四路抢答器毕业设计求职简历 23页

明达职业技术学院毕业论文(设计)2009－2010学年度信息工程　系　电子信息工程技术专业班级07电信（2）班学号43073221　　　　　　课题名称　四路数字抢答器的设计与制作学生姓名　　李国兵　　　　　　指导教师　　　杨伟华　　　　　　　　2009年12月25日-23- 目录摘要3第一章引言4第二章方案论证52.1设计方案52.1.1设计方案一52.1.2设计方案二62.1.3设计方案三72.2方案的比较7第三章电路分析与主要元件83.1直流电源的组成及各部分作用93.1.1整流滤波电路101单相桥式整流电路102电容滤波电路113集成稳压电路143.274LS系列集成块153.2.14D触发器74LS175153.2.2反相器74LS04163.2.3与非门集成电路74LS2017第四章电路安装与调试184.1安装与调试184.2测试数据波形18心得体会19致谢20参考文献21附录A电路总的电路图22附录B元器件清单表23-23- 四路数字抢答器的设计与制作【摘要】知识竞赛是工厂、机关、学校等单位广泛开展的活动,抢答器是知识竞赛不可缺少的设备。此设计的电路正实现了这一功能，当主持人清零后，这时抢答无效．只有当主持人开关按下，处于抢答状态，这时当有一个选手抢答后，抢答信号通过反向器输送到74LS175上,再送到发光二级管上,这样对应的发光二级管就会发光．这时锁存电路工作，以至于其它的选手再抢答时就无效了．当主持人清零后,发光二级管处于截止状态,发光二级管灯灭。【关键词】抢答器单相桥式整流4D触发器反相器与非门集成电路-23- 第一章引言毕业设计是高校实现培养目标的重要教学环节，对大学生的创新精神、实践能力和综合素质的培养有着十分重要的作用，同时也是对衡量高校办学质量和办学效益的重要评价内容。本课题研究要求、思路和方法：本设计要求用数、模电知识完成四路数字抢答器的设计与制作，抢答器没有时间的限制。要求：可同时多组选手参加比赛（我们这里四组），他们的编号分别是1，2，3，4，各用一个按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S1,S2,S3,S4.主持人设置一个控制开关S5，用来控制系统的清零和抢答的开始。数字抢答器应具有数码锁存功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存。要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。自制电路电源部分，独自完成电路的设计、组装与整机调试过程。优先判决电路是用来判断哪一个预定状态优先发生的电路，如判断知识竞赛中谁先抢答，S1，S2，S3，S4为抢答人按钮，S5为主持人复位按钮。当无人抢答时，S1-S4均未按下，D1—D4均为低电平，74LS175的输出端Q1—Q4均为零，LED发光极管不亮，74LS20输出为低电平。当有人抢答时，例如，S1被按下时，D1输入端为高电平，在时钟脉冲上升时，Q1翻转为1，对应的LED发光二极管亮。74LS20输出经74LS04反相后变为低电平，将脉冲封锁，此时74LS175的输出不在变化，其他的抢答者再按下按钮也不起作用了，从而实现了优先判决。这就完成了整个抢答过程。供四人用的数字抢答器装置线路，用以判断抢答优先权。它有四部分构成：四D触发器74LS175，它具有公共置0端和公共CP端；六个独立的反相器（6个非门）组成的74LS04和双4输入与非门集成电路组成的74LS20，以及电源开关部分。抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关S5，74LS175的输出Q1～Q4全为0，所有发光二极管LED均熄灭，当主持人宣布“抢答开始”后，首先作出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时，通过与非门送出信号锁住其余三个抢答者的电路，不再接受其它信号，直到主持人再次清除信号为止。