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1、数字电路课程设计,八路抢答器设计与制作,电子信息工程系 2008年2月,实验室安全教育,知识固然重要，生命更加宝贵；,安全牢记心中，你我皆有责任！,安全要求: 1.实验室电源开关由教师操作。 2.电烙铁的头除焊接外不要接触其它物品，特别是电源线，不要甩烙铁。 4.加电之前检查设备，如有异常先切断电源。 5.离开之前关电源、门窗（包括实验室前后门和走廊气窗）。,实验室授课教学要求,1、严禁将饮料和垃圾带入实验室，弄脏实验室内部和外部走廊地面及窗户玻璃；,2、每次授课结束，安排学生打扫实验室内部的卫生。打扫实验室卫生的同学离开实验室前，应将所有门窗关上，切断日光灯、电扇的电源和后前上的空气开关；,
2、3、每次使用仪器设备，自觉填写仪器设备使用记录本，未经允许严禁私自使用计算机和仪器设备，严禁在实验室玩游戏；,4、以上各条均与平时考核直接挂钩，对于在实验室授课期间玩游戏，将直接决定其最终成绩的评定。,课程简介,课程内涵：本课程是数字电路理论课程的后续课程，主要训练运用数字电路的理论知识设计和制作符合一定要求的数字电路产品。,授课模式：本课程属于实践课程，采取理论实践一体化集中教学模式。,数字电路课程设计的教学要求,1、了解电子产品设计与制作的一般过程； 2、初步掌握一般电子线路分析和设计的基本方法； 3、了解PCB布线的基本原则和方法； 4、掌握一般电子线路装配的基本方法； 5、掌握一般电子
3、线路实际调试的基本并能解决出现的问题； 6、能撰写课程设计报告书并作简单、流畅的答辩。,数字电路课程设计考核方法,1、课程理论部分考核采取公开答辩的形式；,2、成绩评定方法：电路板布线（10）、电路性能（40），学习态度（25），答辩及报告（25）。,（1）周一讲解电路原理（12节课），下课后同学画图，下午不授课。 （2）周二（14节课）：检查图纸，正确的同学予以发放元器件，错误的改正图纸，完成布线图的绘制。 （3）周二下午（58节课）：检查布线图，指导学生进行电路装配。 （4）周三（16节课）：测试译码显示电路、编码电路的功能。 （5）周四（16节课）：对完成电路装配的学生进行测试，尚未完成
4、装配的学生继续进行装配。 （6）周五（16节课）：测试整体功能，组织学生进行答辩（答辩前必须上交报告、图纸，视情况留取部分学生作品。）,课程授课进度安排,1、根据设计指标，确立设计方案； 2、画出原理框图； 3、选择元器件，画出电原理图； 4、根据电原理图，设计印制板的布局、布线； 5、根据印制板的布线，焊接电路板； 6、测试、验证、完善设计。,一般电子产品设计流程,数字电路的设计过程,1、查找资料，根据设计要求选择设计方案： 数字电路设计和数字集成电路的书籍和资料 互联网上的有关资料:机构设置图书馆信息服务超星数字图书馆下载注册机、下载浏览器；Adobe浏览器:阅读器件资料（*.pdf） 消
5、化理解有关的资料比较可选择的方案，选择最合理的适用方案（设计成功的关键） 2、确定方案中的基本模块;（输入及锁存、解锁、编码、显示译码与显示） 3、确定实现每一模块所采用的电路;了解实现各类模块可选用的电路，了解各种可选用电路的性能指标，比较可选择的电路，选择最合理的电路（设计成功的关键）,1、设计、制作一个能够实现一下功能的八路抢答器： （1）输入为八个抢答开关、一个复位开关，抢答结果由LED 数码显示； （2）当无人抢答时，LED数码管应显示为0； （3）当某人抢答按下某个开关时，其输出应显示相应的抢答者的位置编号并保持锁存，且对于后续抢答者的抢答请求不予反应； （4）下一轮抢答开始时，能
