十路抢答器

1信息与电气工程学院课程设计说明书（2009/2010学年第2学期）课程名称：电子技术课程设计题目：智能十路抢答器专业班级：自动化08-5班学生姓名：学号：指导教师：韩万翔设计周数：两周设计成绩：09年7月3日2目录1、课程设计目的2.设计任务与要求3.单元电路设计与参数计算和器件选择4.总框图和各器件原理图分析5.详细系统设计6.实际操作部分7.课程设计参考资料8.课程设计心得3一、课程设计目的开发课程设计，主要目的是训练学生在电子技术理论的基础上综合设计能力，电子线路的安装，调试能力和创新能力，通过查阅资料，优选方案，设计电路。安装调试，撰写设计报告等过程，使学生从各个环节综合运用理论知识，系统精神和理论联系实际的学风，加强学生工程实践能力的训练和培养。培养大学生建立电子技术设计的思想和基本框架。电子设计的基本原则，设计方法和基本步骤，电子线路的组装和调试，电路的测试及故障分析。二、设计任务与要求1、抢答器同时供10个代表队比赛，分别用10个按钮K1-K10表示。2、设置一个系统清除和抢答控制开关K0，该开关由主持人控制。3、抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间1秒左右。4、参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作5、如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答答无效，系统报警并禁止抢答。4三、单元电路设计与参数计算和器件选择序号原件名原件数量1CD401722CD401323LM55524开关115电阻若干6二极管127三极管128发光二极管（红）109发光二极管（绿）1010电容若干11蜂鸣器1四、总框图和各器件原理图分析4.1总框图5十路按钮十路控制十路显示抢答定时控制抢答定时显示主持人控制4.2器件原理分析（1）555定时器；(A).555定时器原理图及内部结构；6CC&&&1RSTG5kΩ5kΩ5kΩ12VRvvvCCDICI1I2OOv,(1)(7)(2)(6)(5)(8)(4)(3)电源复位12658437Ov,vI2vI1vvICVCCvO555(a)(b)DR阈值输入控制电压触发输入放电端(B).555定时器的功能表：表8.1—1555定时器功能表阈值输入(vI1)触发输入(vI2)复位(RD)输出(vO)放电管T××00导通ccV32ccV3111截止ccV32ccV3110导通ccV32ccV311不变不变(C).555定时器工作原理。当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为ccV32和ccV31。（1）当vI1ccV32，vI2ccV31时，比较器C1输出低电平，C2输出高电平，基本RS触发器被置0，放电三极管T导通，输出端vO为低电平。7（2）当vI1ccV32，vI2ccV31时，比较器C1输出高电平，C2输出低电平，基本RS触发器被置1，放电三极管T截止，输出端vO为高电平。（3）当vI1ccV32，vI2ccV31时，比较器C1输出高电平，C2也输出高电平，即基本RS触发器R=1，S=1，触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。(2)cd4017工作原理及应用电路图:CD4017引脚图(A).CD4017原理预计内部结构8:(B).CD4017工作原理十进制计数／分频器CD4017，其内部由计数器及译码器两部分组成，由译码输出实现对脉冲信号的分配，整个输出时序就是O0、O1、O2、…、O9依次出现与时钟同步的高电平，宽度等于时钟周期。CD4017有10个输出端（O0～O9）和1个进位输出端～O5-9。每输入10个计数脉冲，～O5-9就可得到1个进位正脉冲，该进位输出信号作为下一级的时钟信号。