-23- 第二章方案论证2.1设计方案根据任务书的要求，我初步拟定了三种设计方案，其相应工作原理、电路图将在第二章中一一阐述。2.1.1设计方案一图中F1为四D触发器74LS175，它具有公共置0端和公共CP端；F2为双4输入与非门74LS20；F3是由74LS00组成的多谐振荡器；F4是由74LS74组成的四分频电路，F3、F4组成抢答电路中的CP时钟脉冲源，抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关S，74LS175的输出Q1～Q4全为0，所有发光二极管LED均熄灭，当主持人宣布“抢答开始”后，首先作出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时，通过与非门F2送出信号锁住其余三个抢答者的电路，不再接受其它信号，直到主持人再次清除信号为止。2.2.1设计方案二-23- 每一路抢答器输入由一个与非门和一只470Ω电阻组成。电路利用触发器的清零和置位功能故触发器的类型不限。与非门G6被封锁，当有人抢答时，G4=1,G5打开.当555时基电路构成多谐振荡器输出方波，三极管VT导通扬声器发生声响，抢答器由控制电路、抢答电路和报警电路组成，如图所示抢答过程为：主持人先按动S键，所有触发器清零，于是/Q1=/Q2=/Q3=/Q4=1,指示灯均不亮。且G4=0，G6=O,VT截止。抢答后如A参赛者先按动开关，则G1向触发器FFA的SD端提供一个位置脉冲，使FFA的输出=0，LED亮，G4=1，G5打开，555电路组成的振荡器输出方波通过G6传送给三极管，扬声器发声，同时由/Q1引致G2与G3的低电平使G2的输出保持1，即使其他开光按动，其/Q2和/Q3的状态不会改变，从而实现抢答过程。2.1.3设计方案三图由4D触发器74LS175，六个独立的反相器（6个非门）组成的74LS04和用的双4输入与非门集成电路组成的74LS20组成的电路。抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关S5，74LS175的输出全为0，所有发光二极管LED均熄灭，当主持人宣布“抢答开始”后，首先作出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时，通过与非门送出信号锁住其余三个抢答者的电路，不再接受其它信号，直到主持人再次清除信号为止。-23- 2.2方案的比较根据毕业设计的精神“电路最简单，调试最方便，元器件来源有保障，安全可靠，成本最低”，同时也为了贯彻毕业设计的“创新，挑战自己”的宗旨，对于上述的三种方案我进行了比较。综合各方面因素考虑，设计方案三充分满足了本次毕业设计的要求，同时在元器件来源上可以得到保障，最终拟定用设计方案三进行毕业设计。-23- 第三章电路分析及主要元件在综合比较后，最终拟定用设计方案三进行毕业设计。下面我将分两大部分讲解该电路，从电路原理图可以分析该电路由两大部分组成：第一部分直流（定值）电源电路、第二部分抢答电路。其各自电路原理图如下图所示：电源电路：抢答电路：抢答电路-23- 3.1直流电源的组成及各部分作用利用单相交流电获得直流稳压电源一般由电源变压器、整流、滤波和稳压四部分组成，如下图所示：+电源+整流+滤波+稳压+u1u2u3uIU0_变压器_电路_电路_电路_u1u2u3uIU00t0t0t0t0t直流稳压电源的组成图中各部分的功能如下：1）电源变压器：将交流电网所提供的220V的电压变换成符合整流需要的交流电压;2）整流电路：利用具有单向导电性的元件如二极管，将正负交替的正弦交流电压变换成单方向的脉动电压；3）滤波电路：利用电感、电容等储能元件，尽可能地将单向脉动电压中的脉动成分滤掉使之输出比较平滑的直流电压：4）稳压电路：采用某种措施，使输出的直流电压在电网电压或负载电流波动时保持稳定。3.1.1输出固定电压的稳压电源设计1.