數(shù)電電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)之四路搶答器倒計(jì)時(shí)

1、可編輯集美大學(xué)誠(chéng)毅學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目：四路智力競(jìng)賽搶答器專 業(yè) 班 級(jí)：機(jī)電*91 學(xué) 號(hào)：2012*25 姓 名：陳志真 二一四年六月 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)任務(wù)1.1要求設(shè)計(jì)一臺(tái)可供4名選手參加比賽的智力競(jìng)賽搶答器并具有定時(shí)搶答功能。1.1.1搶答器：能分辨出選手按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，并可通過(guò)顯示譯碼器準(zhǔn)確的顯示出來(lái)；同時(shí)，要求其他選手按鈕操作無(wú)效即避免其他選手再次搶答；開(kāi)始搶答和清零由主持人控制。1.1.2定時(shí)器：時(shí)鐘脈沖由555多諧震蕩器提供；通過(guò)主持人控制開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，定時(shí)搶答器可從90；可控制定時(shí)器停止工作，顯示譯碼器上顯示的是剩余時(shí)間，并可以保持

2、到主持人清零位置；1.1.3整體電路：主持人撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，搶答器可以進(jìn)行搶答，定時(shí)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)；某一選手搶答后，搶答器顯示選手編號(hào)，定時(shí)器停止計(jì)時(shí)，這時(shí)其他選手無(wú)法進(jìn)行搶答，搶答器和定時(shí)器停止工作一直保持到主持人清零為止；主持人清零后，系統(tǒng)恢復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到后，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，禁止選手超時(shí)后搶答。二、 設(shè)計(jì)要求2.1基本功能2.1.1搶答器同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用4個(gè)按鈕S0 S3表示。2.1.2設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān)S，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。用來(lái)控制系統(tǒng)清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開(kāi)始。2.1.3搶答器具有鎖存與顯示功能。即搶答開(kāi)始后

3、，選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在編號(hào)顯示器上顯示該編號(hào)。同時(shí)封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。2.2擴(kuò)展功能2.2.1搶答器具有定時(shí)搶答功能。要求定時(shí)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，并用定時(shí)顯示器顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5秒。2.2.2參賽選手在設(shè)定時(shí)間（9秒）內(nèi)搶答，搶答有效，揚(yáng)聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5秒，同時(shí)定時(shí)器停止倒計(jì)時(shí)，編號(hào)顯示器上顯示選手的編號(hào)，定時(shí)顯示器上顯示剩余搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。2.2.3如果定時(shí)搶答時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效。系統(tǒng)揚(yáng)聲器報(bào)警（音響持續(xù)0.5秒），并封鎖輸入編碼

4、電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器顯示0 。三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)方案選定設(shè)計(jì)方案，先列出總體框圖，分模塊設(shè)計(jì)。分模塊電路設(shè)計(jì)、功能測(cè)試完成后，再把各個(gè)組成部分整體測(cè)試。先在multisim上仿真，驗(yàn)證原理圖的正確性，再在面包板上做出搶答器實(shí)物。3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理3.2.1搶答器的組成框圖定時(shí)搶答器的總體框圖如圖1所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開(kāi)始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。圖1 搶答電路圖1所示的定時(shí)搶答器的工作過(guò)程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開(kāi)關(guān)置于“清除”位置，搶

5、答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說(shuō)一聲“搶答開(kāi)始”，同時(shí)將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置，揚(yáng)聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作： 優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)； 揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意； 控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答； 控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人

6、將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢，主持人操作控制開(kāi)關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。圖1 定時(shí)搶答器總體框圖3.3單元電路設(shè)計(jì)3.3.1、搶答電路設(shè)計(jì)搶答電路的功能有兩個(gè)：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(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無(wú)效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能。查看優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279的功能表和引腳圖等使用資料。也可以選用其他的器件完成此功能。工作過(guò)程：開(kāi)關(guān)S置于清除端時(shí)，RS觸發(fā)器的 端均為，個(gè)觸發(fā)器輸出置，使74LS148的 ，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于

