模电课设 电子 拔河.docx

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模电课设电子拔河

课程设计说明书

课程设计名称：

电子技术课程设计

课程设计题目：

电子拔河机器

学院名称：

电气信息学院

专业班级：

学生学号：

学生姓名：

学生成绩：

指导教师：

课程设计时间：

2017年6月23日至7月7日

格式说明（打印版格式，手写版不做要求）

（1）任务书三项的内容用小四号宋体，1.5倍行距。

（2）目录（黑体，四号，居中，中间空四格），内容自动生成，宋体小四号。

（3）章的标题用四号黑体加粗（居中排）。

（4）章以下的标题用小四号宋体加粗（顶格排）。

（5）正文用小四号宋体，1.5倍行距；段落两端对齐，每个段落首行缩进两个字。

（6）图和表中文字用五号宋体，图名和表名分别置于图的下方和表的上方，用五号宋体（居中排）。

（7）页眉中的文字采用五号宋体，居中排。

页眉统一为：

武汉工程大学本科课程设计。

（8）页码：

封面、扉页不占页码；目录采用希腊字母Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ…排列，正文采用阿拉伯数字1、2、3…排列；页码位于页脚，居中位置。

（9）标题编号应统一，如：

第一章，1，1.1，……；论文中的表、图和公式按章编号，如：

表1.1、表1.2……；图1.2、图1.2……；公式（1.1）、公式（1.2）。

课程设计任务书

一、课程设计的任务和基本要求

1丶了解电子拔河机的基本工作原理；

2丶完成电子拔河机电路的设计并分析计算单元电路，对元器件进行选型；

3丶使用仿真软件multisim完成电子电子拔河机电路基本部分和扩展部分的仿真；

4丶绘制电子拔河机电路设计电路图；

5丶组装、调试电子拔河机电路；

6丶进行实物检查、设计答辩并完成设计报告。

二、进度安排

1、6月23日—6月26日，布置任务及调研；

2、6月27日—6月28日，方案确定；

3、6月29日—7月2日，Multisim仿真软件设计与仿真、面包板搭建与调试电路；

4、7月3日—7月4日，答辩；

5、7月5日—7月7日，撰写并提交设计报告书。

三、参考资料或参考文献

[1]康华光.电子技术基础（第六版）.北京：

高教出版社,2013.

[2]谢自美.电子线路设计.实验.测试（第三版）.武汉：

华中科技大学出版社，2006.

[3]罗杰.电子线路设计·实验·测试（第5版）.北京：

电子工业出版社，2015.

摘要

此设计为制作一种游戏机，能够通过LED灯亮情况判断两个开关的开闭速度，能过通过七段数码管显示比分。

首先需要设计一个整形，消抖电路让可逆计数器40193芯片实现加减数功能。

然后通过4514，1个4线-16线的译码器组成译码电路，输出端接入七个LED灯，以判断哪个开关的按键速度较快。

同时将最边上的LED接入4018的CP端提供信号，通过4511译码连接七段数码管使七段数码管实现计数功能。

电路中，很细节在于将LED两端通过一个异或门和一个反相器接入了40193的CR端可以锁存最终的结果。

在4018中，两个芯片的MR相连，通过高低电平的转换实现清零。

游戏很公平，基本达到设计目的。

关键字：

整形，消抖电路，译码电路，清零信号，脉冲使能端

Abstract

Thisdesignismakedasagamemachine.ItcanjudgethespeedoftwoswitchthroughtheLED.ItalsocandisplaythescorethroughtheNixietube.

First,youshoulddesignashapingandditheringcircuitwhichcanrealizethefunctionofaddendandmeiosis.Then,youshoulda4514chipwhichcanformadecodingcircuit.TheoutputterminalconnectthesevenLED,whichjudgethespeedoftheswitch.Meanwhile,themostextremeLEDshouldbeconnectedtheCPofthe4018toprovidesignal.Chip4511shouldconnectthesevensegmentnixietubetorealizethefunctionofthecounting.Incircuit,twoendsoftubeareconnectedtheCRofChip40193throughaXORgateandaNANDgate,whichcanlatchthefinalresult.TheportCRofCHIP4018willbeconnectedtogethertorealizethefunctionofzerothroughthetransformationofthehighlevelandlowlevel.Thegameisequitableanditachievesthegoalbasically.