确定稳压器的型号，输出电压和输入电流要求U0=+5V,故选用W7805型号;保证稳压器压差U1-U2≥2V，考虑到带载情况趣3V，故输出电压U1=（5+3）V=8V;当W7805的IQ取8mA时，输出电流I’O=IO(max)+IQ=(300+8)mA.2.桥式整流二极管参数要求正向平均电流：IF≥ID=1/2I’O=1/2*308mA=154mA。电源变压器的副边电压有效值：U2=U1/1.2=8V/1.2=6.7V，取U2=7V.最大反向电压：URM≥UR(max)=1.414U2=1.414*7V≈10V。因此，可以选择1N400X系列的整流二极管。3.滤波电容取C=1000uF-23- 电容器耐压：UCM≥1.414U2=10V取UCM≥25V，故可以选择电容器参数1000uF/25V。整流滤波电路的等效负载：R’L=1.2V2/I’O=1.2*7V/308A=27.3Ω。1.电源变压器容量副边电流有效值：I2≈（1.5～2）I’O=（1.5～2）*308mA=462～616mA,取I2为500mA。副边容量：P2=U2*I2=7V*0.5A=3.5VA。原边容量：设变压器效率0.6故P1=3.5/0.6VA=5.8VA。故平均容量：P=1/2(P1+P2)=1/2(3.5+5.8)VA=4.65VA。取P=5V,故选择220V/9V10W的变压器。电路图如下所示：3.1.2整流滤波电路利用二极管的单向导电性，将交流电压（电流）变成单向脉动电压（电流）的电路，称为整流电路。交流电分为三相交流和单相交流电，在小功率电路中一般采用单相半波、全波和桥式整流电路。本设计主用桥式整流电路。（1）单相桥式整流电路为了保留全波整流电路的效率高、脉动系数小的优点而克服其反向电压高的缺点，若使二极管承受的反向电压和半波电路一样，比全波整流电路减小一半，使二极管成本下降，可在此基础上多用几只二极管，如下图所示电路就基本解决了上述问题。图a:单相桥式整流电路-23- 1）电路组成及工作原理桥式整流电路由四只二极管组成一个电桥，电桥的两组相对节点分别接变压器二次绕组和负载。这种电路有如图a所示的画法。在工作时D1、D2、与D3、D4两两轮流导通。在U2正半周，二极管D1和D2正向导通，而D3、都反向截止，形成负载电流iO,iO流通的路径为：a—D1—RL—D2—b—a,U2=RL（两端电压）。在U2的负半周，二极管D3和D4正向导通，而D1、D2反向截止，形成负载电流iO，iO的流通路径为b—D3—RL—D4—a—b,U0=-U2.由此可见，不论哪两只二极管导通，负载电流的方向都始终保持不变。电路各处电压、电流波形如图所示。2）输出直流电压U0由桥式整流电路的波形可知，其输出电压及流过二极管的电流与全波整流的波形相同：U0=0.9U23)整流二极管的选择由桥式整流电路的波形可知，每只二极管截止时所承受的反向电压为变压器副边电压峰值，因此，各二极管所承受的最大反向电压为URM=1.414U2虽然是全波整流，由于二极管仍然是只有半周期导通。此值与半波整流电路相同，负载上的电流是这个数值的2倍。（2）电容滤波电路-23- 经过整流后，输出电压在正负方向上没有变化，但输出电压波形仍然保持输入正弦波的形状，起伏很大。为了能够得到平滑的直流电压波形，需要有滤波措施。在直流电源上多是用电抗元件对交流信号的电抗性质，将电容器或电感器与负载电阻恰当连接而构成滤波电路。电容有通高频、阻低频的作用，将其直接并在整流电路后面，可以让高平电流通过电容流回电源，从而减小流入负载的高频电流，降低了负载电压的高频成分，减小了脉动。下面讨论电容滤波电路的工作原理，为了讨论问题的方便，我们以半波整流电容滤波电路为例进行分析。电路图如下所示：1）工作原理图a所示的为半波整流滤波电路。如前所述，在没有接电容时，整流二极管VD在u2的正半周导通负半周截止，输出电压u0为图a（b）中虚线所示。而在并接了电容以后，假设在t=0时接通电源，则当u2由零逐渐增大时，二极管VD导电。由图a（a）可见，二极管导通时除了有一电流i0流向负载外，还有一个电流向电容充电，电容两端的电压uc的极性为上正下负。