广东海洋大学电子技术综合实习抢答器

4广东海洋大学电子技术综合实习报告学院（系）电子与信息工程学院班级自动化1151姓名洪烁彬学号201511632112电话[phone]（64）实习地点电子技术实验室（科技楼414，415）起止时间2016年5月29日至2016年6月9日实习成绩评语指导教师签字一、实习名称：电子技术综合实习二、实习目的：通过电子系统仿真与实践训练，进一步巩固和加深对电子技术课程知识的理解，掌握一般电子系统的设计和制作方法，提高综合运用所学知识能力。三、实习任务：第一周：按照八路抢答器电路设计要求，选择合适的元器件按要求设计一个抢答器，绘制电路，观察仿真结果，改进电路。参加答辩和验收。第二周：焊接抢答器电路板，测试电路，查找故障并排除。参加答辩和验收。四、实习总结（对两个阶段的实习内容、过程和结果做详细的陈述和说明，总结心得体会）（一）基于proteus的八路抢答器电路设计及仿真1.八路抢答器的设计要求：可同时允许8个选手（组）参加比赛；主持人发出发出开始命令，抢答者开始抢答；当其中有一人按下抢答键，蜂鸣器发出鸣叫，数码管显示该选手的号码；其他人再按键，系统不再响应；当主持人按下清零键，才可以开始新的一轮抢答。附加功能（选做）：主持人按下抢答键后，电路启动倒计时（60秒），数码管显示倒计时时间；当有人抢答时，停止倒计时；当倒计时结束时，蜂鸣器发出鸣叫提醒，系统自动清零。2.设计方案八路抢答器由抢答启动电路、抢答按钮及蜂鸣提示电路、选手编号编码部分，译码及数码管显示电路、复位电路、定时器组成。抢答器主要器件有74LS148、CD4511、数码管、74LS192。抢答器的输入为八路抢答按钮及主持人控制的抢答集“开始”和“复位”的功能开关。抢答器的输出有一个数码显示管和一个蜂鸣器。基于proteus，经过元器件的选取，电路的连接，仿真并改进，最后成功完成仿真等工作，最终实现了蜂鸣提示数码显示八路抢答功能。这个方案比较符合实际，因为大部分元件已经学过，而且原理易于理解，现在应用到设计中来提高我们对这些元件的记忆，加深对它们的了解，为以后的设计提供了较好的应用。八路抢答器的组成框图如图1图1八路抢答器组成框图3工作原理主持人将开关拨到闭合（即复位）状态，抢答器处于禁止状态，定时器显示设定时间60秒；主持人将开关置“断开（即开始）”状态，宣布开始抢答器工作。定时器倒计时。如果当定时60秒时间到，却没有选手抢答时，系统报警。选手在定时60秒时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、蜂鸣器鸣叫提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作复位和开始状态开关。4.单位电路的设计4.1抢答电路的设计该部分电路要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。选用8线－3线优先编码器74LS148和JK触发器74LS112可以完成上述功能，所组成的电路如图2到图5所示。这个电路的工作原理过程如下。当主持人控制开关S置于清零状态时，经按钮和反向器的电平均为低电平，八个与非门输出高电平。与蜂鸣器相连的异或门的8个输入端为低电平（第9个多余的输入端需接电源），因此或非门输出低电平，蜂鸣器不工作。主持人把开关S置于开始时，优先编码器和JK触发器锁存功能电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端的信号输入，当有选手将键按下时（如按下S7），与非门挡住第二个信号的作用，输出高电平。一方面，下方JK触发器把这个高电平锁住这使得其他选手按按键也不起作用，同时，蜂鸣器因为相连的异或门输出一瞬间的高电平而工作鸣叫。