鍵盤測(cè)試器的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　機(jī)械與電子工程學(xué)院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　課 程 名 稱 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè) 計(jì) 題 目 鍵盤測(cè)試器的設(shè)計(jì) </p><p>　　所學(xué)專業(yè)名稱 電 子 大

2、 類 </p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　學(xué) 號(hào) </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p

3、><p>　　2013年06月10日</p><p><b>　　任 務(wù) 書</b></p><p>　　設(shè)計(jì)名稱： 鍵盤測(cè)試器的設(shè)計(jì) </p><p>　　起止時(shí)間：自 2013 年 6月 2 日起 至 2013

4、年 6 月 16 日止</p><p><b>　　一、課程設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一種基于模擬電子技術(shù)的能對(duì)鍵盤進(jìn)行測(cè)試和控制的簡單控制系統(tǒng)，并用仿真軟件完成電路設(shè)計(jì)。</p><p>　　二、課程設(shè)計(jì)任務(wù)和基本要求</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p

5、><p>　　運(yùn)用模擬電子技術(shù)的理論、技術(shù)和器件與Multisim10.0仿真軟件；</p><p>　　能及時(shí)測(cè)試鍵盤的按鍵變化并能對(duì)與之對(duì)應(yīng)的LED顯示器進(jìn)行設(shè)置；</p><p>　　當(dāng)控制鍵盤時(shí)能對(duì)與之對(duì)應(yīng)的顯示器進(jìn)行控制的功能；</p><p>　　具有顯示監(jiān)測(cè)鍵盤的擴(kuò)展功能。</p><p><b>

6、　　基本要求：</b></p><p>　　1. 能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)的基本功能；</p><p>　　2. 至少設(shè)計(jì)兩種運(yùn)用顯示器監(jiān)測(cè)及控制器設(shè)計(jì)的實(shí)例；</p><p>　　3. 要求依據(jù)鍵盤監(jiān)測(cè)及控制器的任務(wù)要求，運(yùn)用模擬電子技術(shù)的理論設(shè)計(jì)、制定實(shí)驗(yàn)方案，并撰寫課程設(shè)計(jì)論文要求符合模板的相關(guān)要求，字?jǐn)?shù)要求3000字以上。</p><

7、p>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告（格式）</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要與關(guān)鍵字............................................................................1</p><p>　　1 系統(tǒng)概述........................

8、......................................................2</p><p>　　1.1 系統(tǒng)組成........................................................................2</p><p>　　1.2 系統(tǒng)工作原理............................

9、........................................2 </p><p>　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)......................................................................3 </p><p>　　2.1 振蕩器...........................................

10、...............................3 </p><p>　　2.1.1 數(shù)字集成電路CD4069引腳圖.................................................3 </p><p>　　2.2 計(jì)算器..............................................................

11、............4</p><p>　　2.2.1 CD4017的內(nèi)部結(jié)構(gòu)..........................................................4</p><p>　　2.2.2 CD4017的引腳圖............................................................5</p&g

12、t;<p>　　2.3 反相器..........................................................................5</p><p>　　2.4 待測(cè)鍵盤（4行4列）.............................................................6</p><p>　　2

13、.5 顯示器及蜂鳴器..................................................................6</p><p>　　3 總體電路圖............................................................................7</p><p>　　4 總結(jié).........

14、.........................................................................8 </p><p>　　參考文獻(xiàn)................................................................................8 </p><p>　　附錄...........