7、開(kāi)始時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出 經(jīng)RS鎖存后，1Q=1, =1,74LS48處于工作狀態(tài)，QQQ=101,經(jīng)譯碼顯示為。此外，1，使74LS148 ，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為，使 ，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將開(kāi)關(guān)重新置“清除”，然后再進(jìn)行下一輪搶答。4RS觸發(fā)器74LS279管腳圖4RS觸發(fā)器74LS279 功能表3.3.2、定時(shí)電路設(shè)計(jì)節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置

8、時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，可以選用十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LSl92進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器圖2 可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路 的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。查看十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LSl92的功能表和引腳圖等使用資料。同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS1923.3.3脈沖產(chǎn)生電路：該電路是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，使其產(chǎn)生需要的方波作為觸發(fā)器和計(jì)數(shù)器的CP脈沖。圖 3 脈沖產(chǎn)生電路3.3.4、報(bào)警電路設(shè)計(jì)由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖3所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器， 振蕩頻率圖4 報(bào)警電路3.3.5、搶答器控制電路設(shè)計(jì)搶答器控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：主持人將控制開(kāi)關(guān)

9、撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。 圖6時(shí)序控制電路3.3.6器件管腳圖3.3.7讀出電阻阻值（1）色環(huán)標(biāo)志法表2.1.2 色環(huán)的基本色碼及意義色別第一環(huán)第二環(huán)第三環(huán)第四環(huán)第五環(huán)第一位數(shù)第二位數(shù)第三位數(shù)應(yīng)乘倍率精度棕111101F1%紅222102G2%橙333103黃444104綠555105D0.5%藍(lán)666106C0.2%紫777107B0.1%灰888108白999109黑000100K10%金10-1J5%銀

10、10-2K10%色環(huán)標(biāo)志法用各種顏色的色環(huán)，環(huán)繞在電阻器表面，有五色環(huán)和四色環(huán)等形式，其各道色環(huán)的含義表2.1.2所示。（2）文字符號(hào)直標(biāo)法標(biāo)稱電阻 電阻單位：（歐）、K（千歐）、M（兆歐）、G（吉?dú)W）、T（太歐），其數(shù)量關(guān)系為：K=103、M=106、G=109、T=1012。遇到小數(shù)時(shí)，常以、K、M取代小數(shù)點(diǎn)，例如：0.5可標(biāo)為5，5.1K可以標(biāo)為5K1。精度 精度也可以用不同的字母表示，如表2.1.3所示。表2.1.3 字母表示精度的含義%.001%0.002%0.005%0.01%0.02%0.05%0.1%符號(hào)EXYHUWB%0.2%0.5%1%2%5%10%20%符號(hào)CDFGJKM

11、四、軟件仿真4.1仿真電路4.1.1四路搶答器4.1.2倒計(jì)時(shí)4.1.3整體電路4.2仿真結(jié)果按照原理圖進(jìn)行電路仿真測(cè)試，仿真正常，沒(méi)有出現(xiàn)什么錯(cuò)誤問(wèn)題，只是數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)部分速度稍微快了一點(diǎn)，估計(jì)是電容的問(wèn)題，換了下其它值的電容，也就正常了。五、安裝調(diào)試5.1安裝調(diào)試結(jié)果5.1.1先按照搶答器電路仿真圖連接面包板，并對(duì)電路的性能及波形進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)搶答器不具有搶答功能，首先先排查電路，確認(rèn)電路連接是否有問(wèn)題，檢查了下發(fā)現(xiàn)二輸入四與非門(mén)芯片74LS00P忘記接電源和接地線了，從新連接好，繼續(xù)調(diào)試電路，問(wèn)題又出現(xiàn)了，搶答器只有0和1能搶答且具有鎖存功能，但是2和3能搶答卻不能鎖存，就猜測(cè)是4RS觸