另一方面，74LS148的7输入端有一瞬间的低电平，输出Y2Y1Y0的非000，JK触发器都是用来锁住信号和重置的。图2.按键部分图3.编码器部分图4JK触发器图5.蜂鸣器部分图6.数码管显示电路4.2数码管显示电路的设计该部分电路利用了CD4511和共阴极数码管，要完成显示选手号数功能。具体来说，当一选手按键后，数码管在未复位情况下维持号数不变化，不受到其他选手再按键的影响。需要指出的是，CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器，用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码-七段码译码器。举例来说，比如7号选手按键，由抢答电路的四个JK触发器锁存的信号传递到CD4511的6,2,1,7管脚（DCBA），这四个管脚电平为0111。4511输出端QA至QG为1110000，数码管显示数字“7”。这部分电路如图6所示。4.3倒计时60秒显示电路的设计时序控制电路是这部分设计的关键，因为它要完成以下三项功能：1）主持人将控制开关拨到开始位置时，定时器由60秒开始倒计时，说明抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。2）当参赛选手按动抢答键时，电路停止倒计时工作。3）当倒计时60秒结束时，场上仍然没有选手抢答，蜂鸣器发出鸣叫提醒。根据上面的功能要求以及对应的抢答电路，设计的时序控制电路如图7所示。图7.定时器部分当抢答器开关置于“断开”状态，比赛开始，抢答器开始倒计时。时序控制电路中，脉冲是每隔一秒就输入一个脉冲到与门，与门的另外一个输入端就是由开关置于“断开”的电平决定的。经与门输出的脉冲与另外来自CD4511引出的四个电平决定的或非门输出的电平一起输入一个与门。这个与门输出的电平接入U19的74ls192的CD端（减计数脉冲输入端）。U19并行输入端D0D1D2D3置0000；利用置0法，当15的输出端Q0Q1Q2Q3为0110，通过反相器和与门，输出高电平到两个74ls192的异步置零端。这样得到六十进制计数器。如图8所示。当参赛选手按动抢答键时，CD4511的输入端0000变化到其他状态（如0001或0011等），此时这四个电平接入或非门。或非门必然会输出低电平。这个低电平与脉冲接入U21与门，输出低电平至第一个74ls192即U19的减计数脉冲输入端，使其停止输入脉冲。这样计数器便停止计数，倒计时亦停止。如图9所示。当倒计时60秒结束时，从数码管八个输入端引出的电平为00000000，经过或门输出低电平，再经过反相器得到高电平，驱动蜂鸣器鸣叫。如图10所示图8图9图105.总电路图及其仿真效果6.过程中的主要难题及对策①搭锁存电路选取何种触发器及管脚如何接。选择74ls112JK触发器，管脚功能是通过百度其手册读取的。比如，比赛开始后，四个JK触发器的4管脚高电平，15管脚为悬空（TTL的输入端悬空相当于高电平），所以触发器工作。此时7号按键，74ls158的输出端000经反相器得111分别输入到第二，三，四个触发器（从上往下数）。这样从四个触发器的Q端输出的电平输送到CD4511的输入端。②在一个选手按键后，其他选手按键无法改变数码管显示。通过编码器的EO选通输出端的电平变化。例如，一个选手按键后，因为有数据输入74ls148EO端就会一瞬间从低电平变高电平，过后理立刻回到低电平，此时因为位于按键下方的JK触发器锁存作用，EO端的电平在主持人按下复位前是无法再次变化。所以编码器输出电平不变，四个JK触发器的脉冲输入电平和CD4511输入电平也不变，数码管显示从而并不变。（二）焊接抢答器电路板1准备工作1.1查看说明书，发现这个抢答器电路原理图所用元器件较少，而且原理更加易于理解。