1、徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告目 錄目 錄I摘 要II1 緒論11.1 背景、目的、意義及問(wèn)題和要求11.2基本理論和主要功能11.2.1基本理論11.2.2主要功能12 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述22.1 設(shè)計(jì)方案所用材料22.2方案總體思想23 詳細(xì)設(shè)計(jì)33.1 穩(wěn)壓電源33.1.1直流穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì)思路33.1.2直流穩(wěn)壓電源原理43.2單元電路設(shè)計(jì)43.3數(shù)碼管引腳圖63.4芯片引腳圖73.5 總體方框圖93.6設(shè)計(jì)總電路圖104 設(shè)計(jì)結(jié)果及分析114.1設(shè)計(jì)結(jié)果114.2設(shè)計(jì)出現(xiàn)問(wèn)題及解決115 總結(jié)12摘 要現(xiàn)今，隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，促使人們學(xué)科學(xué)、學(xué)技術(shù)、學(xué)知識(shí)的手段多種多樣。搶

2、答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。但搶答器的使用頻率較低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低，減少興致。做為一個(gè)單位若專購(gòu)一臺(tái)搶答器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長(zhǎng)期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再購(gòu)置的麻煩和及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開展,因此設(shè)計(jì)了本搶答器。數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過(guò)定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。1 緒論1.1 背景、目的、意義及問(wèn)題和要求搶答器是一種應(yīng)用非

3、常廣泛的設(shè)備，在各種競(jìng)賽、搶答場(chǎng)合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個(gè)三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過(guò)發(fā)光管的指示辯認(rèn)出選手號(hào)碼?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)或數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號(hào)碼顯示、搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)、選手得分顯示等功能。簡(jiǎn)易邏輯數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過(guò)定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),了解簡(jiǎn)單多功能數(shù)字電路搶答器的組成原理，初步

4、掌握數(shù)字電路搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法，提高思考能力和實(shí)踐能力。同時(shí)通過(guò)本課題設(shè)計(jì)，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，建立邏輯數(shù)字電路的理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解多功能搶答器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算定時(shí)計(jì)數(shù)的各個(gè)單元電路。初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法。1.2.1基本理論搶答器的工作原理是利用單片機(jī)的定時(shí)器T0、T1中斷完成,其余狀態(tài)循環(huán)調(diào)用顯示子程序,用4個(gè)共陰極LED數(shù)碼管來(lái)顯示，用P0口作為數(shù)碼管的八個(gè)段選，用P2口中的P2.0、P2.1、P2.2、作為4個(gè)數(shù)碼管其中3個(gè)位選，P1口接8個(gè)按鍵，提供選手搶答，P3.0-P3.5四個(gè)接四個(gè)按鍵，提供開始、結(jié)束、答題時(shí)間調(diào)整、槍答

5、時(shí)間調(diào)整，加1、減1調(diào)整之用。1.2.2主要功能搶答功能：通過(guò)八路按鍵配合程序來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答功能。當(dāng)主持人宣布搶答開始后，此時(shí)任一路按下按鈕均閉鎖其它各路，由程序?qū)︽I盤譯碼并顯示最先按下?lián)尨疰I的路數(shù)及其當(dāng)前時(shí)間。2 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述2.1 設(shè)計(jì)方案所用材料本設(shè)計(jì)采用了74ls48p，74ls279n，74ls148n芯片來(lái)完成實(shí)驗(yàn)，還需數(shù)碼管，復(fù)位開關(guān)，電阻等。此次設(shè)計(jì)的電路符合設(shè)計(jì)本身的要求，能夠很好的完成課題所布置的任務(wù)。2.2方案總體思想搶答器的工作過(guò)程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開始”

6、，同時(shí)將控制開關(guān)撥到“開始”位置，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。當(dāng)一定時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。當(dāng)選手在一定時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：（1）優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)；（2）顯示燈亮，提醒節(jié)目主持人注意；（3）控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答；（4）控制電路要使定時(shí)器停止工作，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。 3 詳細(xì)設(shè)計(jì)3.1 穩(wěn)壓電源 （圖3-1）3.1.1直流穩(wěn)壓電

7、源設(shè)計(jì)思路1）電網(wǎng)供電電壓交流220V(有效值)50Hz，要獲得低壓直流輸出，首先必須采用電源變壓器將電網(wǎng)電壓降低獲得所需要交流電壓。2）降壓后的交流電壓，通過(guò)整流電路變成單向直流電，但其幅度變化大（即脈動(dòng)大）。3）脈動(dòng)大的直流電壓須經(jīng)過(guò)濾波電路變成平滑，脈動(dòng)小的直流電，即將交流成份濾掉，保留其直流成份。4）濾波后的直流電壓，再通過(guò)穩(wěn)壓電路穩(wěn)壓，便可得到基本不受外界影響的穩(wěn)定直流電壓輸出，供給負(fù)載RL。3.1.2直流穩(wěn)壓電源原理直流穩(wěn)壓電源是一種將220V工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。3.2單元電路設(shè)計(jì)本搶答器僅用兩塊數(shù)字芯片便實(shí)現(xiàn)了數(shù)