15、.........................................................................9 </p><p><b>　　摘要與關(guān)鍵詞</b></p><p>　　摘要：數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一種綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，而綜合設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)是在教學(xué)基礎(chǔ)上進(jìn)行的一次大規(guī)模綜合性實(shí)驗(yàn)，通過這一措施來培養(yǎng)學(xué)生綜合設(shè)計(jì)能力。以此來檢驗(yàn)學(xué)

16、生是否能夠把學(xué)到的理論知識(shí)綜合的運(yùn)用到一些較為復(fù)雜的數(shù)字邏輯電路系統(tǒng)中去，使他們?cè)趯?shí)踐基本技能方面得到一次系統(tǒng)的鍛煉。</p><p>　　本次數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)為簡單的鍵盤測(cè)試器的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)方法為數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的試湊法。這種方法的基本思想：把系統(tǒng)的總體方案分成若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能部件，然后用組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法分別設(shè)計(jì)并構(gòu)成這些功能部件，或者直接選擇合適的SSI、MSI、LSI器件實(shí)現(xiàn)上述功能，最后把這

17、些已經(jīng)確定的部件按要求拼接組合起來，便構(gòu)成完整的數(shù)字系統(tǒng)。</p><p>　　近幾年來，隨著中、大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，許多功能部件如數(shù)據(jù)選擇器、譯碼器、計(jì)數(shù)器和移位寄存器等器件已經(jīng)大量生產(chǎn)和廣泛使用。沒有必要再按照組合邏輯電路和時(shí)序邏輯電路的設(shè)計(jì)方法來設(shè)計(jì)這些電路，可以直接用這些部件來構(gòu)成完整的數(shù)字系統(tǒng)。對(duì)于一些規(guī)模不大，功能不太復(fù)雜的數(shù)字系統(tǒng)，選用中、大規(guī)模器件，采用試湊設(shè)計(jì)，具有設(shè)計(jì)過程簡單、電路調(diào)試方

18、便、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點(diǎn)。因此目前仍被廣泛使用。</p><p>　　試湊法并不是盲目的，通常按下述具體步驟進(jìn)行。</p><p>　　分析系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求，確定系統(tǒng)的總體方案。消化設(shè)計(jì)任務(wù)書，明確系統(tǒng)的功能。如數(shù)據(jù)的輸入、輸出方式，系統(tǒng)需要完成的處理任務(wù)等。擬定算法，即選定實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能所遵循的原理和方法。</p><p>　　劃分邏輯單元，確定初始結(jié)構(gòu)，建立總體邏輯方

19、框圖。邏輯單元?jiǎng)澐挚刹捎糜纱值郊?xì)的方法，現(xiàn)將系統(tǒng)分為處理器和控制器，再按處理任務(wù)或控制功能逐一劃分。邏輯單元大小要適當(dāng)，以功能比較單一，易于實(shí)現(xiàn)且便于進(jìn)行方案比較為原則。</p><p>　　選擇功能部件去構(gòu)建單元電路，可將上面劃分的邏輯單元進(jìn)一步分解成若干相對(duì)獨(dú)立模塊，以便直接選用標(biāo)準(zhǔn)SSI、MSI、LSI器件來實(shí)現(xiàn)。器件的選擇應(yīng)盡量選用MSI和LSI。這樣可提高電路的可靠性，便于安裝調(diào)試，簡化電路設(shè)計(jì)。<

20、;/p><p>　　將功能部件組成數(shù)字系統(tǒng)，及連接各個(gè)模塊，繪制總體電路圖。畫圖時(shí)應(yīng)綜合考慮各功能之間的配合問題，如時(shí)序的協(xié)調(diào)、負(fù)載和匹配、初始狀態(tài)的設(shè)置、電路的啟動(dòng)等。</p><p>　　鍵盤測(cè)試在電子廠特別是電話機(jī)制造廠及PCB制造廠較為常用。這里設(shè)計(jì)的測(cè)試電路簡單，不用調(diào)試就可工作。（中文摘要與關(guān)鍵詞單獨(dú)成頁置于目錄后。摘要、關(guān)鍵詞題頭均用五號(hào)黑體字排寫，內(nèi)容文字用五號(hào)宋體字。關(guān)鍵詞各

21、詞條間用分號(hào)“；”隔開，不少于3個(gè)個(gè)。</p><p>　　關(guān)鍵字：反相器CD4069；CD4017；4*4待測(cè)鍵盤；1N4148（LED顯示器）；BUZZER；2N3904；電阻R；電容C1；課程設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　1 系統(tǒng)概述</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)為簡單的鍵盤測(cè)試器的設(shè)計(jì)，通過振蕩器提供時(shí)鐘，使其輸出高電平。

