數(shù)字式競賽搶答器.docx

博學(xué)篤行 盛德日新電子技術(shù)綜合設(shè)計課 題： 數(shù)字式競賽搶答器 電子技術(shù)綜合設(shè)計數(shù)電課程設(shè)計一、課題名稱：數(shù)字式競賽搶答器二、設(shè)計任務(wù)與要求（1）設(shè)計一個可容納8組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)一個按鈕，供搶答使用。（2）搶答器具有第一信號鑒別和鎖存功能，使除第一搶答者外的按鈕不起作用。（3）設(shè)置一個主持人“復(fù)位”按鈕。（4）主持人復(fù)位后，開始搶答，第一信號鑒別鎖存電路得到信號后，由指示燈顯示搶答組的編號，同時揚聲器發(fā)出23秒的音響。三、設(shè)計原理顯示電路譯碼電路鎖存器優(yōu)先編碼電路搶答按鈕主電路報警電路控制電路主持人控制開關(guān)圖1 搶答器總體框圖定時搶答器的總體框圖如圖1所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分構(gòu)成，主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成各選手的得分顯示功能。定時搶答器的工作過程是：接通電源時，主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈；搶答開始時，主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置，揚聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，這時，搶答器完成以下工作：（1）優(yōu)先編碼器電路立即分辨出搶答者編號，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；（2）揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒主持人注意；（3）控制電路要對輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答； 單元電路設(shè)計：（1）搶答電路搶答電路包括搶答按鈕、優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼顯示電路。搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效。當(dāng)選手進(jìn)行搶答時，優(yōu)先編碼器74LS148中輸入低電平，優(yōu)先編碼器74LS148對進(jìn)行優(yōu)先選擇，選擇完畢時GS輸出低電平，第四個RS鎖存器的GS輸出低電平，Q則處于低電平，在控制電路中，Q控制優(yōu)先編碼器74LS148的EI，EI為低電平，則優(yōu)先編碼器74LS148不能進(jìn)行工作，其余選手則不能進(jìn)行搶答。當(dāng)優(yōu)先編碼器74LS148優(yōu)先選擇完畢后，輸出信號給RS鎖存器進(jìn)行鎖存，同時RS鎖存器輸出信號給顯示譯碼器，譯碼后輸給共陰極數(shù)碼管，顯示選手相應(yīng)編號。 另外，當(dāng)8號選手輸入時，RS鎖存器輸出0 0 0，在數(shù)碼管顯示數(shù)字8；而顯示譯碼器輸入1 0 0 0時，才能在數(shù)碼管輸出8。所以，在RS鎖存器后連接一個三輸入一輸出或非門，當(dāng)輸出0 0 0時，通過或非門輸出1，或非門接入顯示譯碼器的D端，同時A、B、C輸入的為0，此時當(dāng)8號搶答時，數(shù)碼管顯示8； （2）控制電路控制電路主要完成以下功能：主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時，控制揚聲器發(fā)聲，使搶答電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)；當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，讓揚聲器發(fā)聲，并使搶答電路停止工作。主持人開關(guān)一段連接低電平，另一端連接高電平和RS鎖存器的所有的R段。在第四個RS鎖存器中S端接入優(yōu)先編碼器74LS148的GS端，輸出端Q端接優(yōu)先編碼器74LS148的使能端EI、報警電路、顯示譯碼器74LS48的使能端RBI和顯示燈。主持人開關(guān)打開時，整個電路處于工作狀態(tài)，選手搶答，搶答完畢后，主持人恢復(fù)，讓開關(guān)進(jìn)行“關(guān)開”的過程中，整個電路被恢復(fù)，第二次搶答進(jìn)行。（3）報警電路可以用555構(gòu)成的多諧振蕩器推動揚聲器發(fā)聲，當(dāng)有選手搶答時，在有高電平輸出，同時輸給555定時器時，有報警。