数字电子技术基础课程设计报告.doc

扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题 目： 智力竞赛抢答器 课 程： 数字电子技术基础 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气XXXX班 学 号： XXXXXX 姓 名： XXXXXX 指导教师： XXX 完成日期： 2012.XXXX 总 目 录第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告第 一 部 分任务书数字电子技术基础课程设计任务书一、课程设计的目的本课程是在学完数字电子技术基础、数字电子技术实验之后，集中两周时间，进行的复杂程度较高、综合性较强的设计课题的实做训练。主要包括：方案论证、系统电路分析、单元功能电路设计、元器件选择、安装调试、计算机辅助设计、系统综合调试与总结等。使学生在数字电子技术基本知识、实践能力和综合素质、创新意识、水平诸方面得到全面提高，为后续课程的学习，为培养应用型工程技术人才打下重要基础。通过本课程设计可培养和提高学生的科研素质、工程意识和创新精神。真正实现了理论和实际动手能力相结合的教学改革要求。二、课程设计的要求1、加强对电子技术电路的理解，学会查寻资料、方案比较，以及设计计算等环节，进一步提高分析解决实际问题的能力。2、独立开展电路实验，锻炼分析、解决电子电路问题的实际本领，真正实现由知识向技能的转化。3、独立书写课程设计报告，报告应能正确反映设计思路和原理，反映安装、调试中解决各种问题。三、课程设计进度安排1、方案设计；(一天)根据设计任务书给定的技术指导和条件，进行调查研究、查阅参考文献，进行反复比较和可行性论证，确定出方案电路，画出主要单元电路，数据通道，输入、输出及重要控制信号概貌的框图。2、 学习EDA开发工具：(半天)学习MUXPLUS开发工具，学习CPLD器件的开发方法。3、 各单元电路设计：(一天半) 根据方案设计框图，用原理图法或者VHDL语言设计个单元模块，并进行仿真测试。4、 用Top to Down的方法完成系统顶层原理图的设计：(1天)用Top to Down的方法完成系统顶层原理图的设计，并进行系统整体功能的仿真。5、 电路制作：(半天)熟悉试验系统，完成对CPLD器件的编程下载，根据设计的电路完成硬件电路的搭接，调试实验。6、 总结鉴定：(半天)考核样机是否全面达到现定的技术指标，能否长期可靠地工作，并写出设计总结报告。四、设计题目及内容智力竞赛抢答器（1）、抢答器为四路；（2）、显示出最先抢答器的号码；（3）、带裁判员启动控制按钮；（4）、裁判员启动后，30秒后无组抢答，抢答器停止工作（应显示30秒递减时间）。五、设计要求1、 用可编程器件（FPGA/CPLD）设计出所要求的电路；2、 在EDA编程实验箱上编程、调试出所设计的电路。3、 写出设计、调试、总结报告。六、使用仪器设备1、 稳压电源(±5V，±15V)；2、 实验电路箱；3、 低频信号发生器；4、 示波器5、 PC机（装有MAX+PLUSII软件）；6、 YDND1型数字电子综合实验系统等。七、参考文献1、“模拟电子技术基础”和“数字电子技术基础”教材；2、有关“电子技术课程设计指导书”；3、“集成电路特性应用手册”；7、 EDA技术使用教程8、 其他。八、设计总结报告主要内容1、 任务及要求；2、 系统整体框图及方案特点；3、 可编程器件概述；4、 各单元模块的设计（原理图设计或者VHDL程序设计）及仿真结果说明 (应结合系统整体框图写)；5、 顶层原理图的设计及说明；6、 顶层原理图的仿真结果及说明；7、 CPLD器件的编程下载；8、 硬件电路的实现；9、 实验结果分析(给出必要的波形，进行测量精度和误差分析)；10、设计、调试中出现问题的解决；11、改进意见及收获体会等。第 二 部 分课程设计报告目 录1 设计任务及要求.（19）2 系统总体设计方案.（19）2.1 总体设计方案.（19）2.2 方案特点.（20）3 控制电路设计.（20） 3.1 控制电路基本原理.（20） 3.2 参数计算.（22）3.3 器件选型.（22）4 振荡电路设计.（22） 4.1振荡电路设计基本原理.（22）5 计数电路器设计.（22） 5.1计数电路器设计基本原理.（22） 5.2参数计算.（23）5.3器件选型.（23）6 译码显示电路设计.（23） 6.1译码显示电路工作原理.（23） 6.2参数计算.（24）6.3器件选型.（24）7系统整体电路设计.（24） 7.1电路说明.（24）8 电路调试.(25)8.1振荡电路调试及实验结果分析.（25）8.2 计数电路调试及实验结果分析.（25）8.3 系统联调及其结果分析.（25）9 改进意见及收获体会.(26）10 器件明细清单.（26）参考文献.（27）附录.(28) 设计成果展示.(28)1 设计任务及要求该电路的根本任务时准确的判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可用触发器和锁存器等。在得到第一信号后应立即将电路的输入封锁，即使其他组再次发出抢答信号也无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二级管直接指示出组别。1 . 基本功能(1)抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S0 S3表示。(2)设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。用来控制系统清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。(3)抢答器具有锁存与显示功能。即抢答开始后，选手按动按钮，锁存相应的编号，并在编号显示器上显示该编号。同时封锁输入编码电路，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除为止。(4)抢答器具有定时抢答功能。要求定时器开始倒计时，并用定时显示器显示倒计时时间。参赛选手在设定时间30秒内抢答，抢答有效，同时定时器停止倒计时，编号显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。