再看下PCB，元器件的放置及布线美观。这两点对于以后的电路设计和用AD软件画电路板，是十分有启发意义的。1.2清点元器件数目并且分类。通过色环电阻识别方法可以分好各个阻值的电阻。1.3将元器件一个个插入电路板的对应的焊盘，把元器件的较长导线轻折同一方向。1.4电烙铁通电加热，使其温度达到焊接要求。2焊接过程2.1我从烙铁架上拿出电烙铁，采用握笔法，以45度靠紧焊接面进行预热；然后将焊锡丝同时伸向被焊的组件脚及焊盘，一起接触被焊处；焊锡丝熔化，向焊接处推入焊锡丝，使焊锡润湿焊盘与组件脚，当焊点上的焊锡成圆锥形时即抽离焊锡丝,应控制焊锡丝的熔化量不能过多，以免造成浪费,整个过程持续约2~5秒；焊锡完全熔化后，移去烙铁头。如焊锡过多，可把烙铁头上的焊锡甩干净，然后不用焊锡丝或极少量的焊锡丝重焊一遍，移去时正好吸去多余的焊锡。刚开始的时候，我焊接的时候手有点抖，再后来，习惯了焊接方法，手不再抖，把所有元器件都焊好了。2.2用剪刀减去电路板背后多出来的导线。选取五条较长的导线作为跳线，焊到电路板跳线处。2.3测试电路并且查找故障。我利用实验室的仪器中的5V直流电源引出导线按正负端接触到抢答器的原本装电池的正负极。我发现，抢答器电路板存在几个虚焊，并且由于用剪刀剪去导线时，焊盘的圆铜部分有些脱落。2.4排除故障。我先把吸锡器按下去，然后用电烙铁把锡熔掉，熔的同时将吸锡器的靠近熔掉的锡上面，一按吸锡器，锡就会吸走，就把原来把锡弄出来。之后，我重新焊接好了。但是对于还存在焊盘脱落的地方，我利用接跳线法，进行焊接。2.5.测试电路。抢答器能进行基本的工作。数码管有显示。当按键按下，数码管显示相应的数字。按下复位键，数码管恢复为“0”。并且，大部分焊点表面完整、连续和圆滑，外观光亮。美中不足的是，我焊的抢答器蜂鸣器不响，有2个按键时好时坏，应该是焊盘圆形铜箔处脱落的地方接触不良造成的。3焊接得到的感悟①焊好后，应该先测试电路，再视情况，剪掉多出来的导线，剪的时候用力不大，以免损害电路板，个人发现，最好使用指甲钳来剪。②焊接时应当避免虚焊现象的发生，并且焊点的表面要平滑、有光泽，焊点完全冷却前，不可移动。③防止不良焊点的发生除要正确有焊接技术外，还应注意待焊接面必须是清洁的，如发现待焊接面不洁净，必须先处理光亮后，方可重焊。④过程和结果同等重要。至少从这次焊接来说，在一定程度上提高了电子焊接技术，焊接所出现的问题警醒我：今后焊接必定更加谨慎操作，重视焊接步骤，懂得排除故障。（三）心得体会通过proteus电路设计仿真，使我对数字电路有了进一步的了解，在设计抢答器的过程中，通过查阅课本，上网搜索等，我对各电路器件（如：与非门，74ls148和数码管等）及其原理有了更深一层次的认识，既增强了我的理解能力,也使我能更好的运用所学的知识。一周的锻炼,,我有过对知识掌握不足时的迷茫，也有过思路不清时的懊恼,但一路走来，我却收获了知识，收获了希望和努力后的成果。最后我也在设计电路过程总结了两个法宝：①充分利用好数字电路的高电平和低电平。需要增加功能时，先放好表现新功能的元器件，再通过从原来设计好的电路合适位置引出导线，看需要高电平还是低电平，选择是否使用反相器，若由从若干个地方引线，则在草稿纸推算，确定使用与门，或门，或非门等逻辑运算。②学会阅读芯片使用手册，可以清楚理解各个管脚的功能。对于“0”或“1”的选择可以采用逻辑运算得到。在焊接抢答器这一项目中，我得到启示：只有多焊接，才可以提高焊接技术和焊接品质。除此以外，在参加答辩，答辩之前应当做好充分准备，对于答辩过程可能出现的基本问题，基本概念和功能应当有所准备。最后在此我要感谢老师的谆谆教导和同学们的帮助，我相信这两的不懈努力会给我未来的学习带来很多的启发,我会在以后的工作生活中多动手实践，以提升自己自动化的功底。