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1、1第 1 章 电路设计简介1 原理电路设计：1.1 电路总体工作框图整个电路框图如上图所示，主要分为两部分，一个是计时部分，一个是抢答电路，其中抢答器电路由，编码器电路，RS 触发电路，译码器电路，数码管显示电路组成，封锁电路由三个或门组成，其作用是只让先按下的有效，而后按下的无效，主持人按钮用来将电路复位，并将输出清零和编码电路解除封锁，译码电路用来译出编码，数码显示部分用来显示按下的选手号码，556 定时电路用来定答题的时间。2第 2 章 硬件电路的组成1 电路工作原理当主持人按下复位键时，RS 触发器 4Q 3Q 2Q 输出全为零，译码芯片此时输出全为低电平，数码管不亮，因 4Q 3Q
2、2Q 输出全为零，通过三个或门（连接如电路图所示） ，就输出低电平，此时解除封锁，且也变为低电平，的与 GS 相连，所以 556 不工作，输出去 Q 为低电平，灯泡不亮。当有答题者按下时 ，变高，开始工作，灯泡发光， ，RS 触发器 4Q 3Q 2Q 输出不全为零 ，所以 U4 输出为高电平，74LS148 被封锁，后按下的则无效，并且数码管会显示当前按下的选手。当灯泡熄灭第一次表示答题时间到，答题者停止答题。电路原理图如下图 1-1 电路工作原理图32 单元电路设计及芯片简介2.1 抢答器控制电路设计抢答器控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：（1）当参赛选手按动抢答键时，灯泡发
3、光，并显示相应的组号，抢答电路封锁和定时电路开始工作。 （2）当设定的答题时间到，即灯泡第一次熄灭表示时间到，答题人不准再答题。2.2 编码器电路的设计编码器采样 74ls148作为编码芯片，将输入的信号进行编码，然后输出 2二进制码，输出接到 74279上，A0 ，A1 ，A2 均分别接到 74279的 S上，当输出均为高时表示无选手按下，为无效电平，RS 触发器输出为低，即无编码输出。74ls148芯片及真值表如下：42.3 定时电路由 555定时器产生时间脉冲，参赛选手按动抢答键时，即出现正脉冲，定时时间 15S，当第一次出现低电平时灯泡熄灭，表示答题时间到，然后主持人即可按复位。它基本
4、原理是，由于电容 C的两端的电压不能突变，定时器的 2端电压低触发端为低电平，输出端 3为高电平。电源经过 R1、 R2给电容 C充电，当电容的电压充到电源电压的 2/3时，555 内部的 MOS管导通，输出为低电平。接着电容通过 R2和已经导通的 MOS管放电，当电容的两端电压下降到低于 1/3的电源电压时，MOS 管截止电容放电停止，此时电源通过 R1、 R2再次向电容充电，如此反复，形成震荡，从而在 3端得到时钟脉冲源输出，根据公式：周期 T=（R1+2R2）Cln2=0.7（R1+2R2）C 。高电平：0.7（R1+R2）C取：R1R2则可得 R1R252.4 复位电路复位电路由三个或
5、门和一块 74279组成，当复位之后 74279输出均为低电平，且均变为无效电平，端接在上，无选手按下时，均为，输出也就为，经过或门，在上就为,就没关闭，当有人按下时，就出现一个负电平并马上变为，结果也就不全为，此时为，就关闭了，当再按下复位按键，因均为高，为时，输出就均变为，再次变为,即可进行下一轮抢答。由四个S 触发器构成，因此基本 RS触发器的反映了其特点，基本 RS触发器真值表如下：R非 S 非 Qn Qn+1 R非 S 非 Qn Qn+1 0 0 0 不定 1 0 0 10 0 1 不定 1 0 1 10 1 0 0 1 1 0 00 1 1 0 1 1 1 162.5 译码器电路和
6、数码管显示电路的设计抢答部分和倒计时部分的译码器均采用 74ls48芯片，而数码管则选择与之相对应的 7段共阴数码管搭配，为避免电流过小，可在译码器与数码管间接上拉电阻以增大电流，上拉电阻选用 1k的 9针排阻。译码器电路和数码管显示电路设计如下：7第 3 章 硬件电路的调试1. 仿真软件简介Proteus 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于 Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS2
7、32 动态仿真、I2C 调试器、SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52 系列、 AVR 系列、PIC10/12/16/18 系列、 HC11 系列以及多种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如 Keil C51 uVision2、MPLAB 等软件。具有强大的原理图绘制功能。总
8、之，该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其强大。proteus6.5 是目前最好的模拟单片机外围器件的工具 ,真的很不错。可以仿真 51 系列、AVR,PIC 等常用的 MCU 及其外围电路（如 LCD,RAM,ROM,键盘,马达,LED,AD/DA,部分 SPI 器件 ,部分 IIC 器件,.）其实 proteus 与 multisim 比较类似,只不过它可以仿真 MCU！当然,软件仿真精度有限, 而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型,用开发板和仿真器当然是最好选择,可是估计初学者有的可能性比较小吧？如果你在学 51 单片机 ,如果你想自己动手做做 LCD,