9CD4017有3个输（MR、CP0和~CP1），MR为清零端，当在MR端上加高电平或正脉冲时其输出O0为高电平，其余输出端（O1～O9）均为低电平。CP0和～CPl是2个时钟输入端，若要用上升沿来计数，则信号由CP0端输入；若要用下降沿来计数，则信号由～CPl端输入。设置2个时钟输入端，级联时比较方便，可驱动更多二极管发光。由此可见，当CD4017有连续脉冲输入时，其对应的输出端次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器。(A).CD4013功能表4.2原理框图的说明上图所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，秒脉冲电路提供脉冲并且第10十电路开始计时。当选手按动按键按钮抢答键，抢答器要完成以下四项工作：①优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；②控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；③当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。（1）电源/被测脉冲接入端口电源正、负极，被测脉冲，通过一个三端子的元件接入PCB板，被测脉冲引入到被测脉冲分配器件，电源正、负极引入到PCB板上其他元件所需高、低电平端子，从而实现了外部输入与PCB板的连接。（2）基准脉冲发生器件这一部分实现的目的是产生并输出毫秒（ms）级的时钟脉冲。主要部件是RC与晶振组成的振荡电路和一个数字脉冲分频集成电路，其中核心部件为32768Hz晶振，首先经由振荡电路产生频率为32768Hz的脉冲，输入数字分频器CD4060,再经由Q5端子引出，从而实现32分频，产生1024Hz的时钟脉冲，近似为毫秒级（1000Hz）脉冲，这样就产生了基准脉冲并输出到被测脉冲分配器件。（3）被测脉冲分配器件这一部分的功能是将被测脉冲与相等时间的基准脉冲同步输入，实现与非关系后，再将选通的基准脉冲输出。其中用到的元器件是脉冲分配器CD4017和与双D触发器CD4013。原理是，将被测脉冲输入CD4017时钟输入端子，再由CD4017的Q1端子输出到与非门集成电路74LS00的一个输入端子A1，同时CD4017的Q2端子输出信号到CD4017的禁止端子，CD4017的这种连线方式实现了在Q1输出一个脉冲高电平后,由Q2发出禁止信号锁定CD4017，到下一个计数周期时Q1才能再次输出高电平信号，由此便分离出了一个高电平，并输出到了LED发光二极管（4）清零/启动开关控制这一部分实现的功能是手动进行启动和清零。原理是，开关的两个固定脚分别接高电平（VCC）和地（GND），被测脉冲分配器件CD4017的三个清零端。当开关接到高电平（VCC）时，同步加计数11和被测脉冲分配器件CD4017全部输出端置零。该方式为异步清零方式。当开关接到地（GND）时，被测脉冲分配器件CD4017的清零端处于无效状态，被测脉冲分配器件开始工作。使用时应当让开关先接高电平（VCC），进行清零，再接到地（GND），启动正常工作。（5）译码驱动器这一部分实现的功能是将同步加计数器（低位）和同步加计数器（高位）传来的信号译成七位驱动信号，输出直接驱动显示器件的共阴极七段发光二极管数码管进行发光显示数字。其元件为两个BCD-7段锁存译码驱动器CD4511，分别接收来自同步加计数器（低位）和同步加计数器（高位）的信号。其连接为，数据锁定控制端接低电平，灯测试端和输出消隐控制端接高电平，四个二进制数据输入端分别接到对应同步加计数器的四个二进制数据输出端，译码驱动器的七个数据输出端连接到驱动显示器件的共阴极七段发光二极管数码管的七个阳极。当输入一组四位数据时，输出对应一组七位信号。（6）显示器件这一部分实现的功能是显示抢答者的编号。其元件为十个共阴极七段发光二极管数码管，分别由脉冲分配器抢答者的编号的两个CD4017和双D触发器CD4013来驱动，显示抢答者的编号。