搶答器設計任務書(20210314200141)

1、一、 設計內(nèi)容智力競賽搶答器一設計要求及技術 指標：(1) 設計制作一個可 容納四路參賽的數(shù)字式搶答器，分別用 4個按鈕 S1 S4 表 示。(2) 設置一個系統(tǒng)清 除和搶答控制開關S,該開關由主持人控制。(3) 電路具有第一搶 答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復位并發(fā)出搶答 指令后,若參賽 者按搶答開關,則電路顯示搶答者的組別；此時,電路應具備自鎖功 能,使別組的搶 答開關不起作用；智力競賽搶答器二設計要求及技術 指標：(1) 設計制作一個可 容納八路參賽的數(shù)字式搶答器,分別用 4個按鈕 S1 S4 表 示。(2) 設置一個系統(tǒng)清 除和搶答控制開關S,該開關由主持人控制。(3) 電路具

2、有第一搶 答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復位并發(fā)出搶答 指令后,若參賽 者按搶答開關,則電路顯示搶答者的組別；此時,電路應具備自鎖功 能,使別組的搶 答開關不起作用；智力競賽搶答器三設計要求及技術 指標：(1) 設計制作一個可 容納八組參賽的數(shù)字式搶答器,分別用 4個按鈕 S1 S4 表 示。(2) 設置一個系統(tǒng)清 除和搶答控制開關S,該開關由主持人控制。(3) 電路具有第一搶 答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復位并發(fā)出搶答 指令后,若參賽 者按搶答開關,則電路顯示搶答者的組別；此時,電路應具備自鎖功 能,使別組的搶 答開關不起作用；(1)電路應具備搶答 成功聲音提示功能，聲音持

3、續(xù)時間510s；二、 設計與制 作步驟(一) 選定 總體方案 與框圖根據(jù)設計任務、 指標要求和給定的條件,分析所要設計的電路應該完成的功能, 并將總體功能分 解成若干單項的功能,分清主次和相互的關系,形成若干單元功能塊 組成的總體方案 。該方案可以有多個,需要通過實際的調(diào)查研究、查閱有關資料和集 體討論等方式, 著重從方案能否滿足要求、構(gòu)成是否簡單、實現(xiàn) 是否經(jīng)濟可行等方面, 對幾個方案進行 比較和論證,擇優(yōu)選取。對選取的方案,常用方塊圖的形式表示出來。 注意每個方塊盡 可能是完成某一種功能的單元電路,尤其是關鍵的功能塊的作用與功 能一定要表達清 楚。還要表示出它們各自的作用和相互之間的關系,

4、注明信息的走向 和制約關系。(二) 分析單元電路 的功能任何復雜的電子 電路裝置和設備,都是由若干具有簡單功能的單元電路組成的。 總體方案的每個 方塊,往往是由一個主要單元電路組成的,它的性能指標也比較單一。在明確每個單元 電路的技術指標的前提下，要分析清楚各個單元電路的工作原理，設 計出各單元電路 的結(jié)構(gòu)形式。要利用過去學過的或熟悉的單元電路，也要善于通過查 閱資料、分析研 究一些新型電路，開發(fā)利用一些新型器件。各單元電路之間 要注意在外部條件、元器件使用、連接關系等方面的相互配合， 盡可能減少元件 的 類型、電平轉(zhuǎn)換和接口電路，以保證電路簡單、工作可靠、經(jīng)濟實 用。各單元電路 擬定之后，應