(5)如果定时抢答时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警，并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。2 系统总体设计方案2.1 总体设计方案系统组成框图图一 系统组成框图2.2 方案特点定时抢答器的总体框图如图所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。图中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，定时显示器显示设定的时间，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，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：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；扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；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；控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。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。3 控制电路设计3.1 控制电路基本原理图2 抢答锁存电路图三 译码电路图二中的抢答部分由4个D触发器组成，CLK分别作为四位选手的抢答控制端，每一个D触发器D输入端与另外3个的输出非端经过与门后相接，构成抢答锁存功能，即每当四个开光中有一个开关打开时，就会有一个上升沿脉冲，使得输出非端为低电平，从而使得其余3个的输入端均为低电平。图三的译码电路将输入的抢答信号转换为数码管可以识别显示的信号，即：将抢答输出：“1000”转换为“0001”，“0100”转换为“0010”，“0010”转换为“0100”，“0001”转换为“1000”。3.2 参数计算此次课程设计课题都由开关控制无相关计算内容。3.3 器件选择一个EPM7128SLC84-6可下载集成块，三个数码管及其三个七段译码器，一个蜂鸣器，五个开关。4 振荡电路设计4.1 振荡电路工作原理 此次振荡电路信号由实验箱上的2Hz频率信号代替。5 计数电路设计5.1 计数电路工作原理图四 30进制减法计数电路图四中g1_g4为个位输出端，s1-s4为视为输出端，co端为十进制的进位输出端，caipan端为主持人控制复位端，jishumaichong端为脉冲 信号输入端。5.2 参数计算此次课程设计课题都由开关控制无相关计算内容。5.3 器件选择 2个同步十进制可逆加减计数器74192，2个数码管6 译码显示电路设计6.1 译码显示电路工作原理图五 译码电路图五的译码电路将输入的抢答信号转换为数码管可以识别显示的信号，即：将抢答输出：“1000”转换为“0001”，“0100”转换为“0010”，“0010”转换为“0100”，“0001”转换为“1000”。其中qdq为抢答锁存电路生成的模块。6.2 参数计算由输入输出逻辑关系得：a=A1A2A3A4+A1A2A3A4b= A1A2A3A4+A1A2A3A4c= A1A2A3A4d=0n= A1+A2+A3+A46.3 器件选型4个4输入与门2个2输入或门一个4输入或门7 总体电路设计图6 总体电路7.1电路说明（1）Zhchr 为主持人控制输入端，1，2，3，4为四位选手输入控制端，Qianda为抢答锁存以及译码电路生成的模块，30为30进制减法计数器电路生成的模块Fmqi为蜂鸣器控制电路生成的模块，Zhdq为2KHz振荡信号输入端，a1,a2,a3为显示抢答信号选手号码的数码管连接端，b1,b2,b3,b4为显示个位数码管连接端,c1,c2,c3,c4为显示十位数码管连接端（2）当主持人启动系统时计数器开始30倒计时，如果选手抢答则显示抢答选手号码，计数器停止并保持显示抢答时间，另外，蜂鸣器发出滴滴的响声提示有人抢答：如果没人抢答，则计数器到00时，蜂鸣器发出滴滴的响声，抢答系统终止抢答。（3）每次抢答结束后，主持人重新复位开关，再次启动后才可以进行抢答。8 电路调试8.1振荡电路调试及实验结果分析此次课程设计中振荡信号使用的是实验箱上的固定2KHz频率信号。8.2 计数电路调试及实验结果分析图七 计数仿真波形此电路仿真波形正常8.3 系统联调及其结果分析图八 总电路仿真波形总电路在测试调整仿真中一切正常，与预计的效果及其功能相符合。当主持人启动系统时计数器开始30倒计时，如果选手抢答则显示抢答选手号码，计数器停止并保持显示抢答时间，另外，蜂鸣器发出滴滴的响声提示有人抢答：如果没人抢答，则计数器到00时，蜂鸣器发出滴滴的响声，抢答系统终止抢答。每次抢答结束后，主持人重新复位开关，再次启动后才可以进行抢答。9 改进意见及收获体会通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和连接图，和芯片上的选择。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。 我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。 平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。 经过两个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。 而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！ 这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！10.元器件清单序号名称数量 1EPM7128SLC84-612七段译码显示器74LS4833数 码 管34实验箱15导线若干11. 参考文献1阎石. 数字电子技术基础（第五版）.高等教育出版社.2008.52童诗白.模拟电子技术基础（第四版）.高等教育出版社.2006.6附录设计成果展示