Keywords:

shapingandditheringcircuit,decodingcircuit,clearsignalterminal,pulseenableterminal

第一章绪论

1.1设计任务

设计并制作1个电子拔河机

1.2基本要求

（1）比赛开始，由裁判下达比赛命令，甲乙双方才能输入信号，否则，由于电路有自锁功能，使输入信号无效。

（2）“电子绳”由7个LED灯管构成，裁判下达“比赛开始”的命令后，位于“电子绳”中点的LED发亮。

甲乙双方通过按键输入信号，使发亮的LED向自己一方移动，并阻止其向对方延伸。

自己一方终点的灯亮时，游戏结束。

电路自动锁存信号，保持当前状态不变，由裁判使电路复位。

（3）计分电路由两个七段数码管分别对双方的得分进行累计，一方终点LED灯亮时，电路自动加分。

1.3设计目的

（1）了解并掌握电子电路的设计方法。

（2）学会使用软件Mulitisim对电路进行进行仿真

（3）掌握面包板的安装，布线，调试，故障排查的方法

第二章系统总体设计方案

2.1总体设计方案

系统总体设计方案如图2.1所示

图2.1总体设计方案

2.2电路设计与分析

2.2.1电路整体分析

采用可预置的加/减计数器40193芯片，用计数器的输出状态通过译码器4514控制LED发亮。

当计数器CPU得到一个上升沿时，使其加运算向甲方延伸，想法当CPD得到一个上升沿时，使其减运算向相反的方向移动。

可由移位寄存器构成。

当比赛结束时，即甲乙有一方的终点的LED亮时，电路通过将两个终点LED灯通过一个异或门和一个反相器接入加/减计数器的LD端口，实现电路自锁，加/减计数器无效。

同时，电路通过4518和4511与七段数码管相连实现自动加分。

控制电路赢能控制由振荡器产生的脉冲信号接入计数器的加/减的脉冲输入端，这由按键信号决定。

哪一方按的快，哪一方终点的LED灯会亮，哪一方则获胜，并在数码管上计1分。

2.2.2各部分原理及元件管脚介绍

1）CC40193

图2.2.2CC40193引脚图

如图2.2.2所示是芯片CC40193的引脚图。

它为以可逆计数器，两个输入端，四个输出端，可进行加减计数。

它具有清零，置数，加/减数功能。

其中，CPU,CPD端口分别是加计数，减计数时钟脉冲输入端（上升沿有效），LD是异步并行置数控制端（低电平有效），CR是异步清零端（高电平有效），D3~D0为并行输入端，Q3~Q0为技术状态输出端，共有16种状态，CO,BO分别为进位，借位的输出端（低电平有效）。

原理：

当CR为高电平时，计数器立即清零，运用这个原理可以实现用一个单刀双掷开关一端接地一端接电源的方法，实现LED灯的清零。

当CR为无效低电平时，LD为有效低电平时，计数器进行异步置数，使得Q3~Q0=D3~D0。

由此原理，可以设计一条线路，实现电路自锁的功能。

当CR为低电平，LD为高电平时，计数器即可正常计数。

正常计数时，CPU=1时，当CPD上跳变时，计数器减1计数；当CPD=1，CPU上跳变时，计数器加1计数。

功能表如表2.2.3所示。

表2.2.3CC40193的功能表

2）CC4514

图2.2.4CC4514引脚图

如图2.2.4为集成译码器CC4514。

它是一个24脚的芯片，其内部由一可选通锁存器和一个4-16线译码器组成。

LE为锁存控制信号，下跳沿来时锁存数据，最有输入的一组数据A3~A0决定了锁存的数据。

INH为使能控制端，低电平有效。

当且仅当，INH=0时译码器才会对A3~A0译码。

当INH=1时，无论输入是多少，译码所有输出为0。

由此可知，当加减计数器输出端传送数据到4514输入端时，只要INH=0，有且仅有一个输出端输出高电平，此种译码实现了LED灯亮灭的转换。

其功能表如表2.2.4所示。

表2.2.4CC4514功能表

3）CC4511与CC4518

图2.2.5CC4518引脚图图2.2.6CC4511引脚图

如图2.2.5和图2.2.6分别为CC4518和CC4511的引脚图。

CC415的脉冲CP端接入LED终点信号灯。

即当CP端有脉冲来时，即两个终端LED灯其中一个亮了时，输出Q1~Q4分别接入CC4511译码输入端D0~D3，使得CC4511输出端连的七段数码管进行自动加一计数的功能，即可得到双方取胜次数的计数结果，然后经CC4511译码后，在共阴极七段数码管上以十进制数的形式显示出来。

