电子转盘(数字电路设计)

课程名称：数字电子技术题目：电子转盘专业班级：应用物理0801班学生姓名：白腾飞学号：17指导老师：龚志鹏任务书下达日期11年6月6日星期一设计完成日期11年6月17日星期五湖南工程学院课程设计任务书课程名称：数字电子技术题目：电子转盘专业班级：应用物理0801班学生姓名：白腾飞学号：17指导老师：龚志鹏审批：任务书下达日期11年6月6日星期一设计完成日期11年6月17日星期五设计内容与设计要求一．设计内容：1、显示要求:以LED数码管形式显示，0000-9999循环显示，频率为1KHz；2、停止延迟：尽量模拟现场，在按停止按钮后，数字循环应该持续1秒左右；3、系统复位：系统能手动复位，包括转盘复位(计数器清零)等4、游戏功能：可以猜单数或双数，必须在数字循环停止后才显示结果。5、其他功能（任选）二、设计要求：1、思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；2、单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3、写出设计报告；主要设计条件1．提供调试用实验室；2．提供调试用实验箱和电路所需元件及芯片；3．所用设备及元件需在设计后归还。说明书格式1．课程设计封面；2．任务书；3．说明书目录；4．设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）；5．单元电路设计（各单元电路图）；6．安装、调试步骤；7．故障分析与电路改进；8．总结与体会；9．附录（元器件清单）；10．参考文献;11．课程设计成绩评分表;12．设计报告采用16k纸打印;1进度安排第一周星期一:课题内容介绍和查找资料；星期二:总体电路设计和分电路设计；星期三:电路仿真,修改方案星期四:确定设计方案，拟订调试方案,画出调试电路图,安装电路；星期五:安装、调试电路；第二周星期一~二:安装、调试电路；星期三:验收电路；星期四~五:写设计报告，打印相关图纸；星期五下午:带调试电路板及设计报告书进行答辩；整理实验室及其它事情。参考文献1、《电子系统设计》高等教育出版社马建国主编2、《电子线路设计、实验、测试》（第二版）华中理工大学出版社谢自美主编3、《新型集成电路的应用》华中理工大学出版社梁宗善主编4、《现代电子设计技术》机械工业出版社李荣良主编目录第1章设计总体思路.................................................................11.1设计总体思路.......................................................................11.2设计基本原理.......................................................................11.3各个模块之间的框架图.......................................................21.4总电路图...............................................................................3第2章单元电路的设计.........................................................52.1时钟信号发生电路...............................................................52.2译码驱动电路.......................................................................62.3一万进制计数器的电路.......................................................72.4猜数游戏控制电路...............................................................7第3章安装与调试......................................................................12第4章故障分析与电路改进..................................................16第5章总结与体会...................................................................17附录一电子器件清单............................................................19附录二参考文献....................................................................20附录三评分表........................................................................21第1章设计总体思路1.1设计总体思路根据设计任务书的要求，将此次设计任务划分成四个大的基本模块。分别是译码驱动及其显示模块、计数模块、游戏控制模块以及时钟信号发生模块。1.2设计基本原理下面逐步介绍各个模块的硬件实现。一、时钟信号发生电路。实验调试箱自带时钟信号发生模块，只需要接入电源和地线即可。二、译码驱动及其显示块的实现。用四个4个引脚的数码显示器，因为在设计中用到的四个四段字符数码管自带译码驱动，所以不需要用到74LS48来完成驱动。然后将74LS160的4个输出依次接入显示器4个引脚。三、一万进制计数器的实现。采用74LS160芯片进行计数，因为74LS160是十进制的计数器，所以采用同步并行进位方式就可以实现一万进制的计数器。