如果忽略二极管导通时的内阻，则在VD导通时，uc（即输出电压u0）等于变压器次级电压u2。而当u2到达最大值以后开始下降，此时电容上的电压uc也将由于放电而逐渐下降。当u2下降到小于uc（即u2＜uc时，二极管被反向、偏置而截止。于是uc以一定的时间常数按指数规律下降，直到下一个正半周到来。当u2＞uc时，二极管又导通，再次向电容C充电。输出电压uc=u0的波形如图a（b）中实线所示。与半波整流电路比较，可以看到，由于电容的滤波作用，输出电压比无电容器时平滑多了，且直流成分也增加了。(a)电路结构（c）电路工作原理示意图-23- (b)信号波形（d）电容的平滑作用图a半波整流电容滤波电路电容器在全波整流电路或桥式整流电路中的滤波原理与半波整流电路中的类似，其原理电路和波形如图b（a）和（b）所示。所不同的只不过是，在桥式（或全波）整流电路中，无论输入电压u2的正半周还是负半周，电容器C都有充电过程。而且从图b（c）和（d）比较中可看出，全波（或桥式）整流电路经电容滤后的输出电压比半滤波时更平滑，且直流成分更大些。（a）全波整流电路（b）全波整流波形图（c）半波整流波形-23- （d）全波整流波形图b桥式整流电容滤波电路2)输出直流电压在有电容滤波的整流电路中，要对其输出直流电压进行准确的计算是很困难的，工程上一般按下列经验公式进行估算。当电容的容量足够大，满足RLC≥(3-5)T/2(T为电压的周期)时对于半波整流电容滤波：U0≈U2对于全波（或桥式）整流电容滤波：U0=1.2U21）滤波电容的选择为了得到比较好的滤波效果，在实际工作中常根据下式选择电容的容量。对于半波整流：RLC≥(3-5)T对于全波或桥式整流：RLC≥(3-5)T/2由于电容值比较大，约为几十至几千微法，一般选用电解电容，接入电路时，注意极性不要接反。电容器的耐压值应大于1.414U2。3.1.3集成稳压器电路集成稳压器的类型很多，在小功率稳压电源中，普遍使用的是三端稳压器。按输出电压类型可分为固定式和可调式，此外又可分为正电压输出或负电压输出两种类型。（1）固定电压输出稳压器常见的有CW78（LM78）系列三端固定式正电压输出集成稳压器；CW79（LM79）系列三端固定式负电压输出集成稳压器。三端是指稳压电路只有输入、输出和接地三个接地端子。型号中最后两位数字表示输出电压的稳定值，有5V、6V、9V、15V、18V和24V。稳压器使用时，要求输入电压UI与输出电压Uo的电压差UI-Uo≥2V。稳压器的静态电流Io=8mA。当Uo=5~18V时，UI的最大值UImax=35V；当Uo=18~24V时，UI的最大值UImax=40V。（2）可调式三端集成稳压器可调式三端集成稳压器是指输出电压可以连续调节的稳压器，有输出正电压的CW317系列（LM317）三端稳压器；有输出负电压的CW337系列（LM337）三端稳压器。在可调式三端集成稳压器中，稳压器的三个端是指输入端、输出端和调节端。稳压器输出电压的可调范围为Uo=1.2~37V，最大输出电流Iomax=1.5A。输入电压与输出电压差的允许范围为：UI-23- -Uo=3~40V。3.274LS系列集成块本次设计我主要选用了3种74LS系列集成块，分别为4D触发器74LS175，六个独立的反相器（6个非门）组成的74LS04和用的双4输入与非门集成电路组成的74LS20。以下内容分别讲解集成块的引脚功能、内部结构示意图、以及真值表。3.2.14D触发器74LS175-23- 3.2.2反相器74LS04-23- 3.2.3与非门集成电路74LS2074LS20真值表-23- 第四章电路的安装与调试4.1安装与调试按原理图所示的电路结构及元器件实际尺寸装板调试连接元器件。本次设计的电路看似简单，但实际上涉及到的内容非常多，既是一次挑战又是一次难得的学习机会。首先在面包板上安装调试，只有调试成功了电路装好后可以进行调试,接通电源,然后可依次试验各路抢答按钮开关,要搞清楚发光二极管与抢答按钮开关的对应关系.某一路首先按下,与之对应的发光二极管就会亮起来.