法，首先将译码器的输出端接到上下电平显示端，通过不同的输入观察变化，发现变化规律正确，但是接到数码显示管就不能正确显示，把问题反应给教师，经教师提示，发现数码显示管的上下电位接反了，经改正，功能正常实现。五、心得体会 转眼间两周数字逻辑课程设计转眼就完毕了，首先我们在仔细阅读了教师给的六个选题，通过小组讨论，由于对优先编码器的功能比拟理解，所以决定选择四路抢答器为此次课程

19、设计题目。-.z.接下来就是设计原理，小组人员共同研究了原理，然后进展分工合作，一人负责抢答显示编号，一人负责抢答电路倒计时，另一人负责计分电路。在仿真软件上搭电路图并没有想象中的那么容易，好多芯片的大致功能了解，但是课本上学的知识有限，而且有些都忘了，具体每一个端口的作用不是很了解，所以通过查阅资料才明白芯片的具体每一个端口的作用，好不容易连接好电路，发现并没有想象中的结果，后来经过逐一排查，发现对仿真软件的用法并不熟悉，通过问同学自己在网上查才解决。电路图接好了，下面就是在真实的实验室接线啦，上午的时候我们以为根据电路图搭建应该很简单，首先要测试个芯片是否有问题，就开场搭建，很快完成之后，

20、发现并不对，检查了好长时间并没有发现问题，下午的时候我们重新连接，依次又检查了电路板有没有问题，然后我们开场搭建这复杂的连线，在最后整体调试的时候，却无法完成功能且一直提示短路警报，后来我们发现芯片的引脚没有接地，于是又把芯片的引脚接地了，但是仍然提示短路警报。经过长时间的观察和测试，和教师确定是我组的连线有些地方接触不实或者是导线部断开造成的，原因可能是我们在连接导线之前并没有测试单根导线的导通情况或者是连错线了，我们并没有急于检查哪根导线错了而是认真分析这其中的原理，可是还是没找到问题所在。然后我们开场测试每根线的导通情况，可是由于连线超多把这些线重新测试要花很久很久，后来我们和第八组商量

21、合作了四路抢答器，并取得了成功。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，只有在实践中才能真正掌握和深刻理解所学知识，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-.z.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缺乏之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够结实。此次课程设计，还让我学到了独立思考和大家相互合作的能力，在搭电路过程中，我们虽然每人负责模块不同，但是遇到问题大家一块解决，多一人多一份思路，问题能很快得到解决。通过小组人员的共同努力，设计电路的原理和搭建的电路提高了我们的很多能力和信心，受益匪浅。课设圆满完成。六、附录 元器件明细表 主要元件名称 个数 74LS148 1 74LS279 2 74LS192 2 74LS11 1 74LS04 2 74LS00 1 74LS10 1 74LS20 2 七、参考文献 1国清.数学电路与逻辑设计.中国矿业大学-.z.2 历雅萍、易映萍.电子技术课程设计.高等教育 3 介华.电子技术课程设计指导.高等教育