数字电子课程设计报告书.doc

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1、 武 汉 工 程 大 学数字电子课程设计-电子拔河机报告书 专业班级：12届电气工程及其自动化01班 姓名： 学号： 指导老师： 电气信息学院数字电子课程设计任务书设计名称 电子拔河机学生姓名 指导老师 起止时间 2014年5月20日至2014年6月12日一、 课程设计目的 1、 掌握四数计数器 CC4518，CC4514 的原理及使用，显示电路原理。 2、熟悉与与门、与非门、异或门的使用。 3、掌握实验电路的工作原理。 4、培养独立分析故障及排除故障的能力。二、课程设计任务和基本要求设计任务1、设计一个能进行拔河游戏的电路。 2、 电路使用 15 个发光二极管，开机后只有中间一个发亮，此即拔

2、河的 中心点。 3、游戏双方各持一个按钮，迅速地、不断地按动，产生脉冲，谁按得快， 亮点就向谁的方向移动，每按一次，亮点移动一次。4、亮点移到任一方终端二极管时，这一方就获胜，此时双方按钮均无作 用，输出保持，只有复位后才使亮点恢复到中心。5、用数码管显示获胜者的盘数。三、基本要求： 1、 能够实现设计任务的基本功能；2、 要求依据电子拔河游戏机的任务要求，运用数字电子技术的理论设计、 制定实验方案，并撰写课程设计论文要求符合模板的相关要求，字数要 求 3000 字以上。电气信息学院数字电子课程设计 指导教师评价表学院电气院年级专业12级电气自动化1班学生姓名学生学号题目电子课程设计电子拔河机

3、一、 指导老师评语 指导老师签名： 年 月 日二、 成绩评定 指导老师签名： 年 月 日目 录摘要.6 Abstract.6第一章 绪论.71.1 电子拔河机简介.71.2 课程设计目的.7第二章 方案设计与分析.82.1 方案分析.82.2 电子拔河机工作原理框图.82.3 电路模拟图.9 第三章 电路各部分设计.103.1整形电路设计.103.2 编码电路.113.3 译码电路.123.4 控制电路.133.5 计数器电路（胜负显示).133.6 复位控制.14第四章 安装与调试.154.1安装.154.2拔河机实物图.164.3 调试过程.17第五章 元件清单和芯片引脚图.185.1元件

4、清单.185.2芯片引脚图.19第六章 总结与致谢.226.1课程设计总结.226.2致谢.23第七章 参考文献.24思考题.25 摘要随着电子技术的发展，电子游戏成为了日常生活中重要的娱乐方式。电子拔河机是我们设计的一种类似实际拔河的电子游戏。电子拔河机的具体游戏设计思路如下：用7个发光二极管代替绳子，一开始仅有正中间的二极管发光。比赛双方通过快速按动A B两个轻触按钮产生脉冲，发光点会朝着按动的快的一方移动。直到光点到达任意一端端点，到达端点后，继续按动按钮无效，计数器记录分数，通过复位可以重复上过程，在规定的次数内，哪一方分数高就哪一方获胜。通过计数器清零，可进入下一次游戏。关键词：电子

5、拔河机 发光二极管 设计思路 产生脉冲 计数器AbstractElectronic entertainment in people occupy an increasingly important role.So we designed electronic tug of war machine the electronic game.Following our design ideas, with 7 light-emitting diodes to replace the rope, only the beginning of the intermediate light-emitting

6、 diodes.Game player by pressing the A, B two buttons to control the light.Window will move towards the side push fast.When the window to any one endpoint, button not work, at the same time counter counts. Through the reset can repeat the process.Within the prescribed number of times, whoever high sc

7、ore wins.Through the counter reset, reset the game.Key Words: Electronic tug of war machines Light-emitting diodes Design ideas pulse counter .第一章 绪论1.1电子拔河机简介 电子拔河机是一款利用数字电子技术设计的代替实际拔河的游戏，具有操作简单，趣味性强的游戏设备。电子拔河机利用7个发光2级管代替绳子，以两个可以产生脉冲的按钮代替参赛选手，通过按动按钮产生脉冲，脉冲产生快慢，代表拔河力度大小。一方获胜后计数器会记录分数，规定比赛次数内哪方获胜。1.2

8、课程设计目的巩固和加深所学电子技术课程的基本知识，提高综合运用所学知识的能力；培养学生根据课题需要选用参考书、查阅手册、图表和文献资料的能力，提高学生独立解决工程实际问题的能力通过设计方案的分析比较、设计计算、元件选绎及电路安装调试等环节初步掌握单实用电路的工程设计方法 提高学生的动手能力掌握常用仪器设备的正确使用方法，学会对简单实用电路的实验调试和对整机指标的测试方法， 了解与课题有关的电路以及元器件的工程技术规范，能按课程设计任务书的要求编写设计说明书，能正确反映设计和实验成果，能正确绘制电路图等第二章 方案设计与分析2.1 方案分析分析1） 本课程设计所设计电子拔河机，有7个发光二极管排