四、使用器件及儀器優(yōu)先編碼器：74LS148；RS鎖存器：74LS279；顯示譯碼器：74LS48；555定時器：NE555；發(fā)光二極管；共陰極數(shù)碼顯示器；輸入一輸出與非門：74LS27；揚聲器（由發(fā)光二極管代替）；開關(guān)；電阻：8個10K， 7個1K，1個500K；電容：1uf和50nf各一個；導(dǎo)線若干。+5直流電源、萬用表。五、設(shè)計內(nèi)容與步驟（1）在Multisim 工具軟件中設(shè)計電路并進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果正確則進(jìn)入下一步驟；（2）安裝調(diào)試各單元電路； （3）測試定時搶答器的邏輯功能，以滿足設(shè)計功能要求；（4）畫出定時搶答器的系統(tǒng)邏輯電路圖；（5）寫出設(shè)計性實驗報告。六、主要芯片介紹1、優(yōu)先編碼器 74LS14874LS148引腳圖 74LS148管腳徒輸入輸出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1xxxxxxxx11111011111111111100xxxxxxx0000010xxxxxx01001100xxxxx011010100xxxx0111011100xxx01111100100xx011111101100x0111111110100011111111111074LS148 8線3線二進(jìn)制編碼器真值表74LS148工作原理如下： 該編碼器有8個信號輸入端，3個二進(jìn)制碼輸出端。此外，電路還設(shè)置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS。 當(dāng)EI=0時，編碼器工作；而當(dāng)EI=1時，則不論8個輸入端為何種狀態(tài)，3個輸出端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出也為低電來有效的情況。當(dāng)EI為0，且至少有一個輸入端有編碼請求信號（邏輯0）時，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS為0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為1。由功能表可知，在8個輸入端均無低電平輸入信號和只有輸入0端（優(yōu)先級別最低位）有低電平輸入時，A2A1A0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由GS的狀態(tài)加以區(qū)別，當(dāng)GS1時，表示8個輸入端均無低電平輸入，此時A2A1A0=111為非編碼輸出；GS0時，A2A1A0=111表示響應(yīng)輸入0端為低電平時的輸出代碼（編碼輸出）。EO只有在EI為0，且所有輸入端都為1時，輸出為0，它可與另一片同樣器件的EI連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編碼器。 從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級別的次為7，6，0。輸入有效信號為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端無低電平輸入時，輸出端才輸出相對應(yīng)的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級別比它高的輸入6和輸入7均為1時，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理。2、鎖存器74LS279 SRQ功能00不定011置1100置011保持 74LS279引腳圖 74LS279真值表鎖存器74LS279原理：圖中端接主持人控制開關(guān)，搶答前，控制開關(guān)使鎖存器輸出為零。、分別與編碼器的輸出端、和工作狀態(tài)標(biāo)志GS聯(lián)接，當(dāng)有搶答開關(guān)按下，編碼器輸出相應(yīng)的二進(jìn)制代碼，經(jīng)鎖存器保持搶答信息。編碼器工作狀態(tài)標(biāo)志GS使鎖存器輸出Q0為“1”，Q0聯(lián)接到編碼器74LS148的輸入使能端EI，封鎖其它路輸入，同時接譯碼電路74LS247的控制端，當(dāng)其為高電平時，譯碼器工作，當(dāng)其為低電平時，字型全“滅”。Q1、Q2、Q3與譯碼顯示電路的輸入端相連，控制開關(guān)為主持人所設(shè)，S打向RESET端復(fù)位后才可進(jìn)行下一輪搶答。3、顯示譯碼器74LS48顯示譯碼器74LS48引腳圖 顯示譯碼器74LS48真值表顯示譯碼器74LS48工作原理：74LS48除了有實現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。 