22、此高電平一路輸出至反相器輸入端，則輸出端為輪流的低電平，使一組LED的陰極為低電平，為LED的點(diǎn)亮提供條件，如此來通過鍵盤控制LED的亮暗情況。而此設(shè)計(jì)中的組成或門，當(dāng)有任何按鍵按下時(shí)，脈沖波將通過二極管傳送至三極管的基極是蜂鳴器發(fā)聲，R1～R4為顯示器的限流電阻，同時(shí)隔離U1的輸出，保護(hù)U1不因鍵盤短路而損壞。通過顯示器與蜂鳴器的狀況來起到測(cè)試作用。</p><p><b>　　1.1系統(tǒng)組成<

23、/b></p><p>　　該系統(tǒng)由振蕩器、計(jì)算器、反相器、顯示器、待測(cè)鍵盤、或門及蜂鳴器等組成，其總體框圖如下。</p><p>　　圖 1-1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體框圖</p><p>　　1.2 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　鍵盤測(cè)試器如圖1-2-44所示。下面以4*4鍵盤為例介紹其工作原理。反相器CD4069的U2E、U2F與C1

24、、R6、R7組成振蕩器，給U1(CD4017)提供時(shí)鐘，使U1之Q0～Q3輪流輸出高電平。此高電平一路輸出至反相器U2A～U2D的輸入端，U2A～U2D的輸出端為輪流的低電平，使一組LED的陰極為低電平，為LED的點(diǎn)亮提供條件。另一路輸出到鍵盤，等待按鍵，無按鍵按下時(shí)，則LED陽極懸空，沒有LED點(diǎn)亮。如按下一個(gè)按鍵時(shí)則一組LED的陽極為高電平，而這一組LED只有其中一個(gè)的陰極為低電平，故只有這個(gè)LED點(diǎn)亮。</p>&l

25、t;p>　　VD17～VD20組成或門，當(dāng)有任何按鍵按下時(shí)，脈沖波將通過二極管傳送至Q1的基極使蜂鳴器發(fā)聲，R1～R4為LED的限流電阻，同時(shí)隔離U1的輸入，保護(hù)U1不因鍵盤短路而損壞。測(cè)試時(shí)按下某個(gè)鍵盤則對(duì)應(yīng)的LED亮，蜂鳴器發(fā)聲；如某個(gè)按鍵短路，則未按下按鍵時(shí)，已有LED點(diǎn)亮并有蜂鳴器發(fā)聲；如按鍵矩陣的某行或某列開路，則按相應(yīng)的鍵時(shí)無反應(yīng)。例如與行1、2、3、4短路點(diǎn)點(diǎn)平為高電平的一半，低于CD4069的閾值，U2A～U2D輸

26、出全為高電平，沒有LED點(diǎn)亮，而蜂鳴器仍然發(fā)聲，并且不同的行短路時(shí)發(fā)出的聲調(diào)不同。如列與列5、6、7、8短路，則有兩個(gè)LED點(diǎn)亮，如此可達(dá)到測(cè)試鍵盤的目的。</p><p>　　2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1振蕩器</b></p><p>　　振蕩器總圖如下圖所示</p><p>　　圖 2-1

27、 CD4069構(gòu)成的振蕩器</p><p>　　2.1.1數(shù)字集成電路CD4069引腳圖</p><p>　　數(shù)字集成電路CD4069為雙列14腳封裝，有直插式和表面安裝兩種封裝外形，其工作電源電壓范圍是3.0V至15V 。CD4069引腳圖如下所示</p><p>　　圖 2-1-1(a) CD4069引腳圖</p><p>　　圖 2-1

28、-1(b) 電路示意圖</p><p><b>　　2.2計(jì)算器</b></p><p>　　2.2.1 CD4017的內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　CD4017是5位Johnson計(jì)算器，具有10個(gè)譯碼輸出端，CP，CR，INH輸入端。時(shí)鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對(duì)輸入時(shí)鐘脈沖上升和下降時(shí)間無限制。INH為低電平時(shí)，計(jì)算器在時(shí)鐘

