鍵盤測試器的設計課程設計

1、<p><b>　　機械與電子工程學院</b></p><p><b>　　課程設計報告</b></p><p>　　課 程 名 稱 數字電子技術課程設計 </p><p>　　設 計 題 目 鍵盤測試器的設計 </p><p>　　所學專業(yè)名稱 電 子 大

2、 類 </p><p>　　班 級 </p><p>　　學 號 </p><p>　　學 生 姓 名 </p><p>　　指 導 教 師 </p

3、><p>　　2013年06月10日</p><p><b>　　任 務 書</b></p><p>　　設計名稱： 鍵盤測試器的設計 </p><p>　　起止時間：自 2013 年 6月 2 日起 至 2013

4、年 6 月 16 日止</p><p><b>　　一、課程設計目的</b></p><p>　　設計一種基于模擬電子技術的能對鍵盤進行測試和控制的簡單控制系統(tǒng)，并用仿真軟件完成電路設計。</p><p>　　二、課程設計任務和基本要求</p><p><b>　　設計任務：</b></p

5、><p>　　運用模擬電子技術的理論、技術和器件與Multisim10.0仿真軟件；</p><p>　　能及時測試鍵盤的按鍵變化并能對與之對應的LED顯示器進行設置；</p><p>　　當控制鍵盤時能對與之對應的顯示器進行控制的功能；</p><p>　　具有顯示監(jiān)測鍵盤的擴展功能。</p><p><b>

6、　　基本要求：</b></p><p>　　1. 能夠實現設計任務的基本功能；</p><p>　　2. 至少設計兩種運用顯示器監(jiān)測及控制器設計的實例；</p><p>　　3. 要求依據鍵盤監(jiān)測及控制器的任務要求，運用模擬電子技術的理論設計、制定實驗方案，并撰寫課程設計論文要求符合模板的相關要求，字數要求3000字以上。</p><

7、p>　　課程設計報告（格式）</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要與關鍵字............................................................................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)硬件電路設計......................................................................3 </p><p>　　2.1 振蕩器...........................................

10、...............................3 </p><p>　　2.1.1 數字集成電路CD4069引腳圖.................................................3 </p><p>　　2.2 計算器..............................................................

11、............4</p><p>　　2.2.1 CD4017的內部結構..........................................................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.........

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

15、.........................................................................9 </p><p><b>　　摘要與關鍵詞</b></p><p>　　摘要：數字系統(tǒng)的設計是一種綜合設計性實驗，而綜合設計性實驗是在教學基礎上進行的一次大規(guī)模綜合性實驗，通過這一措施來培養(yǎng)學生綜合設計能力。以此來檢驗學

16、生是否能夠把學到的理論知識綜合的運用到一些較為復雜的數字邏輯電路系統(tǒng)中去，使他們在實踐基本技能方面得到一次系統(tǒng)的鍛煉。</p><p>　　本次數字系統(tǒng)設計為簡單的鍵盤測試器的設計，設計方法為數字系統(tǒng)設計的試湊法。這種方法的基本思想：把系統(tǒng)的總體方案分成若干個相對獨立的功能部件，然后用組合邏輯電路和時序邏輯電路的設計方法分別設計并構成這些功能部件，或者直接選擇合適的SSI、MSI、LSI器件實現上述功能，最后把這

17、些已經確定的部件按要求拼接組合起來，便構成完整的數字系統(tǒng)。</p><p>　　近幾年來，隨著中、大規(guī)模集成電路的迅猛發(fā)展，許多功能部件如數據選擇器、譯碼器、計數器和移位寄存器等器件已經大量生產和廣泛使用。沒有必要再按照組合邏輯電路和時序邏輯電路的設計方法來設計這些電路，可以直接用這些部件來構成完整的數字系統(tǒng)。對于一些規(guī)模不大，功能不太復雜的數字系統(tǒng)，選用中、大規(guī)模器件，采用試湊設計，具有設計過程簡單、電路調試方