9、LED,AD/DA,直流马达,SPI,IIC,键盘,.的小实验的话 ,试一下吧,不会让你失望的！用 51 不管你是用汇编或是 C 编程当然要用 keil 啦（那个 medwin 实在不怎么样）,uvisoin3 有不少新特性呢！使用 keil c51 v7.20 + proteus 6.5 可以像使用仿真器一样调试程序 ,一般而言, 微机实验中用万利仿真器+ 电工系自己做的实验板的实验都可以做得到吧！8仿真结果：2. 电路调试过程整机电路安装、调试（1）安装安装调试的先后顺序如下，先安装调试编码部分，然后安装译码显示部分，两部分安装完后可连接起来进行调试，此时，因为数据锁存部分没安装，所以没有
10、锁存功能，按下相应按键，数码管显示目录相应数字，但松开后，数码管又显示数字 0。然后断开前面编码和显示部分的连线，安装锁存部分，再统一调试编码、锁存、显示部分，最后再安装调试报警部分，这样可使学生边安装、边学习、边思考和巩固理论知识，同时进一步形成数字电路系统的概念。在安装数码管前，应选测量数码管的好坏，选用万用表的 R10 欧或 R1 欧档，根据内部等效电路将其等效为 8 个发光二极管进行测量，如共阴数码管为例：将红表笔接数码管公共端(接地端)，黑表笔分别接其他各段，相应的字段应点亮，并且阻值较小，而共阳数码管则表笔接法相反。9元件布局：选用万用板进行焊接前，应综合考虑整个项目元件的排布和走
11、线，可以参考印刷电路板，焊接集成电路最好使用集成电路插座，这样便于后面检修和元件的重复利用，焊接前先将插座插在万用板上模拟元件布局，考虑完全后再焊接电路。（2）调试编码部分调试在焊接完成后，应仔细对照电路图检查焊接是否的误，然后通电调试，在没用按键按下时，输出端应全部为低电平（0.5V 以下） ，否则应检测电路，再根据前面的真值表 1-1 按下相应的按键，用万用表检查输出的高低电平状态是否正确，具体确认以下四点：S1S4 没有按键按下时，编码集成电路 A0、A1、A3 所有输入端都应为高电平。在 S1S4 有按键按下时，编码集成电路 A0、A1、A3 所有输出端都应为低电平。在 S1S4 某一
12、个按键按下时，编码集成电路 A0、 A1、A3 三个组的编码状态是否符合编码要求。编码集成电路 A0、A1、A3 三个编码输出管脚到 RS 触发器的输入管脚是否连接正确，注意高位和低位的区分。显示部分调试将 74LS48 的 ABC 与编码输出的 4Q、3Q、2Q 相连。接译码器输出端(应注意高低位不要接反，否则数据显示不正常)，在按键 S1S4 没有按下时，观测数码管应该显示为 0，当某按键按下时，数码管应该显示相应数字(注意，因为此时并没有安装锁存部分，所以按键弹起来后，数据又恢复为 0，即暂时没有锁存功能)，并测试显示译码器集成块 U3 的各管脚电压3 电路的 PCB 图104 、总结本
13、电路使用了锁存器，编码器，译码器数码管等构成倒计时电路使用了74ls190等电路实现倒计时，并利用使能端及门电路，实现各项锁存，鸣叫，清零等功能，总结如下：优点：电路功能原理清晰，各项功能均达到了要求，显示准确，反应灵敏，无竞争冒险现象，基本满足了普通竞赛的抢答要求。缺点：如果长按住按钮不放，主持人清零后将能获得抢答权，且由于编码器电路是优先编码器，所以如果两人抢答时间间隔在 1ms以内，将出现编号靠前的选手获得抢答权的情况。改进：可以更改促发器的类型，如使用 jk触发器代替，则长按无效，或者在抢答端添加一个发光二极管，当有人作弊，二极管就会亮，从而阻止选手长按按钮的缺陷。11第 4 章 结束
14、语1 设计体会本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合，既考查了同学对理论知识的掌握程度，由反映了实际动手能力，更主要的是考查了同学对知识的综合运用以及创新设计思维能力，为今后的发展提供了一次良好的学习环境。针对课设题目四路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证试验方案的可实行性，虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。同时也使自己认识到：1、设计思路是整个设计的灵魂拿下每个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的。只有对课题的充分理解，对各种器件的熟练掌握
15、，勾画出基本的设计图是成功的关12键， ，必须多花时间在设计上才能为后续工作提供更扎实的基础。翻阅各种资料，上网查询填补所需知识的空白是必要的。2、焊接制作必须精益求精焊接必须精益求精，一丝不苟，一点的差错都可能导致实验结果错误，因此必须准确无误还要工整，这样才能在调试中能比较轻松进行，也是整个电路可看性更好。3、调试调试工作是个精细工作。在调试过程中，有些问题是芯片本身损坏引起的，也有些是因为焊接问题引起的等因此排查过程需要特别有耐心，通过对芯片功能的检验，对焊点的检查最后检查出问题所在。当最后解决问题时，电路的正确是非常振奋，也很有成就感和满足感。参考文献 1、阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，19892、张乃国.电子测量.北京：人民邮电出版社， 19853、彭介华.电子技术课程设计指导.北京：高等教育出版社，19974、华容茂.电工、电子技术实习与课程设计.北京：电子工业出版社， 200013附录 A 元器件清单名称及标号 型号及大小 数量 ( 单位：个)编码器 74ls148 1译码器 74ls48 1556