29、上升沿計(jì)數(shù);反之，計(jì)數(shù)功能無效。CR為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。Johnson計(jì)數(shù)器，提供了快速操作，2輸入譯碼選通和無毛刺譯碼輸出。防鎖選通，保證了正確的計(jì)數(shù)順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對(duì)應(yīng)時(shí)鐘周期內(nèi)保持高電平。在每10個(gè)時(shí)鐘輸入周期CO信號(hào)完成一次進(jìn)位，并用作多級(jí)計(jì)數(shù)鏈的下級(jí)脈動(dòng)時(shí)鐘。</p><p>　　圖 2-2-1 CD4017內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　2.2.2 CD4

30、017的引腳圖</p><p>　　圖2-2-2CD4017引腳圖</p><p>　　當(dāng)IC1輸出的時(shí)鐘信號(hào)加到IC2的CP端時(shí)，IC2的輸出端Q0～Q9依次出現(xiàn)高電平，并驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的VT1～VT10。依次導(dǎo)通，發(fā)光二級(jí)管VD1～VD10。也隨著一次點(diǎn)亮，如果將發(fā)光二級(jí)管VD1～VD2。沿著圓周首尾相接排列，則會(huì)給人一種旋轉(zhuǎn)發(fā)光的感覺，調(diào)劑RP可使旋轉(zhuǎn)發(fā)光的速度發(fā)生變化。</p>

31、;<p><b>　　2.3反相器</b></p><p>　　本次使用的反相器為CMOS反相器，而反相器是最簡單的門電路，它只有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，輸入和輸出都只有高電位和低電位（在數(shù)字電路中稱為高電平和低電平）兩種相反的狀態(tài)。如果高電平用“1”表示，低電平用“0”表示，反相器輸出與輸入之間特定的邏輯關(guān)系就是輸入為“1”，則輸出為“0”；輸入為“0”，則輸出為“1”，輸出

32、總是輸入的否定，所以反相器稱為“非門”。任何一種門電路都可以用邏輯代數(shù)式表示輸出與輸入之間的邏輯關(guān)系。如果非門（反相器）的輸入邏輯變量為A，輸出變量為Y，邏輯代數(shù)式為</p><p>　　Y=A’ （2-1）</p><p>　　A’讀作A反。A為“0”則A’為“1”，A為“1”則A’為“0”。如果列成表格，稱其為

33、真值表。</p><p><b>　　圖 2-3 反相器</b></p><p>　　2.4待測(cè)鍵盤（4行4列）</p><p>　　圖 2-4 待測(cè)鍵盤</p><p>　　2．5顯示器及蜂鳴器</p><p>　　LED顯示器的電路結(jié)構(gòu)和受鍵盤控制的組合或門，以及受或門控制的蜂鳴器的連接電路，

34、其總圖如下所示。</p><p>　　圖 2-5 顯示器及蜂鳴器 </p><p><b>　　3 總體電路圖</b></p><p>　　圖 3-1 鍵盤測(cè)試器電路</p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p>　　為期兩個(gè)星期的數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)即將接近

35、尾聲，而我也從中學(xué)到了很多的東西，雖然課程設(shè)計(jì)即將結(jié)束，但它對(duì)我們每位學(xué)生的影響將是終生的。課程設(shè)計(jì)不但鞏固了我們課堂上學(xué)到的知識(shí)，同時(shí)加強(qiáng)了我們的動(dòng)手能力，培養(yǎng)了我們的自學(xué)能力以及團(tuán)隊(duì)意識(shí)。這些都是我將來參加工作之后最有利的籌碼。兩個(gè)星期的課程城設(shè)計(jì)，剛開始拿到課程設(shè)計(jì)的計(jì)劃書的時(shí)候，還什么也不懂。發(fā)現(xiàn)自己是一頭的茫然。先不說如果去按照要求設(shè)計(jì)電路了，就是連最基本的用那些期間都不是很清楚而且任務(wù)書上所提到的器件具體參數(shù)什么的都不知道，