18、便、性能穩(wěn)定可靠等優(yōu)點。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行。</p><p>　　分析系統(tǒng)的設計要求，確定系統(tǒng)的總體方案。消化設計任務書，明確系統(tǒng)的功能。如數據的輸入、輸出方式，系統(tǒng)需要完成的處理任務等。擬定算法，即選定實現系統(tǒng)功能所遵循的原理和方法。</p><p>　　劃分邏輯單元，確定初始結構，建立總體邏輯方

19、框圖。邏輯單元劃分可采用由粗到細的方法，現將系統(tǒng)分為處理器和控制器，再按處理任務或控制功能逐一劃分。邏輯單元大小要適當，以功能比較單一，易于實現且便于進行方案比較為原則。</p><p>　　選擇功能部件去構建單元電路，可將上面劃分的邏輯單元進一步分解成若干相對獨立模塊，以便直接選用標準SSI、MSI、LSI器件來實現。器件的選擇應盡量選用MSI和LSI。這樣可提高電路的可靠性，便于安裝調試，簡化電路設計。<

20、;/p><p>　　將功能部件組成數字系統(tǒng)，及連接各個模塊，繪制總體電路圖。畫圖時應綜合考慮各功能之間的配合問題，如時序的協(xié)調、負載和匹配、初始狀態(tài)的設置、電路的啟動等。</p><p>　　鍵盤測試在電子廠特別是電話機制造廠及PCB制造廠較為常用。這里設計的測試電路簡單，不用調試就可工作。（中文摘要與關鍵詞單獨成頁置于目錄后。摘要、關鍵詞題頭均用五號黑體字排寫，內容文字用五號宋體字。關鍵詞各

21、詞條間用分號“；”隔開，不少于3個個。</p><p>　　關鍵字：反相器CD4069；CD4017；4*4待測鍵盤；1N4148（LED顯示器）；BUZZER；2N3904；電阻R；電容C1；課程設計。</p><p><b>　　1 系統(tǒng)概述</b></p><p>　　本次設計為簡單的鍵盤測試器的設計，通過振蕩器提供時鐘，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的點亮提供條件，如此來通過鍵盤控制LED的亮暗情況。而此設計中的組成或門，當有任何按鍵按下時，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，同時隔離U1的輸出，保護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、計算器、反相器、顯示器、待測鍵盤、或門及蜂鳴器等組成，其總體框圖如下。</p><p>　　圖 1-1 系統(tǒng)設計的總體框圖</p><p>　　1.2 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　鍵盤測試器如圖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的點亮提供條件。另一路輸出到鍵盤，等待按鍵，無按鍵按下時，則LED陽極懸空，沒有LED點亮。如按下一個按鍵時則一組LED的陽極為高電平，而這一組LED只有其中一個的陰極為低電平，故只有這個LED點亮。</p>&l

25、t;p>　　VD17～VD20組成或門，當有任何按鍵按下時，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，同時隔離U1的輸入，保護U1不因鍵盤短路而損壞。測試時按下某個鍵盤則對應的LED亮，蜂鳴器發(fā)聲；如某個按鍵短路，則未按下按鍵時，已有LED點亮并有蜂鳴器發(fā)聲；如按鍵矩陣的某行或某列開路，則按相應的鍵時無反應。例如與行1、2、3、4短路點點平為高電平的一半，低于CD4069的閾值，U2A～U2D輸

26、出全為高電平，沒有LED點亮，而蜂鳴器仍然發(fā)聲，并且不同的行短路時發(fā)出的聲調不同。如列與列5、6、7、8短路，則有兩個LED點亮，如此可達到測試鍵盤的目的。</p><p>　　2 系統(tǒng)硬件電路設計</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構成的振蕩器</p><p>　　2.1.1數字集成電路CD4069引腳圖</p><p>　　數字集成電路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計算器</b></p><p>　　2.2.1 CD4017的內部結構</p><p>　　CD4017是5位Johnson計算器，具有10個譯碼輸出端，CP，CR，INH輸入端。時鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制。INH為低電平時，計算器在時鐘