9、成一行，开机后只有中间的二极管亮，作为游戏中线，双方各持一按键，通过按键产生脉冲，谁按的快，亮点就向哪一方移动，到达任意端点，这是按键无效，只有经复位后才能是亮点回归中点。2） 当一方获胜后，电路实现自锁，使得减脉冲无效，同时计数器自动增分。3） 控制电路应能控制从按键产生脉冲信号进入计数器的加减脉冲输入端，进入方向由双方按键信号决定。 2.2 电子拔河机工作原理图 图1 电子拔河机工作原理框图2.3电路模拟图由以上分析我们可以通过软件Multisim来进行电路模拟，下面的图2是电路仿真模拟图。关于仿真图各部分原理及其介绍第三章将具体介绍。图2 电子拔河机模拟电路图第三章 电路各部分设计3.1

10、 整形电路设计 由与门 74LS08 和与非门 74LS00 构成。因 74LS193 是可逆计数器，当电路要进行加计数或减计数时，另一端口必须保持高电平才能正常计数。若直接由 A、B 键产生的脉冲加到 5 脚或 4 脚，就有很多时机在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，使计数器不能计数，双方按键均失去作用，拔河比赛不能正常进行。所以加一整形电路，使 A、B 两键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，产生一个延迟，这样就减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数。电路图如下图所示。图3 整形电路3.2 编码电路：由双时钟二进制可逆计数器74

11、LS193构成，它有2个输入端，4个输出端，能进行加减法计数。下面是74SL193的引脚图，引脚功能表以及真值表 图4 74LS193芯片引脚图图5 74LS193引脚功能表注：H=高电平 L=低电平 X=不定（高或低电平） =由“低”“高”电平的跃变图6 74LS193真值表3.3译码电路 由4线-16线译码器CC4514构成.译码器的输出00到015中选出7个和发光二级管相连。发光二极管负极接地，正极接4514译码器：这样，当输出为高电平时，发光二极管发光。 准备，译码器输入为0000，所以00端输出为1，中间发光二极管发光，当译码器进行加减法计数时，亮点左右移动。 译码电路如下图7所示

12、图7 译码电路3.4控制电路： 由与门 74LS08 和与非门 74LS00 构成，其作用是锁定电路。当亮点移到任何一方的终端时，判该方为胜，此时双方的按键均宣告无效。将双方终端指示灯的正接至与非门的 2 个输入端，当获胜一方为“1”，而另一方则为“0”，与非门输出为“1”，经与非门产生低电平“0”，再送到 74LS192计数器的置数端，于是计数器停止计数，处于预置状态，由于计数器数据端 D0、D1、D2、D3 和输出Q0、Q1、Q2、Q3 对应相连，输入也就是输出，从而使计数器对脉冲不起作用3.5计数器电路（胜负显示） 由计数器CC4518和译码显示器构成。将双方终端发光二极管正极经过与非门

13、输出后分别连接到两个CC4518计数器的CP端，CC4518的两组4为BCD码分别连接到实验板的两个译码器的8 、4 、2、 1上。当一方获胜后，该方终端的发光二极管发光，产生一个上升沿，使得相应计数器进行+1计数，于是就得到了双方的取胜次数的显示。图8 计数器电路3.6复位控制74LS193 的清零端 CR 接一个电平开关，作为一个开关控制，进行多次比赛而需要的复位操作，使亮点返回中心点。 CC4518 的清零端 RD 也接一个电平开关，作为胜负显示器的复位来控制胜负计数器使其重新计数。其中 CC4518 功能表下表所示：图9 CC4518功能表第四章 安装与调试4.1 安装 本次课程设计的

14、安装与调试进行了很多次，同组的同学都非常认真努力的去做了。下面就我们的安装调试过程进行简单的介绍。 安装一共进行了两次1）第一次安装，由于经验不足，导致元件布局不合理，也没用利用不同颜色的导线来区分底线和其他线路。做出来的板子外观不雅，布线混乱。 在6月3日去电气楼实验室进行调试，由于布线混乱，元件位置混乱等原因，无法进行整改，只能进行第二次安装。2） 第二次安装，我们吸取第一次失败的经验，在对模拟图进行分析时，对比我们拥有的元件，用画草图的方法找到了一种较为明朗的元件布局，为了避免线路混乱，我们利用线的颜色区分不同线路，比如底线全部采用黑色的导线。在分工合作上，我们一人负责连线布局，一人负责

15、将导线剪撑需要的长度，一人负责对照原理图，尽量减少连线过程中的错误。由于调试时间接近尾期，我们终于在晚上两点多将板子弄好了。4.2 电子拔河机实物图下图为本小组此次课程设计制作的电子拔河机实物图图9 电子拔河机实物图4.3 调试过程 第一调试，于6月3日进行调试。接通电源后发现，一开始仅有正中间的发光二极管发光。按A键产生脉冲，光点向左移动，但是按B键，光点不移动。光点到达做端点是，计数器不记录分数，且复位功能失效。由于第一次安装的板子布局混乱，线路难以辨认，且发现问题很多，经过小组商量，决定与其调整，不如重新安装。 第二次调试，在第一次调试之后，板子被拆卸重装，这次吸取上一次失败的教训，且有