5、全面地檢查一遍，看每個單元各自的功能是否能實現(xiàn)， 信息是否能暢通 ，總體功能是否滿足要求。如果存在問題，還要針對問題局部調(diào)整。（三）選擇器件與參數(shù)計算單元電路確定之 后，根據(jù)其工作原理和所要實現(xiàn)的功能，首先要選擇在性能上能 滿足要求的集成 器件。所選集成器件最好完全滿足單元電路的要求。當然在多數(shù)情況 下集成器件只能 完成部分功能，或者需要同其他集成器件和電子元器件組合起來組成 其他的單元電路 。這里需要靈活運用過去學過的知識，也需要十分熟悉各種集成電路 的性能和指標， 注意對新型器件的開發(fā)和利用。每個單元電路的 結(jié)構(gòu)、形式確定之后，需對影響技術指標和參數(shù)的元器件進行計 算。這種計算有 的需要根

6、據(jù)電路理論的有關公式，有的按照工程估算方法，還有的需 要用經(jīng)驗數(shù)據(jù)。 用計算的方法得到的器件參數(shù)，還要按照元器件的標稱值選取實用的 元器件。（四）畫出預設計總體電路圖根據(jù)單元電路的 設計、計算與元器件選擇的結(jié)果，畫出預設計的總體電路圖。總 體電路圖應當包 括總體電路原理圖和實際元器件接線圖。需要制作出實用裝置的題目， 還要作出印刷電 路板的工藝設計?？傮w電路圖應按 元器件國標或部標的規(guī)定以及電路圖的規(guī)范畫出。圖中要注意信 號輸入和輸出的 流向，通常信號流向是從左到右或從上至下，各單元電路也應盡可能 按此規(guī)律排列， 同時要注意布局合理?？傮w電路圖盡可 能畫在一張圖紙上。如果電路比較復雜，應當把主

7、電路畫在一張 圖紙上，而把一 些比較獨立或次要的單元電路畫在另一張或幾張圖紙上，但要標明相 互的連接關系。 所有的連接線要“橫平、豎直 ”，相連的交叉線要在 交 叉點用圓點標 出。電源線和地 線盡可能統(tǒng)一，并標出電源電壓數(shù)值?？傮w電路圖畫出 之后，還要認真地審查。檢查總體電路是否滿足方案地要求，單 元電路是否齊備 ；每個單元電路地工作原理是否正確，能否實現(xiàn)各自的功能；各單元 電路之間的連接 有無問題，電平和時序是否合適；圖中標注的元器件型號、管腳、參 數(shù)值等是否正確 等。這種審查十分重要，以防在安裝調(diào)試中損壞器件。（五）采購電路元件，安裝電路由于株洲電子元 件 市場規(guī)模不是很大，有些元件在本地

8、買不到。根據(jù)往屆同學的 經(jīng)歷，同學們付 出了很多車費，卻買不到或買不全課程設計所需要的元件。所以本次 課程設計的電子 元件由老師統(tǒng)一到深圳采購，價格比較便宜，也少去了無謂的奔波。電路原理圖設計 完成之后，需要安裝、焊接做出實驗電路，有的還要做成實用的 電子裝置。從設 計圖紙到實際電路裝置要經(jīng)過十分重要的裝接工藝，有時設計的電路 十分合理，由于 裝接不當也會嚴重影響電路的性能，甚至造成元器件的損壞。因此， 元器件的焊接、 電路板的制作，整機的結(jié)構(gòu)布局等都是課程設計的重要環(huán)節(jié)，也是培 養(yǎng)電路工藝技能 的好機會，必須給予足夠的重視。首先在焊接之前 ，必須做好兩件事。第一， 畫出萬能板 連線圖，這一點

9、必須做， 不 但要畫，而且 要仔細畫；根據(jù)前幾屆學生做課程設計的經(jīng)歷，最后做出來的電路板， 故障率極高，主 要表現(xiàn)為連線錯誤以及集成芯片的引腳接錯；避免此類問題的有效方 法是畫好連線圖 。至于如何畫連線圖，可參閱上學期模擬電路實驗實作部分。第二， 芯片測試，這一點往往大家會忽略。進行芯片測試有兩個好處，其一可以進一步熟悉 該芯片的功能； 有些芯片功能較復雜，根據(jù)芯片資料，往往還不能完全了解其特性， 只有通過進一步 的測試，才能完全掌握。其二，可以通過測試檢驗該芯片的質(zhì)量好壞； 為保證調(diào)試的順 利，在安裝前應將所有的電子元件檢測一遍，保證其功能完整。檢測 芯片時可利用數(shù) 電實驗箱，具體方法可參考

