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一、设计目的………………………………………………………3
二、设计要求……………………………………………………..3
三、设计器材……………………………………………………4
四、设计步骤…………………………………………………..…4
1.选手抢答部分……………………………………………4
2.显示部分及报警部分…………………………………..4
3.30进制30秒计数器…………………………………….5
4.计数过程截图…………………………………………….6
5.主持人清零电路…………………………………………….8
6.抢答过程………………………………………………….…9
五、总体电路图……………………………………………….12
六、protel实验设计截图……………………………………13
1.说明……………………………………………………13
2.Protel实验图………………………………………..13
3.封装图…………………………………………………14
4.布线图…………………………………………………15
5.覆铜图………………………………………………..16
6.3D立体图………………………………………….17
七、心得体会…………………………………………………19
一.设计目的
1、通过本课程设计的学习,学生将复习所学的专业知识,使课堂学习的理论知识应用于实践,通过本课程设计的实践使学生具有一定的实践操作能力;
2、掌握Multisim10和protel99se软件的使用方法,能熟练运用该软件设计并仿真电路;
3、学会用数字电子器件组成复杂系统的方法。
二.设计要求
1、抢答器分为7组,每组序号分别为1、2、3、4、5、6、7,按键1-7对应相应的组号按键,抢答者按动本组按键,组号立即在LED显示器上显示,与此同时,蜂鸣器u19进行报警,并封锁其他组的按键信号。
2、系统设置清除键,按下清除键后,LED显示器自动计时清零。
3、数字抢答器定时为30s,通过控制键启动抢答器后,要求30s定时器开始工作超过30秒后蜂鸣器进行报警同时锁存其他选手输入信号。
计数时间到时,报警器u17进行短暂的报警,如果有抢答者,则本次抢答无效。
4.抢答开始后,两个蜂鸣器同时发出声音提示开始抢答。
设计的总体示意图如下:
三:
设计器材
单刀单掷开关,单刀双掷开关,电源和地,74LS00,74LS04,74LS10,74LS373,74LS148,74LS160,BUZZER报警器,4引脚数码管,方波信号发生器以及导线和电阻等。
四:
设计步骤
1.选手抢答部分:
此部分分为7组,分别为7个单刀双掷开关控制输入情况,当各组选手按下相应的按键之后,表示本组进行抢答,并由电路的其他部分显示抢答的组号和进行报警。
当没有按键按下的时候,开关上的电压保持为高电平即5V电压,每一个开关都通过一个180欧姆的电阻和电源相连,单刀双掷开关的另一端接到大地上。
本组开关可以使用按键开关进行代替,当开关没有按下的时候,保持5V电源电压,当按下的时候输出低电平即0V电压,简化按键的按法,一边选手更方便的进行抢答,使得本电路的设计更为人性化。
2.显示及报警部分:
本部分中,选手的组号将在此处显示。
报警器在有选手进行抢答的时候,进行报警提示其他选手已经有人进行抢答,并LED显示器上进行显示组号。
此时如果再有其他选手进行抢答时候,则抢答是无效的。
电路中采用74LS148优先译码器进行编码,并且不适用第一组即第0号引脚,故在电路中直接将0号引脚接地,作为主持人清零时候的显示数字0。
编码之后,在经过74LS04D非门进行反向输入373锁存器。
经过锁存后输入数码管显示器,同时进行显示选手的组号。
在锁存部分,采用74LS15和74LS10以及74LS04反相器作为组合进行控制锁存器的输入锁存信号,无人抢答的时候非门U10输出时是高电平,当有选手输入时,经过组合后在非门上端输出低电平同时锁存373的当前信号,并在数码管上显示相应的选手号码。
而且在蜂鸣器左侧是高电平,激发蜂鸣器进行报警提示。
此处设置蜂鸣器的报警电压是3V,1000HZ。
3.30进制30秒计数器
本部分采用两片74LS160和373锁存器进行输入锁存方波的输入频率是0.1KHZ,在数码管显示30时候进行置零。
两片74LS160组合后形成30进制计数器(在0—30之间)。
当计数达到30时候,数码管显示数字自动恢复到0,并且在蜂鸣器U17处为高电平,促使蜂鸣器进行报警,锁存组号显示数码管阻止选手抢答。
当清零开关拨到地时候,计数器自动清零,显示数字00。
开关拨到高电平时候,自动开始计数。
当抢答开始时,两个蜂鸣器同时进行提示选手开始抢答,并且进行计数。
清零时候:
4。
计数过程截图:
当没有选手按下开关的时候,开关保持低电平输出,此时没有信号使得计数器停止计数,即显示器U2和U3继续进行输出表示时间不断地进行累加,随着时间的进行不断地进行计数,30秒到来时候若果仍然没有选手进行抢答那么就会使得蜂鸣器发声通知各个选手强大时间已经到达,无法进行再一次的抢答。
本部分采用74LS160和74LS373实现相关的功能,再加上非门74LS04和与非门74LS00电路构成清零和报警电路,使用外部电路的信号发生器而且也更加精确,避免了自己设计时候带来的误差,更加完善了本电路的功能。
5.主持人清零电路:
主持人按下清零开关后,两片74LS160D同时在CLR端口呈现低电平,使得两片74LS160D组成的电路进行清零,同时传递到两片74LS373锁存器中得以保存,即LED显示器同时显示00。
同时非门74LS00的作用是当计数器到达30的时候自动在置数端口load显示高电平使得置入输入端的数字即00信号,这就是本电路进行清零的原理。