同时，CC4518的RESET端口为清零端，高电平有效。

因此可以让此端口接一个单刀双掷开关，一端接地一端接高低平使数码管实现清零。

4）7段数码管

图2.2.7七段数码管

七段数码管的a,b,c,d,e,f,g分别连接4511的七个输出端，然后将中间的GND引脚接入低电平，使电源一开始供电，这个数码管就会亮，不需要位选。

2.3器件清单

表2.3器件清单

元器件

个数

CC4011

3片

CC4030

1片

CC4081

1片

CC40193

1片

CC4514

一片

CC4518

2片

CC4511

2片

七段共阴数码管

2个

电阻1K

8个

电阻200欧

9个

发光二级管

9个

第三章电路的设计与仿真

3.1整形电路

图3.1整形电路

如图3.1为一个整形电路，开关不动时加法端CPU和减法端CPD都是高电平，当拨动开关后由于“竞争冒险”，40193的一个输入端会产生一个脉冲，而另一个则满足高电平，不会产生低电平，使得计数器不会失效，从而完成一次加或减的计数。

这个电路是由两个RS锁存器和一个反相器，一个与非门所构成的电路，它在电路中，能防止后面的CC40193芯片失去加减计数的功能的一个保护电路。

正是由于这个整形消抖电路的存在，整个电子拔河机不会出现异常情况，能够顺畅地运行。

3.2译码电路

图3.2译码电路

1.如图3.2所示为一个译码电路，其上端接收来自可逆计数器的输出信号，经自身译码功能使发光二极管能够正常工作。

2.当可逆计数器加法计数时，使发光二极管从中间向又移动；当可逆计数器为减法计数时，使发光二极管向左移动。

3.译码器4451，INH为低电平时，才能完成输出；当INH=0，LE为高电平时可正常译码。

同时，4514的输入端接入来自上一级计数器的输出端，4514的输出端则接了7个LED灯的阳级，其阴级共同接地。

比赛开始，上家可逆计数器输入为“0000”，译码器输出0O为高电平，则与之相连的最中间的灯亮，其余全灭；加计数时灯往右移动，减计数时灯往左移动。

3.3计分显示电路

图3.3计分显示电路

如图3.3为计分显示电路，这是一边的计分。

4518的CP端接入来自终点LED灯的信号，两个4518芯片清零端RESET相连并通过单刀双掷开关实现清零。

当终端的LED灯亮时且RESET2端接地时，信号传给CP端产生一个上升沿，其输出端2Q1,2Q2,2Q3,2Q4的状态与并行数据输入端D0,D1,D2,D3状态一样，为同步置数功能。