29、上升沿計數;反之，計數功能無效。CR為高電平時，計數器清零。Johnson計數器，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，保證了正確的計數順序。譯碼輸出一般為低電平，只有在對應時鐘周期內保持高電平。在每10個時鐘輸入周期CO信號完成一次進位，并用作多級計數鏈的下級脈動時鐘。</p><p>　　圖 2-2-1 CD4017內部結構圖</p><p>　　2.2.2 CD4

30、017的引腳圖</p><p>　　圖2-2-2CD4017引腳圖</p><p>　　當IC1輸出的時鐘信號加到IC2的CP端時，IC2的輸出端Q0～Q9依次出現高電平，并驅動相應的VT1～VT10。依次導通，發(fā)光二級管VD1～VD10。也隨著一次點亮，如果將發(fā)光二級管VD1～VD2。沿著圓周首尾相接排列，則會給人一種旋轉發(fā)光的感覺，調劑RP可使旋轉發(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，它只有一個輸入端和一個輸出端，輸入和輸出都只有高電位和低電位（在數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式表示輸出與輸入之間的邏輯關系。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待測鍵盤（4行4列）</p><p>　　圖 2-4 待測鍵盤</p><p>　　2．5顯示器及蜂鳴器</p><p>　　LED顯示器的電路結構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 鍵盤測試器電路</p><p><b>　　4 總結</b></p><p>　　為期兩個星期的數字電路課程設計即將接近

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

36、因為這些在課本中很少注意到，這樣就要求我們有獨立學習和查閱資料的能力，要能在海量的資料庫中抽取你所需要的信息，這不僅僅是對一名學生的考驗，也是對自己以后的工作能力的一次測驗。如果自以為在網絡中能夠輕易的找到你所需要的資料，那就大錯特錯了。但是相關的資料并不少，如果使用這些相關的資料成為了關鍵。</p><p>　　本次課程設計，我們的題目是鍵盤測試系統(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、而實現按下不同的鍵能夠發(fā)出聲音和不同的顯示器亮暗狀況。在這次課程設計，我主要負責畫電路圖、編程和軟件調試。雖然這是一個比較艱巨的任務。首先我們要根據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，我們就要對電路板進行排版，希望用最少的材料最美觀的布局實現要求的功能，電路的焊接工作就交給本組其他同學，后來我也加入了他們的工作。應該說工作量不大，但我們還是非常的小心謹慎，深怕自己的失誤會使后續(xù)

38、工作造成不好的影響。我們花了一個下午的時間，才完成總體電路圖的構建。（Multisim10.0仿真軟件）</p><p>　　后來到了最關鍵的時刻，硬件調試，經過對實驗箱的研究，我熟悉了相關的操作，從一開始可能是程序邏輯錯誤，一運行蜂鳴器一直響個不停，后來我們在網上查閱資料調試了一遍又一遍。為期兩周的課程設計能夠順利的完成，離不開大家的分工合作，團結一致，不明白的一起研究，互相提出自己的觀點及疑問，大家再進行討論

39、，讓我們的設計方案逐漸完善并成熟，最終完美的實現了預定要求，這也讓我認識到了團隊的力量是巨大的，而此次的課程設計已讓我受益良多，我將永遠銘記于心。最后還要感謝授課老師對我們的認真輔導，讓我們學到了很多知識包括課堂上和實驗課上，是我們在此之前積累了一些經驗來完成本次設計。兩周的課程設計結束了，但它給我們的影響講伴隨我們終生，數電老師和傳感器老師，感謝你們！</p><p><b>　　參考文獻</b

40、></p><p>　　[1] 呂承啟、林其斌主編，電子技術基礎實驗，中國科學技術大學出版社，2008,6</p><p>　　[2]清華大學電子學教研組編，閻石主編，數字電子技術基礎（第五版），高等教育出版社，2005,12 </p><p>　　[3] 呂思忠、施齊云編著，數字電路是與課程設計（修訂版），哈爾濱工程大學出版社，2001,10</p&g

41、t;<p>　　[4]陳振官等編著，數字電路及制作實例，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<