由74LS48真值表可獲知74LS48所具有的邏輯功能：（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測試輸入端（LT）和動態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無效電平時，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動信號，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平。（2）消隱功能（BI=0）此時BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號時，表1倒數(shù)第3行，無論LT 和RBI輸入什么電平信號，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動態(tài)顯示。（3）燈測試功能（LT = 0）此時BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號時，表1最后一行，與 及DCBA輸入無關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個字段都點亮。該功能用于7段顯示器測試，判別是否有損壞的字段。（4）動態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電平信號，RBI 端輸入低電平信號，若此時DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個零。DCBA0，則對顯示無影響。該功能主要用于多個7段顯示器同時顯示時熄滅高位的零。4、555定時器NE555555定時器引腳圖5、共陰極七段數(shù)碼管七、仿真電路圖八、實物圖 九、系統(tǒng)調(diào)試把上面所設(shè)計的單元電路連接起來可得到整機(jī)電路。然后可在印刷電路板上焊接分立元件并進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試的過程中可能會遇到由于邏輯門傳輸延時的存在而帶來的競爭冒險問題 ,主要表現(xiàn)在當(dāng)按鍵按下 時 ,在連續(xù)按鍵的情況下大約有50 %的可能性誤顯示為7或4和當(dāng)選手搶答后，數(shù)碼管、報警器和顯示燈不顯示。1測試使用的主要的儀器儀表是萬用表。2、測試的電壓顯示為5伏。3調(diào)試電路的方法和技巧是用紅黑表筆測試接電源處是否有電壓顯示，再用表筆分別測試各集成塊和電阻，電容的電壓，注意用手背觸摸一下，檢查各儀器是否發(fā)熱工作。 4、用萬用表檢測線路的接線時否正確或是否虛焊的情況，根據(jù)仿真原理圖，測兩相連芯片的引腳，若電阻為“0”，則接線正確和無虛焊，否則接線錯誤或有虛焊現(xiàn)象，進(jìn)行檢查。5、測試電路是否有短路或斷路的情況。6、報警電路功能測試，按圖在實驗上連線，出現(xiàn)電阻和電容的德參數(shù)不正確，電阻和電容太大，方法是換小電阻、小電容進(jìn)行調(diào)試。7、檢測芯片是否有損壞，監(jiān)測方法在工作電路中檢測相應(yīng)的高低電平。十、心得體會一個星期多星期的艱苦奮斗，我終于完成了傳說中的數(shù)字式搶答器，雖然熬了幾個通宵，甚至手都被燙了幾次，樣子也很丑，但總算是完成了，短短的這一個星期，讓我學(xué)會了很多。剛開始做仿真設(shè)計時連仿真軟件都安不上去，都快愁死了，下來一想到做這個東西，大二學(xué)的知識又要重新復(fù)習(xí)一遍，頭就大了，一臉的迷茫。什么編碼器，譯碼器都忘了長什么樣子，但還是硬著頭皮翻開了書仔細(xì)復(fù)習(xí)深入了解，但底子還是有的，越看越有精神，慢慢深陷其中，也感覺到親自操刀的快樂，讓我跟開心的是當(dāng)初在學(xué)這門課程時沒理解的內(nèi)容這次也徹底理解掌握了，讓我懂得了更多的知識。梳理了理論知識后對于搶答器的設(shè)計也就有了一個大致的思路，使自己茅塞頓開。下來就開始做仿真，一個器件一個器件的理解后，仿真也就很容易的做出來了。但是僅有理論知識的鋪墊，在實際操作起來還是有難度的，比如整體布局，如果器件胡亂的擺放，到最后聯(lián)線就很麻煩。又比如線路的短路和開路，自己覺的可行的，但在實際中還是有一定的差距。我的搶答器線路連得不好看，但都費了很大的功夫，這都不算，在板子上面連好后，進(jìn)入測試時顯示器上的數(shù)字卻是缺胳膊少腿的，愁死人了，自己用萬用表仔細(xì)的檢查，也查出了一些問題，想七段顯示器的兩邊中間的引腳都是要接地的，但我的卻只有一邊接了，還有最后的開關(guān)也沒有接電阻，編碼器與鎖存器之間有一根線也接錯了，但在我把這些搞好后，數(shù)字有了一些改變，但還存在問題，最好同學(xué)幫我仔細(xì)看了一下，發(fā)現(xiàn)我要的顯示編號是從07就要把譯碼器的6引腳也接地來將高電平置零，這樣總算好了。在以后的學(xué)習(xí)中我不僅要學(xué)習(xí)理論知識，更重要的是要加強(qiáng)實踐的鍛煉。而且在這次設(shè)計學(xué)習(xí)中，我不僅在這設(shè)計當(dāng)中學(xué)會了很多芯