10、數(shù)電實驗一和實驗四。焊接時為保證焊 接質(zhì)量，使焊點牢固、光亮、圓滑、不出虛焊，必須了解焊接工 藝，掌握焊接技 術。一般焊接過程和要求是：1. 凈化焊接部位的 金屬表面。引線、管腳和焊點處要刮凈，涂上松香水，或先 掛上錫，2. 將電烙鐵掛錫在 焊接部位加熱至焊錫熔化的程度，使焊錫填充在被焊金屬表 面。3. 移開電烙鐵，待 焊錫自然冷卻。焊接過程中，注 意 掌握以下技術：1. 掌握好焊接溫度 和時間。溫度不夠，焊錫流動性差，很容易凝固；溫度過高， 焊錫流淌，焊點 不易存錫。要求焊接時烙鐵頭的溫度高于焊錫的熔點，烙鐵頭與焊點 接觸時間以使焊 點的錫光亮、圓滑為宜。焊點不亮或成“豆腐渣”狀，說明溫度不

11、夠， 焊接時間太短。 這種情況下焊劑不能充分揮發(fā)，很容易形成“虛焊 ”。2. 扶穩(wěn)不晃，上錫 適當。焊接時，被焊物要扶穩(wěn)、扶牢，電烙鐵也不必加壓力 或 來回移動 。，尤其在焊錫凝固過程中，不要晃動被焊元器件，否則容易造成“虛焊 ”。 烙鐵蘸錫多少視 焊點大小而定。最好讓所蘸錫量剛能包住被焊物。一次上錫不夠可以 再次填補，但補 錫時一定待上次的錫一同熔化后方可移開烙鐵頭，以使焊點熔為一體。3. 為提高效率、減 少重復性勞動，一般先將電阻、電容、二極管等元件引線彎成所需的形狀， 一次插入電路板的焊孔并排列整齊，然后統(tǒng)一焊接，檢查焊點后剪去過長的引線。焊 接元器件的順序，一般是焊完電阻、電容和二極管

12、等元件后，再焊晶體三極管或集成 電 路。晶體管和集成電路的焊接時間一般要短些，注意引腳不宜剪得太短，防止焊接 時燙壞管于。初學者可用鑷子夾住管腳進行焊接，以便通過鑷子散熱， 保護晶體管。4. 焊接完后要檢查 焊點質(zhì)量，看有無漏焊、錯焊和虛焊等問題?？捎眉庾煦Q或 鑷子將被焊元件 拉一拉，若有松動應重新焊接。好的焊接應當是焊錫飽滿適中，焊點 表面光滑，被焊 引線著錫均勻，焊點周圍干凈、無毛刺等。（六）電路的調(diào)試與維修電路安裝完畢后，還要進行重要的一步一一電路調(diào)試，這也是我們練習比較少的地方。為調(diào)試保 證調(diào)試的順利進行，調(diào)試前必須擬定調(diào)試步驟，一般調(diào)試步驟如下：1. 檢查電路接線電路安裝完畢， 首先

13、要認真檢查電路接線是否正確。通常采用兩種檢查方法，一 種是按照連線圖 檢查安裝的線路，即把連線圖上的接線按一定順序在安裝好的線路中 逐一對照檢查。 別一種是按照電路原理圖，借助萬用表電阻檔檢查，即電路原理圖上 找出一些點，計 算各點對地電阻，與用萬用表在實際電路中測量的值進行比較，發(fā)現(xiàn) 問題后再逐步縮 小測量范圍，查出錯焊點。通過直接檢查也 可以發(fā)現(xiàn)電源、地線、信號線、元器件引腳之間有無短路；連接 處有無接觸不良 ；二極管、三極管、電解電容等引腳有無錯接等明顯錯誤。2. 通電檢查將電源接入待測 電路。接通電源后仔細觀察有無異?，F(xiàn)象，包括無冒煙，是否聞 到異常氣味，手 摸元器件是否發(fā)燙，電源電流