即从个位起，将进位输出（RCO）接入下一个芯片的ENP、ENT端，依次接下去，即可实现一万进制计数器。四、猜数游戏控制电路的实现。将电源接通，游戏启动。用一个开关和74LS86异或门来实现游戏的猜数功能。可选择1和0来表示猜数的奇数和偶数。1.3各个模块之间的框架图根据前面的基本原理和总体设计思路，稍加整理就可以画出下面的框架图，它包含了总电路图中所有的模块以及各个模块单元电路之间的控制原理。图1-1模块控制框架图1.4总电路图有了整体的设计思路，在加上对各个单元电路之间的控制机理的理解。借助Multisim10.0软件，首先画出各个单元电路，在按照图1-1中各个单元电路之间的控制原理进行综合，从而得到下面的总体电路图1-2。LED数码管显示及其译码驱动猜数游戏的选择控制74LS160×4构成一万进制的计数器1kHZ时钟信号发生电路发光指示灯显示猜数游戏结果图1-2总电路图第2章单元电路的设计2.1时钟信号发生电路实验箱已有该模块2.2译码驱动电路把74LS160的输入依次接到数码显示器的端口位置，如图所示：图2-2译码驱动电路图2.3一万进制计数器的电路用4片74LS160实现一万进制的计数器。将4片74LS160直接按并行进位方式连接即得万进制计数器。图2-3所示电路是并行进位方式的接法，以第一片的进位输出C作为第二片的ET和EP输入，依此类推，每当上一片计成9（1001）时C变为1，下个CLK信号到达时下一片为计数状态，计入1，而上一片计成0（0000），它的C端回到低电平。第一片的EP和ET恒为1始终处于计数工作状态。图2-374LS160×4构成一万进制的计数器2.4猜数游戏控制电路用一个开关和74LS86来实现游戏的猜数功能。将74LS86（异或门）的1A端（输入）接74LS160的Qa端(输出)，将1B端（输入）接上开关，将1Y（输出）接上显示灯。当猜数正确是显示灯亮，反之则否。即实现猜数功能。图2-4猜数游戏控制电路图2.4.1游戏结果显示电路列出猜数信号A及计数器最低位Qa和现实结果要求Y的真值表2-1，得到Y=A⊙Qa，画出电路图2-8如下。第3章安装与调试3.1在Multisim10.0虚拟平台上进行电路图的初步设计本实验使用Multisim软件来进行电路仿真。设计之前我们首先要识别软件中的各种虚拟电子器件以及了解软件中最基本的操作。在查找虚拟器件的过程中，最重要的是借助虚拟元件本身的帮助信息。这个软件本身的操作也十分容易，只要找到对应的元件库，放置在工作区域内，然后直接用鼠标点击就可以连接线路了。逐个连出哥哥模块的单元电路，然后按照控制原路，将各个单元电路连成总的电路图，检查无误后，就经行仿真，看一下是否达到了预期的目标功能，若不能，继续对电路进行改进。3.2实体电路的安装及调试步骤在实体安装中，依赖的主要文件还是用Multisim10.0软件仿真出来的电路图。从实验室领实验用工具箱和工具盒，还领取安装电路所需的芯片及相关器件。拿到这些设备时候，我们还是要先识别和检测这些设备和器件。工具箱中已经将数码管显示驱动模块做好了，而且也配备了时钟信号源，这些就大大调试和安装的工作量。为了方便接线，实验室给我们配备了面包板，经过好几次测试，才逐步了解上面紧凑针孔之间是怎么样连接起来的，而且也检测出了上面的几个小输入AB输出Y001010100111表2-1真值表故障。由于使用的导线不是新线，所以在接线之前也做了测线这项工作。完成了上面的准备工作之后，下面就进行实体电路的安装和调试一、在面包板上面合理的安插芯片。在自己的仿真图纸上进行粗略的估计，初步定位各个集成芯片和门电路之间的相对位置，在面包板上相应的针孔位置小心安插上各个芯片。二、按图接线。在接线的过程中还是以模块为单元，安装好一个单元电路之后，要及时进行调试，这样可以缩小排故障的范围。(1)一万进制计数器电路将4片74LS160芯片用导线进行并行进位连接。计数器的外引出来的针脚以及功能表，见下图3-1。图3-174LS160的管脚及其功能表接完成之后，我们在工具箱中昭告时钟信号源，接到芯片的2引脚，然后将2片输出端Qa、Qb、Qc、Qd接到七段字符数码管上面。接着，打开电源，检测计数器是否进行正常的计数。（2）游戏控制电路此步骤中，将74LS160的输出Qa和选择的开关放入74LS86（异或门）进行比较。接线如下：74LS86（异或门）的1A端接74LS160的Qa端，将1B端接上开关，将1Y接上显示灯。即实现猜数功（3）单元电路之间的连线。将相同模块的芯片之间的导线用短线相连，在协调各大模块之间的用到较长的导线。最主要的是要看清各个针孔的插孔，不要出现插错针孔的错误。当测试出插孔接触不良时，可以用到等位插孔来连接。第4章故障分析与电路改进4.1发现故障经过前面硬件的安装之后，下面进行整体电路的调试。虽然自己接的线路图和仿真出来的图纸一模一样。但是，调试结果却不尽人意，之后怀疑可能部分连线有断路的情况，于是逐一进行了调试并替换了一些导线。4.2电路改进初次设计的原理图没有延时控制系统，在参考其他同学电路之后，我们小组对本电路自身的特点进行了研究，终于加入了延时控制。这样看来，实验预期目标比较完美。第5章总结与体会数字电路是我比较喜欢的一门课程，自从开设这门课以来，便一直用心学习并打算考取电子方面研究生进行深造。在龚志鹏老师的指导下，我们选择了电子转盘的课题。首先我们认真听了龚老师的讲解，对该项目的预期目标、基本单元及实现功能进行了初步了解，然后便分组研究探讨。课程设计进行仿真的软件是Multisim10.0。为了熟悉软件的操作，我们从图书馆借书、在网上搜索资料，然后互相学习讨论，用了三天时间基本上把设计电路的步骤弄清楚了。在耐心地连好电路以后开始仿真，然而第一次连接就出现了问题，数码管没有任何显示。在查遍了任何资料无果之后寻求了龚老师的帮助，改动了一下信号源然后仿真成功！然后我们领取了实验箱开始接线调试。试验箱里电源、数码显示管、脉冲源基本的电路都有，我们的工作就是只要在面包板上边将电路的关键部分连接起来，并进行调试实现其类的计时的功能。我的同组负责对四个基本的计数