16、室友教授一些小技巧，比如用颜色区分电路，连接的板子较上次美观，布局更加科学。在调试接通电源之后，有且仅有中间发光二极管亮。当A键按动较快时，光点向右移动，B键按动较快时，光点向左移动。但是到达端点后，复位键失效。对照着原理图和芯片引脚图，检查发现原因是40193的14号引脚接地是复位，但是我们借偏了一格，导致不能复位，纠正了这个错误，发现我们的拔河机能够正常工作。 至此，第二次调试成功。第五章 元件清单和芯片引脚图5.1 元件清单元件名称个数CD40113CC40301CD40811CC401931CD45141CD45182CC45112数码管21K电阻8200电阻18发光二极管LED7轻触

17、2面包板1导线若干5.2各芯片引脚图 图10 408引脚图 图11 4011真值表 图12 4081引脚图 图13 74LS40193引脚图 图14 CC4514引脚图 图15 CC4518引脚图图16 4518功能表第六章 总结与致谢课程设计总结 课程设计是培养学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重 要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程. 回顾起此次拔河游戏机课程设计，至今我仍 感慨颇多，的确，从构思到定稿，从理论到实践，在这一个多星期的日子里，可以说得是苦多于甜， 很辛苦，很纠结，但是从中本人又对数电中的一些既有知识有了新的认识，悟出了很多新的东

18、西，不 仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我 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，再通过上机动手仿真，才能提高实践能力。在设计的过程中遇到的问 题，可以说是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样很困难的问题，在设计的过程中 发现了自己的很多的不足，自己知识的很多漏洞，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够 牢固，看到了自己基础知识还是不够扎实，实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还待亟需提 高。在这个过程中，曾经为想不出解决方法失落过，也曾经

19、为仿真成功而热情高涨。生活就是这样， 汗水预示着结果也见证着收获。虽然这只是一次的较简单的课程设计，可是也耗费了我们不少的心血。 无论如何，就当它是一次数电的再认识吧！ 通过这次的课程设计，不仅知识上有了许多收获，精神上的丰收也更加可喜。这次课程设计让我 知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后 面还有更高的山峰在等待着我们去征服。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为 我大学旅途上一个非常美好的回忆！致谢 首先要感谢我们的知道老师戴丽萍老师，在此次的课程设计之中。戴老师尽自己最大的努力帮助知道我们。在建立的学习交流群中，总是热心的

20、，毫不厌倦的解答我们提出的问题。鼓励我们不要怕犯错误，要吃透原理。在调试过程，耐心帮助我们寻找错误，我们一些祖由于种种原因，错过调试时间或者调试失败的，戴老师抽出时间去实验室单独为我们辅导调试。 再要感谢的是同一个课程设计课题的同学们，在此次的课程设计过程中，一起做课程设计的同学帮了我们很多，在群里有问题的时候，总是很热心的帮忙分析解答。 最后要感谢的是我们小组的成员，是他们和我们一起努力完成了这次的课程设计，一次一次的调试排查，甚至重新安装。没有放弃，一直努力着，谢谢你们，和我一起努力。第七章 参考文献电子技术基础（第五版） 康华光. 高教出版社，2006年电子技术课程设计指导 彭介华. 高

21、教出版社，1997年电子线路设计、实验与测试（第三版） 谢自美. 华中科技大学出版社，2006年电子技术实验 汪学典. 华中科技大学出版社，2006年 数字电子技术实验指导书董宏伟，北京，中国电力出版社，第一版，2010数字电子技术基础李月乔，北京，中国电力出版社，第一版，2008思考题1、 共阴极同样是七段数码管的译码驱动电路，74LS48和CD4511在逻辑功能和控制引脚上有什么区别？答：74LS48和CC4511在逻辑功能和控制引脚上基本一样，只差第5脚，cc4511 的5脚，0时选通，1时取决于0时的BCD码。74LS48对此项无要求。2、设计中的整形电路的作用是什么,简单阐述。答：电

22、路要进行加计数或减计数时，另一端口必须保持高电平才能正常计数。若直接由 A、B 键产生的脉冲加到 5 脚或 4 脚，就有很多时机在进行计数输入时另一计数输入端为低电平，使计数器不能计数，双方按键均失去作用，拔河比赛不能正常进行。而整形电路的作用是通过整形电路使 A、B 两键出来的脉冲经整形后变为一个占空比很大的脉冲，产生一个延迟，这样就减少了进行某一计数时另一计数输入为低电平的可能性，从而使每按一次键都有可能进行有效的计数。3、 安装调试过程中有什么问题出现，怎么解决的？答：第一次调试发现无法正常工作，在整改过程中发现存在电气元件布局不合理，线路混乱的问题。我们的解决方法是拆卸问题严重的板子，重新规划布局，合理安排芯片位置，斌企鹅利用不同颜色的导线区分不同的线路，比如底线全部采用黑色导线。第二次调试过程中，我们发现拔河机一方获胜后无法复位。我们的解决办法是，在原理图上找出控制复位的线路，对比原理图，在实物板上找到这条线路，最后发现时线路错接了，改正之后，板子正常工作，调试成功了。