12、發(fā)器74LS279出現(xiàn)問(wèn)題，用萬(wàn)用表檢查芯片，發(fā)現(xiàn)芯片連接部分?jǐn)嗦妨?，從新?lián)Q了下芯片，搶答器功能正常。5.1.2再按照倒計(jì)時(shí)電路仿真圖連接面包板，并對(duì)電路的性能及波形進(jìn)行測(cè)試，看倒計(jì)時(shí)功能是否能實(shí)現(xiàn)，一經(jīng)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)不能正常實(shí)現(xiàn)，檢查了下電路，發(fā)現(xiàn)電路仿真只能顯示9卻不能倒計(jì)時(shí)，首先數(shù)碼管能顯示9證明數(shù)碼管可能不在影響范圍之內(nèi)，然后檢查了下同步十進(jìn)制加減法74LS192芯片是否正常，用萬(wàn)用表檢查發(fā)現(xiàn)沒(méi)有問(wèn)題，檢查了下三輸入四與非門(mén)芯片74LS10P的連接，與仿真電路圖比較發(fā)現(xiàn)仿真三輸入與非門(mén)電路還得經(jīng)過(guò)一次二輸入四與非門(mén)芯片74LS00P功能方能實(shí)現(xiàn)，從新連接好電路，倒計(jì)時(shí)能實(shí)現(xiàn)從90倒計(jì)

13、時(shí)，功能正常實(shí)現(xiàn)。5.1.3按照仿真電路連接整體電路，并對(duì)性能進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)上面的一系列問(wèn)題出現(xiàn)和排查、解決，整體電路一連接好也就能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所要求的搶答倒計(jì)時(shí)功能了。5.2故障分析5.2.1搶答器電路首先你得看下電路的功能是在搶答器部分出現(xiàn)問(wèn)題還是倒計(jì)時(shí)出現(xiàn)問(wèn)題，然后根據(jù)出現(xiàn)德具體問(wèn)題進(jìn)行電路測(cè)試，比如說(shuō)：如果是數(shù)碼管顯示不缺的話，你先看下數(shù)碼管電路連接是否正確，地線是否都有接，還有就是數(shù)碼管連接是否齊全，看是否有的管腳沒(méi)有連接，都沒(méi)問(wèn)題就用數(shù)字萬(wàn)用表檢查看是否數(shù)碼管壞掉，都沒(méi)問(wèn)題的話就考慮74LS48優(yōu)先譯碼器是否正常，確認(rèn)無(wú)誤后考慮編碼器74LS148編碼是否正常工作，如果不能鎖存的話，那

14、么就考慮4RS觸發(fā)器74LS279連接及芯片是否正常。5.2.2倒計(jì)時(shí)電路首先也是看下數(shù)碼管的顯示，看是哪里出現(xiàn)問(wèn)題，數(shù)碼管及74LS148的檢測(cè)和搶答器的一樣，然后看下數(shù)碼管是否能倒計(jì)時(shí)，如果不能的話，可能是同步十進(jìn)制加減法74LS192芯片的問(wèn)題，看電源、地線是否連接及管腳是否正常，特別是CR切記記得接地，然后要是沒(méi)問(wèn)題的話就可能是二輸入四與非門(mén)74LS00P的問(wèn)題，還是先看下電源、地線是否連接，然后檢查管腳、電路連接是否有誤，還有就是555的電路連接。5.2.3整體電路整體電路連接基本上全面搶答器、倒計(jì)時(shí)連接沒(méi)有錯(cuò)誤的話這邊問(wèn)題也較少，主要記得倒計(jì)時(shí)和搶答器的連接部分74LS00P與74