14、是否過大等。如果出現(xiàn)異常，應該立即 關斷電源，待排除故障后方可重新通電。3. 功能及參數(shù)調(diào)試對電路參數(shù)及工 作狀態(tài)進行測量，并在測試的基礎上對電路的參數(shù)進行修正，使 之滿足設計要求。例如在調(diào)試定時器時，經(jīng)檢查該電路能正常工作，接下來將調(diào)整其 參數(shù)，即檢查其 秒信號是否標準，可以通過與標準時鐘進行對比，而后逐步調(diào)整，使 其達到要求。當然還有其他方法，可以借助其他儀表如數(shù)字示波器、頻率計等進行調(diào) 整。在進行該項測試 時，會經(jīng)常出現(xiàn)電路故障。做過電路的同學都知道，安裝電路不 要怕出故障，只 有在電路出了故障而且能獨立排除，這樣收獲才是最大的。要排故障 必須掌握一定的排障方法，總結(jié)如下：1）直觀檢查方

15、法為了避免和減少接線錯誤，應畫出正確的電路原理圖和安裝接線圖。檢查電源線、 信號線有無錯誤，元件有無錯焊、漏焊，二極管、三極管、電解電容器極性是否接反 等。通電后聽是否有打火聲等異常聲響；聞有無焦煳異味出現(xiàn)；摸晶體管管殼、電阻、 電容、集成電路 是否溫度過高。發(fā)現(xiàn)異常時應立 即斷電。電解電容器極性接反時漏電流大，介質(zhì)損耗將增大，會 使溫度上升，甚 至使電容器爆裂。帶有顯示裝置的電路可通過顯示狀態(tài)（如數(shù)碼管的 數(shù)值、顯像管的光柵）判斷故障的性質(zhì)和部位。2）儀器檢查法不能通過直觀檢 查出故障，可以應用儀表檢查法。主要有電阻檢查、電壓測量、 邏輯測量等。不 管利用什么方法，切忌盲目亂測，一頓亂點，這

16、樣往往很難檢測出故 障點。排障過程，實際上是逐步縮小故障范圍，直至找出故障點的過程；要根據(jù)具體 的故障現(xiàn)象，同學們相互進行充分的討論、分析，推斷出可能的故障范圍，最后采用 具體的儀表找到故障點。例如在數(shù)碼管計數(shù)時，本應該按順序顯示“0、1、2、3、4、5、6、7、8 9”，去發(fā)現(xiàn)依次顯示如下圖形，“0 2、3”顯示錯 誤。經(jīng)比較分析，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管的f、g”段要么同時亮，要么同時滅，那么可以推斷“f、g”段可能短路了，下面就可以選擇電阻測量法驗證“ f、g”段是否短路，直到 找到故障點。排除故障，就像 醫(yī)生診斷病人，要通過望、聞、問、切等手段，收集病人病癥, 再決定采用何種 儀表檢查；疑難雜癥要組

17、織會診，也就是分析、討論，還不能確診， 才能請專家會診。排障能力是一門很深的技術，深就深在分析上，必須經(jīng)過長期的不 斷的積累。同學們要不斷去學習總結(jié)，才能進步。4. 調(diào)試結(jié)果及記錄調(diào)整過程中，應如實記錄調(diào)試結(jié)果及發(fā)生的一切問題。對調(diào)試結(jié)果進行分析，驗 證其是否滿足設 計要求；對調(diào)試過程中發(fā)生的問題，應詳細分析，并記錄解決的方法 和過程。下面為 一個同學用面包板設計制作數(shù)字鐘的調(diào)試過程記錄：1 ） 在檢測面包板狀 況的過程中，出現(xiàn)本該相通的地方卻未通的狀況，后經(jīng)檢 驗發(fā)現(xiàn)是由于萬 用表筆尖未與面包板內(nèi)部垂直接觸所至。2） 在檢測CD4511驅(qū)動電路的過程中發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常顯示的狀況，經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)