8、顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比，有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、制作方便的優(yōu)點(diǎn)。實(shí)用可靠、成本極低，十分適合學(xué)校教學(xué)使用。設(shè)計(jì)原理圖： （圖3-2a）原理圖見上圖所示，為常用的四七段譯碼器，其為試燈腳；為消隱（滅燈）腳，和接高電平（電源）；端為選通腳，開始搶答前接低電平。1、2、6、7腳為碼輸入端，915腳為七個(gè)輸出端，直接驅(qū)動(dòng)數(shù)碼二極管顯示器，接通電源開關(guān)，數(shù)碼管顯示“”。CD4511真值表如下： （ 圖3-2b）3.3數(shù)碼管引腳圖 （圖3-3a）顯示部分采用數(shù)碼管的方式，由于試驗(yàn)箱的數(shù)碼管模塊有8個(gè)單個(gè)共陰極數(shù)碼管，所以使用將片選ABC接地，選中其中一個(gè)數(shù)碼管進(jìn)行計(jì)數(shù)的顯示。共陰數(shù)碼管的功能說(shuō)明：

9、數(shù)碼管是一種把多個(gè)LED顯示段集成在一起的顯示設(shè)備。有兩種類型，一種是共陽(yáng)型，一種是共陰型。共陽(yáng)型就是把多個(gè)LED顯示段的陽(yáng)極接在一起，又稱為公共端。共陰型就是把多個(gè)LED顯示段的陰極接在一起，即為公共商。陽(yáng)極即為二極管的正極，又稱為正極，陰極即為二極管的負(fù)極，又稱為負(fù)極。通常的數(shù)碼管又分為8段，即8個(gè)LED顯示段，這是為工程應(yīng)用方便如設(shè)計(jì)的，分別為A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP 是小數(shù)點(diǎn)位段。而多位數(shù)碼管，除某一位的公共端會(huì)連接在一起，不同位的數(shù)碼管的相同端也會(huì)連接在一起。即，所有的A段都會(huì)連在一起，其它的段也是如此，這是實(shí)際最常用的用法。數(shù)碼管顯示方法可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩

10、種。靜態(tài)顯示就是數(shù)碼管的8段輸入及其公共端電平一直有效。動(dòng)態(tài)顯示的原理是，各個(gè)數(shù)碼管的相同段連接在一起，共同占用8 位段引管線；每位數(shù)碼管的陽(yáng)極連在一起組成公共端。利用人眼的視覺暫留性，依次給出各個(gè)數(shù)碼管公共端加有效信號(hào)，在此同時(shí)給出該數(shù)碼管加有效的數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)全段掃描速度大于視覺暫留速度時(shí)，顯示就會(huì)清晰顯示出來(lái)。3.4芯片引腳圖 （圖3-4a） （圖3-4b） (圖3-4c) 3.5 總體方框圖 (圖3-5)3.6設(shè)計(jì)總電路圖 （圖3-6） 總結(jié)本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了搶答器的設(shè)計(jì)方案，功能及在設(shè)計(jì)過(guò)程中所做的改進(jìn)。這種搶答器主要是基于74系列集成芯片，成本較低，且基本能夠使用于學(xué)校的一些活動(dòng)中。對(duì)

11、于設(shè)計(jì)中的不足，我的改進(jìn)設(shè)想及建議：（1）我設(shè)計(jì)的作品主要是用74系列集成芯片來(lái)完成的，在設(shè)計(jì)的過(guò)程中由于芯片的引腳過(guò)多，布線工作不是很方便。有時(shí)候會(huì)因?yàn)槟骋桓€沒(méi)有連接好，造成電路的不穩(wěn)定，這些都是有待改進(jìn)的。我的想法是根據(jù)單片機(jī)原理及相關(guān)知識(shí)對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行一些改進(jìn)。利用AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)使數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間。計(jì)分接收的單片機(jī)部分利用匯編語(yǔ)言編寫。由于采用匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)電路，所以本設(shè)計(jì)在編程成功后，硬件電路基本上不需要調(diào)試就可正常使用。即使在設(shè)計(jì)完畢交給用戶使用

12、后，對(duì)系統(tǒng)的功能改進(jìn)或升級(jí)也只是通過(guò)改寫程序來(lái)完成，極大地方便了用戶或設(shè)計(jì)者對(duì)電路更新。經(jīng)過(guò)這半個(gè)學(xué)期的努力，在老師和同學(xué)的幫助下終于徹底的做完了畢業(yè)設(shè)計(jì)的所有工作。通過(guò)這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我能運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)解決我在設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題，使自己的動(dòng)手能力和思考問(wèn)題的能力得到了很大的提高。在做設(shè)計(jì)的過(guò)程中我查閱了很多的資料，并認(rèn)真的閱讀這些與我的設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，從而我的專業(yè)涵養(yǎng)得到了提高，知識(shí)的儲(chǔ)備量也有所增加。在做設(shè)計(jì)時(shí)，我復(fù)習(xí)了很多專業(yè)課的知識(shí)，這使得我的專業(yè)知識(shí)在離校之前得到了鞏固。在這次設(shè)計(jì)中遇到了很多實(shí)際性的問(wèn)題，在實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一定的出入的，所以有些問(wèn)題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯(cuò)誤思維。電路設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西，它反映了你解決問(wèn)題的邏輯思維和創(chuàng)新能力。它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中大部分時(shí)間是用在單元電路的理解和設(shè)計(jì)上面。很多單元電路是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個(gè)單元電路才是關(guān)鍵的問(wèn)題所在。這次設(shè)計(jì),讓我受益匪淺。我對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的邏輯關(guān)系等有了一定的認(rèn)識(shí)，對(duì)以前學(xué)的數(shù)字電路又有了一定的新認(rèn)識(shí)，溫習(xí)了以前學(xué)的知識(shí)，就像人們常說(shuō)的溫故而知新，但在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了很多的問(wèn)題，有一些