进而通过4511的译码，使得数码管加1计数。

当CP没有上升沿，即上一级的LED灯没亮时，输出2Q1,2Q2,2Q3,2Q4全为0，此时不可译码，计数器保持不变。

假设5局3胜制比赛完全结束以后，由于RESET2和对称地RESET1引脚相连接，然后有一个单刀双掷开关控制。

这时，只需要我们手动将单刀双掷开关拨向高点平，此时RESET引脚有效，将数码管上的数字清零，为一下轮的比赛做准备。

由于次数码管为共阴极七段数码管，因此，在a,b,c,d,e,f,g连接数码管之后，数码管上端的3，8引脚必须接地，七段数码管才能亮起来。

3.4仿真电路图

图3.4仿真电路图

比赛开始，计数器输出0000，接入4014的输入端，使Y0输出高点平，此时中间的灯亮。

此时反复按动加计数开关，此时，灯亮向右边移动，最右边终端的灯亮了，右边计数器加1。

此时通过左右终端的LED灯相连，然后通过一个异或门和一个反相器，接入了计数器的LD端；当比赛结束时，LD置0，锁存了信号。

此时按键无效。

同时，将加减计数器的CR清零端通过一个单刀双掷的开关，一端接地，一端接高电位，实现手动LED灯的复位清零。

在下面的计数显示电路中，当五局三胜制度比赛最终结束时，两队比分为2比4。

两个4518的MR清零端接在一起，同样的通过一个单刀双掷的开关，一端接地，另一端接高电平，实现了手动数码管清零的功能。

3.5+5V直流稳压电源电路

图3.5+5V直流稳压电源电路

原理：

如上图3.5直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压，整流，滤波，稳压四个环节才能完成。

1）丶电源变压器是降压变压器，它是将电网220V交流电压变换成符合需要的交流电压，并送给整流电路，变压器的变比由变压器副边决定。

2）丶整流电路：

利用单向导电元件，把50HZ的正弦交流电变换成直流电。

3）丶滤波电路：

将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以滤除，得到平滑的直流电压。

4）丶稳压电路：

稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随着电网电压与负载的变化而变化。

3.6桥式整流电路

图3.6.1桥式整流电路

如图3.6.1，为直流稳压电源电路的桥式整流电路。

在交流电正半周内，右上角和左下角的二极管导通，另外两个二极管则截至。

在负半周内，右下角和左上角的二极管导通，其他两个截至。

正负半周都有电流流过RL。

因此，在这个电路中，每个二极管在半个周期内导通，因此二极管输出电流均为输出电流平均值的一半。

输出波形，如图3.6.2所示。

图3.6.2输出波形

第四章总结与体会

4.1总结

在此次试验中，遇到了很多麻烦与阻碍。

刚开始接电路版的时候，裁剪那种很短小的线是我们第一个障碍。

第二个障碍则是引脚图的收集与排版设计，在这一块，我们小组各有各见，把自己的意见提出来了，然后综合成员意见之后，完成了一个很美的设计，障碍三呢，出现在开关的安放。

刚开始的时候，我们按照电路图接入开关，灯，清零都能完成，就是按下开关以后，没有反应。

后来在老师的帮助下，我们将开关与一非们相连，按下和弹开就能实现单刀双掷的作用了。

在这次的课程设计中，我们还收获了很多的教训。

在连电路之前，一定要先画一个规划图，没有经验的我们吃了一个大亏。

画了一个规划图之后，在你连接电路的过程中，你的脑袋中就有一张蓝图，就不会慌乱，也为之后的故障排查打下了很好的基础。

在了解了实验的根本原理之后，不是就此止步，你应该更多的思考，怎么样做，可以等效代替这个电路，而使得电路的连线变得简单而易懂。

在这种思考下，我们便可以举一反三，不断的将周边只是靠集，这样能够做到举一反三，事半功倍的效果。

这次实验，我们期待着开始，圆满的结束了，我们在其中受益匪浅，在今后的学习中会再接再厉，再创佳绩！

4.2心得体会

通过这次实验，让我对数字电子技术这门课有了更深一个层次的了解，这些电子器件的人是不止停留在了书面字面上，实现了从理论到时间的飞跃。

我知道了真理实在实践中产生的，只有理论没有实践，那只能纸上谈兵。

而只有实践没有理论，你只会一头雾水。

理论与时间事紧密相连的。

这次实验将我们所学的知识用到了很多，综合提高了我们对所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，也让我们意识到了，知识就在生活当中，只是我们缺少了一双发现知识的眼睛罢了。

在今后的学习中，我们更应该更自主的开展一些自我创作的课题，充分我们的生活，运用我们的所学只是。

这次实验我们也发现了自我的很多不足，比如动手能力差，遇到麻烦，就查阅资料，没有自主思考的能力等等，在今后的学习中我们应该更加努力，从各个方面完善我们的知识层面！

第五章致谢

本次课程设计，特别感谢我们的指导老师--刘柳老师。

她严谨的教学精神，高标准的学科态度，精益求精的工作作风，深深鼓励并感染着我们。

在我们遇到困难的时候，总是孜孜不倦地给我们讲解原理，让我们自己去寻找成功的路。

这次我们的课程设计能够圆满的结束，离不开我们刘老师细心指导与不懈的支持。

同时，我也要感谢在一起完成本次课题的组员宋崇义，汪博超，正是大家共同不懈地努力，才能克服一个又一个的难题，才能使本次实验圆满结束！

第六章参考文献

（1）.康华光.电子技术基础（第六版）.北京：

高教出版社,2013.

（2）.谢自美.电子线路设计.实验.测试（第三版）.武汉：

华中科技大学出版社，2006.

（3）.罗杰.电子线路设计·实验·测试（第5版）.北京：

电子工业出版社，2015.

第七章实物电路图