其连接为，公共端和小数点端连接到一起，并通过一个1KΩ电阻连接到地（GND），.十个数据输入端（1~10）分别连接到脉冲分配器的十个数据输出端。当共阴极十段发光二极管数码管分别接到来脉冲分配器的信号时，对应的数码管的二极管就被点亮，从而实现显示抢答者的编号。4.3工作进程4.3.1正常测试进程（1）电源/被测脉冲接入端口：分别接入直流稳压电源的正负极和被测试脉冲。（2）清零/启动开关控制：开关接到高电平（VCC），进行元器件清零。（3）清零/启动开关控制：开关接到低电平（GND），启动脉冲分配和计数功能12（4）被测脉冲分配器件：CD4017各输出端输出波形为13五、详细的系统设计5.1、原理图145.2、PCB图15六、实际操作部分6.1制作电路板的整个流程设计电路画原理图布PCB图转印打印连线腐蚀钻孔焊接完成电路板制作调试电路板功能查看电路连接是否好，是否有短路6.2调试过程当我们第一次加入电源后，发现绿色的二极管出现流水灯，证明倒计时开始，但是蜂鸣器，在没按任何按键的情况下却一直在响，最上面一排抢答指示灯，有一个亮了一段时间又自己熄灭，之后按复位键时，16绿色的指示灯，乱走，蜂鸣器仍然响个不停，红色的指示灯，不亮。（整个过程蜂鸣器响声都很微弱）摸4017、4013、555三种芯片均未出现发热情况。断电后，我们挨个焊点检查是否有虚焊，通过万用表的检查，排除了虚焊的可能。我们又以为电源有反接的可能，于是挨个检查二极管、蜂鸣器是否完好、通过接入2V电源，检测出这些元件均能正常工作。通过线路的检查分析，我们分析出倒计时那一模块处于正常工作状态，调节定时器的7脚上的电位器，可改变倒计时时间。蜂鸣器一上电就响，说明它接上了高电位，同时蜂鸣器的正极和上排红色指示灯相连，用万用表检测该线路电压值为0.33V，电压低，所以蜂鸣器响声微弱，对照原理图和PCB板图，发现上排红色指示灯的GND均连到4017上，最终确定可能是4017在一次误操作中被烧坏。七、课程设计参考资料[1]康华光主编.《电子技术基础》.第四版，高等教育出版社,1998[2]阎石主编《数字电子技术基础》（第四版），高等教育出版社:1998.[3]童诗白、华成英主编：《模拟电子技术基础》（第三版），北京，高等教育出版社，2001[4]中国集成电路大全编委会.中国集成电路大全：TTL集成电路.北京：国防工业出版社1985[5]其他资料网站：八、课程设计心得这次课程设计对我来说，是很不完整的，第一周因为去北京参加比赛耽误了，回学校后我们小组的电路板已经开始焊接了，没有亲生经历从设计电路，到电路板的整个制作过程。回来后，我看到的是一块快成实物的电路板，和一张原理图，没有文档资料，我有些无从下手，于是我盲目的在网上搜寻资料，后来看到其他组弄得很成功，于是到处取经，我才弄懂以前欠缺的知识和经验，不到一个星期课程设计使我对电路、数电、模电的结合实际应用有了更深刻的认识，虽然在实验室待了一学期了，电路图、PCB图也没少画过，有时也自己设计制作一些小东西，但是因为没有完整的经历过从设计到印刷，腐蚀、制作电路板的全过程，自己制作的小东西也是买来的原材料直接焊上，对照文档资料很容易就能调试出来。而这次的课程设计我从半路入队，虽然以前调试仿真过很多电路，但是当真正接手不是自己亲手设计的东西时，还是难以和别人的思维磨合，这也在说明很多东西我还没有完全吃透，还不能融会贯通。也让我深刻的认识课堂知识才是其他知识累积的基础，虽然学会了课堂知识不一定就会设计一个好的电子产品，但是没有这个基础，肯定就设计不出一个好的电子产品。18通过这次课程设计，是我懂得虚心向别人学习是自己成长提高必备的素质，即使你有过类似经验，也不能证明现在你的东西就是对的。虽然这次课程设计结束了我们组还没能调试出来，但是课程设计结束了，并不代表我们的课题就不会继续了，不管怎样花多少时间，课程设计结束后，我都会重新去研究自己的课题，我相信这个过程，我会成长很多！