当J9开关恢复到高电平时候,两个蜂鸣器同时报警,并且开始计数,提示抢答开始。
本电路中主持人控制度开关具有最高权限,控制整个电路的运作,如果主持人的清零电路保持为低电平,则选手是无法进行抢答的,因此,在进行抢答的时候主持人必须进行复位操作,以使得下一次的抢答能够正常进行。
6.抢答过程:
计时开始,无人抢答时:
在抢答开始后,如果无人进行抢答,计时器依然自动计时,在30秒之前都可以进行抢答。
超过30秒之后,蜂鸣器报警提示选手超时。
这个时候选手无法进行抢答,因为74LS373已经进行锁存,无法再次显示选手的抢答号码,即使选手进行按键操作也无法使得显示器进行显示。
所以,选手要想正确的进行抢答,必须在规定的30s的时间里进行抢答,否则系统自动判断选手的抢答是无效的,最终的抢答结果会显示在U2和U3的显示屏上,如果没有正确的抢答,显示屏U3和U2会显示00字符,表示没有选手进行抢答。
选手开始抢答:
当有选手进行抢答时候,锁存器373自动锁存其他选手的输入,并显示该选手的组号,在U17蜂鸣器进行报警,表示改组选手的抢答有效。
U17和U19两个蜂鸣器的报警频率并不相同,以进行区别超时报警和选手抢答报警。
某一选手开始抢答后,其他选手再次进行输入时候无效:
当有一个选手抢答后,电路进行一些列相关动作包括:
两片74LS15和74LS10D经过组合在47线的节点出现高电平,这个高电平使得后面的U19进行报警,然后经过非门74LS04D在48号导线呈现低电平,封锁其他选手,表示为373锁存输入,并进行报警,如果果在这个时候又有其他的选手进行输入,此刻由于373锁存器已经将首先抢答的选手的组号锁存,故此处即使有其他输入,也是不会显示的。
也就是说,谁首先抢答则显示哪组的选手号码,后来进行抢答的选手是不可能显示在显示屏上的,这正是本系统设计的功能所在。
示意图1:
五:
总体电路图:
六.protel实验设计截图:
1.说明:
在protel中可以添加本人制作的相关的设计所需要的原件库和原理图库,以及相应的封装库。
在实验过程中,所需原件均在作业文件夹所在的库中,所以必须要加入所设计的相关库内容,才可以进行相关的测试。
2.protel实验图:
根据实验的原理和设计,得到如下实验电路图。
3.封装图:
利用实验文件夹中设计的库中的封装加载到protel99se中之后,就可以调入到pcb文件中,进行封装设计,不过,调入进来之后,还需要手动进行元件的安排,使得相关的元件排列的更紧凑,更合理,以实现pcb班的更合理的使用,减少布线的麻烦,从而减轻pcb制版的花费,节省开支。
在元件的安排的过程中还要注意人机关系的安排,比如说当我们安排一个电源插座的时候,就应该注意他的方向是怎样的,是否影响我们的使用的方便,是否利于选手进行合适的抢答,电源线的方向是否有妨碍我们的正常使用,这些因素我们在布线的过程中都应该加以考虑,避免不是和的PCB制作出来或者不适合实用的板子。
合理的安排元件的位置还可以使得pcb制版更美观,性能更优。
4.布线图:
在布线时候,可以选择手动布线,也可以选择自动布线。
但自动布线往往无法达到我们需要的实验的效果,因此我们常常采用手动布线的方法,使得布线更加美观,更加实用,同时还可以安排原件的特殊情况,比如电源线和地线需要我们格外加粗一下(正常情况下应该保持30mil到50mil之间),因为流过这两条线的电流通常比较大,产生的热量也比其他线多很多,所以我们必须加粗电源线和地线,使得他们更好的进行散热,这样也可以是我们的设计更加合理。
还有必须使得各条线之间的间距大于10mil,防止各条信号线之间进行干扰。
布线中也不得出现类似尖角的布线情况,以防止电路的信号变化的时候发生辐射现象,各个模块之间彼此发生相互干扰,影响电路的功能的实现或者信号无法正确的到达。
5。
覆铜图:
布线之后,我们需要对电路板进行覆铜,完成之后pcb版图如下所示:
6.3D立体图:
在protel99se中,给我们提供了许多视图方式,方便我们更好的进行各个方向的观察自己制作的版图情况。
选择view—3Dboard,可以看到立体效果,更方便我们进行pcb板的观察,以下是相应的设计的不同视图,由于在制作单刀双掷开关的时候受物理实验的影响,误以为单刀双掷开关的封装图是三角形,由于我第一次尝试使用PROTEL99SE没有经验,将单刀双掷开关的丝印图画错了,导致版图的开关部分并不正确,但由于时间仓促没有来得及及时更正,还请老师见谅,在以后的学习中我一定保证不再出现这样的错误。
调整PROTEL99SE菜单的view下的查看方式,然后进行各个部分的截图,得到的俯视图和底视图分别入下所示:
底视图:
由于本次绘图中采用两层的电路进行覆铜和布线,以下是电路板的背面视图,由此图中,我们可以清楚的看到背面电路板的布线情况,更好的进行了解电路板的相关情况。
七.心得体会
通过这次课程设计,我学会了熟练掌握仿真软件Multisim的应用,对数电这门课有了更深一层的理解,懂得了将书本知识与实际电路相结合,熟练掌握了multisim等软件的应用,并接触实用了Protel99se,总结出不同软件各有所长。
设计仿真电路过程中要善于发现问题,总结经验。
不能盲目迷信书本的结果,要有自己的新思路和方法。
通过本次课程设计,是我深刻的了解到自己对许多软件的不足之处,只懂得一些肤浅的软件知识,而Multisim和Protel99se的强大的功能还没有深入的探寻,在以后的学习中,我一定谨记这次课程设计的经验和教训,使自己更好的得以提高。
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- 抢答 电路
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