6、够通过按键实现解锁，解锁后电路恢复允许抢答状态，进行下一轮抢答； 2、完成所制作电路的调试和测试； 3、按照要求撰写数字电路课程设计的报告和图纸（答辩前上交）； 4、通过数字电路课程设计的答辩。,数字电路课程设计教学任务,1、所设计的电路必须存在抢答开关阵列才能实现抢答功能；,设计任务分析,2、电路中必须存在能够显示抢答结果的LED数码管，该数码管在抢答结束后，应当立即显示对应的抢答结果。抢答器复位后，该数码管显示为“0”，以表明当前状态为待抢答状态；,3、电路中必须存在锁存电路，以使抢答器在响应某个抢答请求后，对后续抢答者的抢答请求不予反应；,5、电路中必须设置一个复位按键，使抢答器复位，以
7、便在本轮抢答结束后，能够可靠地进入下一轮抢答。,4、电路中必须存在编码电路，以便将抢答者的抢答信息进行编码，并供显示电路进行显示。,（1） 开关阵列电路：抢答输入,八人抢答器原理,（2） 触发锁存电路：抢答控制,（3） 编码器：抢答者序号编码,（4）七段显示译码器：抢答结果译码驱动,（5） 数码显示器：抢答结果显示,（6） 解锁电路：本轮抢答后复位，以便进入下一轮抢答,1、电路作用 抢答者序号显示电路主要用于显示抢答者的序号，以便主持人能够及时了解抢答的情况。,抢答者序号显示电路,2、电路组成 抢答者序号显示电路主要由译码驱动电路及数码显示电路组成。 在实际电路设计过程中，译码驱动电路一般可以
8、直接使用专用数字集成电路，而数码显示电路一般使用七段LED数码管。,常用的数字显示器有多种类型，按显示方式分，有字型重叠式、点阵式、分段式等。按发光物质分，有半导体显示器，又称发光二极管(LED)显示器、荧光显示器、液晶显示器、气体放电管显示器等。目前应用最广泛的是由发光二极管构成的七段数码显示器。 七段数码显示器就是将七个发光二极管（加小数点为八个）按一定的方式排列起来，七段a、b、c、d、e、f、g（小数点DP）各对应一个发光二极管，利用不同发光段的组合，显示不同的阿拉伯数字。,LED数码显示器,按照器件内部的不同连接方式，LED七段数码显示器可以分为共阳和共阴两种，具体内部电路连接方式如
9、上图所示。在实际使用时，为了避免LED因为工作电流过大而损坏，一般在COM端与电源（共阳）或地（共阴）之间串连一只限流电阻，该电阻一般为100欧姆（功率一般为0.5W）。,LED数码管内部电路,七段显示译码器CD4511是一种与共阴极数字显示器配合使用的集成显示译码驱动器，是一种以CMOS制成的中规模集成电路（Medium-Scale Integrated Circuit，简称 MSI），它的功能是将输入的4位二进制BCD码转换成显示器所需要的七段驱动信号ag，它与共阴极数码显示管配合使用。该芯片为DIP16封装（Dual in-line Package ，简称DIP），其引脚分布如下图所示：
10、,译码驱动电路CD4511介绍,CD4511真值表,思考：依据CD4511的真值表和共阴LED数码管，如何设计数码管显示电路?,LED数码显示电路设计,LED数码显示电路,检查图中是否存在错误？同时在进行电路装配时。注意图中LED 数码管的引脚排列顺序，如果引脚顺序弄错，将导致LED数码管 显示错误或者为乱码。,抢 答 信 号 编 码,1、电路作用 编码电路主要用于依据抢答者的抢答情况，对其进行编码，以产生满足显示电路所需要的对应于抢答者序号的十进制编码。,编码电路,2、电路组成 在实际电路设计过程中，编码电路一般可以直接使用专用数字集成电路，在本设计中主要采用74LS147作为编码电路。,1
11、、芯片功能介绍 74LS147是DIP16封装，为10线-4线优先编码器，具备9路输入，输出为4位十进制编码。,74LS147简介,2、真值表,3、芯片引脚,1、芯片功能介绍 74LS147是DIP14封装，为6非门电路，可以实现对6路信号取反。,74LS04简介,2、逻辑符号,3、芯片引脚,1Y=1A，其余以此类推。,1、芯片使用注意事项 在本设计中，只需要使用8路，因此对多余的一个引脚必须进行处理，结合该芯片的真值表，对多余的引脚（10脚）进行处理（在数字电路中对多余引脚的处理方法一般为接地或者接电源的方法，需要视具体电路作不同的处理。）。该芯片的15脚为空余端子，在使用时可以不作任何处理