如果某一路出问题,就应检查与那路相应的元器件是否组装正确,一般情况下只要组装正确,不需要调试就可工作.在这两大过程中失败过很多次，出现了不少的问题。第一次插板完成后，经调试没有任何的现象，但经过老师的指导下才发现插板不规范，可能导致电路接错。在前面的教训下，我按照电路的原图规范的布局好，然后再插板，安装好之后又检查了好多遍，但经调试结果还是没有任何的现象，经过多次的排查后才发现问题出在了开关上面，由于面包板底层接触不良导致开关接触不良，经处理后，能出现正确的实验现象。在直流电源制作方面，应注意整流桥和稳压管引脚的接法。正确运用示波器来检测变压器输入波形和整流后的直流波形，所以在整个过程中一定要认真对待每一步。熟练掌握各种电子器件的使用。4.2测试数据波形在电路工作状态下74LS175引脚输出电压，从原理图分析可知S1按下74LS175引脚输出电压等价与S2、S3、S4按下对应引脚输出电压。S1按下361114数据/V0.84.44.44.4在直流稳压电源制作上主要测试各个输出波形，如下图所示：各阶段输出波形-23- 心得体会本次毕业设计是四路数字抢答器的设计与制作，运用的是学过的数字电路和模拟电路的知识。在元器件方面，起初我对74LS175、74LS04和74LS20集成芯片的内部结构不太清楚，但在网上查了很都资料才对其有一定的了解。在整个设计方案选择过程中，通过方案比较，最终拟定由上述芯片组成的四路抢答电路，从元器件的领取，到最后电路功能的实现，可以说是效果简单，过程复杂，在电路初次连接完成后，电路无预计中的现象，通过老师的指导和自己反复检查，在第二次重装后，电路能正常工作，且现象明显，测试数据在理论范围之内。本次设计总体来说是一个知识反馈，考验动手能力的学习机会。｜通过本次抢答器的设计，真正体验到了一个设计从前期的找资料到最后方案的拟定，检验成果，自己调试这样一个一个完整的设计过程。在这个过程里将以前所学的知识进行了综合的运用，发现了自己很多不足的地方，理论知识与实际应用之间的距离也充分的体现了出来。当然，更多的是学到了很多的东西，为以后的设计打好基础。-23- 致谢本课题是在杨伟华老师精心指导和大力支持下完成的。杨伟华以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。她渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。同时，在此次毕业设计过程中我也学到了许多了关于电子电路方面的知识，实验技能有了很大的提高。另外，我还要感同学们对我的无私帮助，使我得以顺利完成论文。同时感谢实验室的张海燕老师积极为我们提供元器件,还有杨毅德教授对我们设计成品的指导，在此我也衷心的感谢他们。最后，再次对关心、帮助我的同学和老师表示衷心的感谢.-23- 【参考文献】[1]张庆双.灯光控制经典实用电路.机械工业出版社，2007。[2]童诗白.模拟电子技术基础（模拟部分）北京：高等教育出版社，1988。[3]陈小虎.电工电子技术.北京：高等教育出版社，2005。[4]张志悦.数字电路设计与实用电路.广州:华南理工大出版社.1991。[5]张宪，何宇斌.电子电路制作指导.化学工业出版社，2006。[6]周良汉，方向乔.数字电子技术基础.高等教育出版社，2002。[7]叶挺秀.电工电子学.北京：高等教育出版社，2000。[8]刘秋艳，刘景文，胥宝萍，任志娟.Protel99SE电路设计.中国铁道出版社，2005。附录A电路总电路图-23- 抢答电路附录B元器件清单表序号名称规格型号位号数量-23- 1电阻器10KR1、R2、R3、R44支2电源变压器输入220V输出9V1支3桥式整流电源IN40071个4电解电容1000uFC82支5电解电容0.33uFC91支6电解电容0.1uFC101支7三断稳压器LM78051个8发光二极管红、白LED4个9六倒相器74LS041个104输入双与非门74LS201个114D触发器74LS1751个12开关5个仪器设备：万用表示波器剪刀、电烙铁、烙铁架、焊锡丝、面包板、导线若干、直流稳压源等-23-