36、因?yàn)檫@些在課本中很少注意到，這樣就要求我們有獨(dú)立學(xué)習(xí)和查閱資料的能力，要能在海量的資料庫中抽取你所需要的信息，這不僅僅是對(duì)一名學(xué)生的考驗(yàn)，也是對(duì)自己以后的工作能力的一次測(cè)驗(yàn)。如果自以為在網(wǎng)絡(luò)中能夠輕易的找到你所需要的資料，那就大錯(cuò)特錯(cuò)了。但是相關(guān)的資料并不少，如果使用這些相關(guān)的資料成為了關(guān)鍵。</p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)，我們的題目是鍵盤測(cè)試系統(tǒng)裝置，要求4行4列鍵盤控制蜂鳴器發(fā)聲和LED顯示器亮暗狀況，從

37、而實(shí)現(xiàn)按下不同的鍵能夠發(fā)出聲音和不同的顯示器亮暗狀況。在這次課程設(shè)計(jì)，我主要負(fù)責(zé)畫電路圖、編程和軟件調(diào)試。雖然這是一個(gè)比較艱巨的任務(wù)。首先我們要根據(jù)要求的功能繪制電路圖，主要包括4行4列鍵盤、蜂鳴器、電阻、LED顯示器及二極管等。繪制好電路圖，我們就要對(duì)電路板進(jìn)行排版，希望用最少的材料最美觀的布局實(shí)現(xiàn)要求的功能，電路的焊接工作就交給本組其他同學(xué)，后來我也加入了他們的工作。應(yīng)該說工作量不大，但我們還是非常的小心謹(jǐn)慎，深怕自己的失誤會(huì)使后續(xù)

38、工作造成不好的影響。我們花了一個(gè)下午的時(shí)間，才完成總體電路圖的構(gòu)建。（Multisim10.0仿真軟件）</p><p>　　后來到了最關(guān)鍵的時(shí)刻，硬件調(diào)試，經(jīng)過對(duì)實(shí)驗(yàn)箱的研究，我熟悉了相關(guān)的操作，從一開始可能是程序邏輯錯(cuò)誤，一運(yùn)行蜂鳴器一直響個(gè)不停，后來我們?cè)诰W(wǎng)上查閱資料調(diào)試了一遍又一遍。為期兩周的課程設(shè)計(jì)能夠順利的完成，離不開大家的分工合作，團(tuán)結(jié)一致，不明白的一起研究，互相提出自己的觀點(diǎn)及疑問，大家再進(jìn)行討論

39、，讓我們的設(shè)計(jì)方案逐漸完善并成熟，最終完美的實(shí)現(xiàn)了預(yù)定要求，這也讓我認(rèn)識(shí)到了團(tuán)隊(duì)的力量是巨大的，而此次的課程設(shè)計(jì)已讓我受益良多，我將永遠(yuǎn)銘記于心。最后還要感謝授課老師對(duì)我們的認(rèn)真輔導(dǎo)，讓我們學(xué)到了很多知識(shí)包括課堂上和實(shí)驗(yàn)課上，是我們?cè)诖酥胺e累了一些經(jīng)驗(yàn)來完成本次設(shè)計(jì)。兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，但它給我們的影響講伴隨我們終生，數(shù)電老師和傳感器老師，感謝你們！</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b

40、></p><p>　　[1] 呂承啟、林其斌主編，電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2008,6</p><p>　　[2]清華大學(xué)電子學(xué)教研組編，閻石主編，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版），高等教育出版社，2005,12 </p><p>　　[3] 呂思忠、施齊云編著，數(shù)字電路是與課程設(shè)計(jì)（修訂版），哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001,10</p&g

41、t;<p>　　[4]陳振官等編著，數(shù)字電路及制作實(shí)例，國防工業(yè)出版社（北京），2006,8</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附錄一</b></p><p>　　表 ①-1 CD4017的狀態(tài)表</p><p><b>　　附錄二<