18、主要是由 于接觸不良的問題，其中包括線的接觸不良和芯片的接觸不良，在實 驗 過程中，數(shù)碼管有幾段二極管時隱時現(xiàn)，有時會消失。用 5V電源對數(shù)碼管進行檢 測， 一端接地， 另一端接觸每一段二極管，發(fā)現(xiàn)二極管能正常顯示的，再用萬用表歐 姆檔 檢測每一根 線是否接觸良好，在檢測過程中發(fā)現(xiàn)有幾根線有時能接通，有時不能 接通， 把接觸不 好的線重新連接后發(fā)現(xiàn)能正常顯示了。其次是由于芯片接觸不良的問題，用萬用表歐 姆檔檢測有幾個引腳本該相通的地方卻未通，而檢測的導線狀況良好， 其解 決方法是把CD4511的芯片拔出，根據(jù)面包板孔的的狀況修整其引腳，使其正對于孔，再用力均 勻地將芯片插入面包板中，此后發(fā)現(xiàn)能

19、正常顯示，本次實驗中還發(fā)現(xiàn) 一塊壞 的LED數(shù)碼管和兩塊壞的CD4511經(jīng)更換后均能正常顯示。1 ） 在連接晶振的過 程中，晶振無法起振。在排除線與芯片的接觸不良問題后 重新對照電路圖 ，發(fā)現(xiàn)是由于 1 2腳未接地所至。（七 ）撰寫說 明書每人必須寫出一 份 4000字以上設計 總結(jié)報告，總結(jié)報告按規(guī)定的課程設計報告 格式撰寫、 打印、裝訂?？偨Y(jié)報告應包含以下內(nèi)：1. 封面：包括設計 題目，班級，姓名，指導老師，完成時間；2. 目錄：根據(jù)說明 書的內(nèi)容決定，一般采用 23級。3. 設計任務書：包 括課題名稱、目的、用途、主要技術性能指標 （參照教材目錄 編排）。4. 設計方案框圖及 電路工作原

20、理：包括系統(tǒng)方框圖，電氣原理圖，各單元電路 的設計，簡述主 要部件（包括主要集成電路）的工作原理、工作條件、給定參數(shù)、理 論公式及詳細的 計算步驟、計算結(jié)果。這是說明書的主要部分。5. 元件參數(shù)表：包 括所選用的元器件名稱、參數(shù)、型號。6. 調(diào)試方案：包括 調(diào)試的條件、方法、使用儀器設備的型號，并對測試數(shù)據(jù) 進 行分析。7. 設計心得：包括 對本課程設計的客觀評價、設計特點、存在的問題以及改 進 意見等。8. 參考文獻：包括 作者、署名、出版地、出版年等。（八 ）課題答 辯課題答辯是本設 計的一個重要的、不可或缺的環(huán)節(jié)，也是最能考核學生是否掌 握課題知識的環(huán) 節(jié)，更是同學們望之生畏的一個環(huán)節(jié)，請同學們早作準備，這也是畢 業(yè)設計答辯的一 個預演。課題答辯主要從如下幾個方面考查（非電子專業(yè)主要考查 1、 2項）。1. 主要芯片的功能 及主要應用；2. 各單元電路工作 原理，及整機工作原理；3電路元件參數(shù)如 何選擇；4調(diào)試結(jié)果分析；5根據(jù)故障現(xiàn)象，講解故障的排