12、。该电路的输出为十进制编码的反码，为了确保译码显示电路能够正确译码及显示，在实际电路中还需要对该电路的十进制编码输出端进行取反处理，一般在其每个输出端接一个非门即可。,编码器电路设计,2、编码电路,1、电路作用 锁存电路主要用于对抢答者的抢答信息进行锁存，以确保电路只响应一位抢答者的抢答请求。解锁电路主要用于在本轮抢答后，主持人解除本轮抢答信息，以便能够进入下一轮抢答。,锁存及解锁电路,2、电路组成 在实际电路设计过程中，锁存电路一般可以直接使用触发器构成，该电路有别于前面使用的数字集成电路。该电路的输出不仅取决于电路的当前输入状态，还与电路的上一个状态有关，称为时序逻辑电路（前面介绍的为组合
13、逻辑电路）。在本设计中采用74LS373作为锁存电路。 解锁电路主要对锁存器的控制端进行控制，为不影响锁存器的正常工作，需要和锁存电路共同控制锁存器的控制端（借助于或门电路实现）。,1、芯片功能介绍 74LS373是DIP20封装，8路锁存器， 三态输出（0，1，高阻）。,74LS373简介,4、内部结构,2、芯片引脚,3、功能表,1、芯片功能介绍 74LS30是DIP14封装，8输入与非门。,74LS30简介,5、内部结构,2、芯片引脚,3、功能表,4、逻辑关系,1、芯片功能介绍 74LS32是DIP14封装，4-2输入或门集成电路。,74LS32简介,5、内部结构,2、芯片引脚,3、功能表
14、,4、逻辑关系,1、电路设计注意事项 为可靠地实现锁存器的锁存功能，需要对锁存器的使能端进行控制，主要借助于抢答信号对74LS373的使能端进行控制（依据74LS373 的11脚的控制特性，锁存器输出经过74LS30 后控制。）。为不影响锁存电路的正常工作，通过外电路产生一个高电平和抢答锁存信号相或之后控制74LS373 的11脚。,锁存及解锁电路设计,2、锁存及解锁电路,1、电路作用 开关阵列电路主要用于对提供抢答者抢答手段，该电路产生抢答开关信号，为锁存电路提供抢答开关信号。,开关阵列电路,2、电路组成 结合实际要求，该电路主要由开关及上拉电阻构成。,1、电路设计注意事项 结合锁存电路及编
15、码电路的要求，在待抢答状态时，开关阵列电路提供高电平信号，在抢答者抢答时，对应的抢答信号应当为低电平。,开关阵列电路设计,2、开关阵列电路,抢 答 开 关 信 号,结合整体电路框图，设计整体电路并绘图。 绘图时不要忘记集成电路的电源及接地引脚的正确连接。,整体电路设计,整体电路（错误）,整体电路（正确）,元器件清单,1.电源线与地线的颜色要有区分：电源（红线），地线（黑线）。其余（白线或者其他颜色，但是不能是红色和黑色） 2.做到横平竖直，紧贴PCB板。包括元器件也紧贴印制板（贴底焊），集成电路首先焊接插座，插座焊好后，将集成电路直接装入集成电路插座即可。 3.线与线不能交叉。 4.尽可能不要
16、在焊接面布线。 5.焊点均匀饱满，不虚焊、不漏焊。 6.按键及LED数码管的放置要符合常规使用习惯。,PCB布线及装配注意事项,作品PCB布线（一）,作品PCB布线（二）,作品PCB布线（三）,作品PCB布线（四）,作品PCB布线（五）,1.首先装配译码驱动及显示电路，并完成该部分电路的测试；,电路装配及测试流程,2.装配译码电路，并完成该部分电路的测试；,3.开关阵列、锁存及解锁部分，并完成该部分电路的测试。,在电子制作中，元器件的连接处需要焊接。焊接的质量对制作的质量影响极大。所以，学习电子制作技术，必须掌握焊接技术，练好焊接基本功。,1.焊接准备:,清理工作台、准备好焊料、焊剂、镊子、剪刀等必备工具.特别是准备好烙铁。(功率合适、调整好电烙铁的温度、使烙铁头始终处于吃锡状态),焊接准备,1)元器件引出脚上锡。,2)手工焊接的基本步骤。,焊接过程,焊接要求,焊接要求,1、当无人抢答器，数码管应显示“0”。 2、18开关分别按下时分别有“18”的数码显示，并有锁存功能。 3、具有解锁功能，当按下解锁健时，八人抢答器应能解锁。,