15、LS10P連接部分好好看下連接問(wèn)題，特別是記得74LS10P接線后還有還得經(jīng)過(guò)74LS00P與非門(mén)電路，這些也就是連接電路會(huì)出現(xiàn)德基本電路問(wèn)題了。六、心得體會(huì)經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我確實(shí)學(xué)習(xí)了很多知識(shí)，真正的感受到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，以及這之間莫大區(qū)別，到最后看著自己的結(jié)果心里還是感到很欣慰的。首先擺在我們面前的是要先弄懂所要設(shè)計(jì)電路的原理，于是最開(kāi)始我們?cè)谀玫筋}目之后就查找了大量的相關(guān)的資料，再加上平時(shí)理論課的學(xué)習(xí)以及充分利用了網(wǎng)絡(luò)資源和在圖書(shū)館借了相關(guān)的書(shū)籍資料，在仔細(xì)分析了這個(gè)題目所要達(dá)到的目的之后。接下來(lái)的是單元電路的設(shè)計(jì)，以及進(jìn)一步的分析其原理，實(shí)現(xiàn)哪些功能需要哪些電路，在此之

16、間我們用到了以前沒(méi)有用到過(guò)的芯片，但最終我們還是弄清楚了其原理。經(jīng)過(guò)幾天的與大家的一起討論，做種確定好了符合要求的電路。看似很復(fù)雜的電路就這樣被我們攻克了。接下來(lái)的是實(shí)驗(yàn)的仿真，這階段剛開(kāi)始以為原理圖都設(shè)計(jì)好了，那就應(yīng)該很簡(jiǎn)單了，首先是確定用何種軟件，接下來(lái)碰到的問(wèn)題是雖然是按著原理圖來(lái)接線畫(huà)的，可就是達(dá)不到期望的結(jié)果，經(jīng)過(guò)了N次的摸索最終還是解決了，對(duì)照設(shè)計(jì)的原理圖，發(fā)現(xiàn)仿真的圖形與設(shè)計(jì)的有小小的出入，總之最后總算達(dá)到了目的，心里很是高興。在原理圖設(shè)計(jì)和電路仿真完成后就是焊接電路板了，我認(rèn)為這個(gè)階段很好的鍛煉了我們的動(dòng)手能力。由于之前的電工實(shí)習(xí)讓我簡(jiǎn)單的接觸到了焊接實(shí)物，以為會(huì)比較輕松，但實(shí)

17、際焊接起來(lái)才發(fā)現(xiàn)此次與電工實(shí)習(xí)中的焊接實(shí)物有很大的不同，首先要自己對(duì)焊板上元件進(jìn)行布置和焊接電路元件連線，增加了很大的難度。由于采用了電路板，為了使步線美觀、簡(jiǎn)潔，還真是費(fèi)了我們不少精力，經(jīng)過(guò)不斷的修改與討論，雖然做出來(lái)的板子不太令人滿意，但也是我們自己一步一步做出來(lái)的。在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)給我留下了很深的印象。由于沒(méi)有接觸，開(kāi)始學(xué)得很費(fèi)力，但到后來(lái)就好了。在每次的課程設(shè)計(jì)中，遇到問(wèn)題，最好的辦法就是問(wèn)別人，因?yàn)槊總€(gè)人掌握情況不一樣，不可能做到處處都懂，發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情就會(huì)變得很簡(jiǎn)單。這一點(diǎn)我深有體會(huì)，在很多時(shí)候，我遇到的困難或許別人之前就已遇到，向他們請(qǐng)教遠(yuǎn)比自己在那冥思苦

18、想來(lái)得快。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我明白了學(xué)會(huì)與大家合作的重要性，因?yàn)閺拈_(kāi)始到最后，都是大家一起出主意，一起來(lái)解決中間出現(xiàn)的各種問(wèn)題。從原理圖的最終確定，到波形的仿真，再到元器件的選擇與購(gòu)買(mǎi)，到最后實(shí)物的焊接與調(diào)試，這都是大家分工合作的結(jié)果，正是因?yàn)榇蠹蚁嗷ヅ浜?，才使我們很快的完成了任?wù)。經(jīng)過(guò)這些天的學(xué)習(xí)我深刻的體會(huì)到實(shí)際與理論有很大的區(qū)別。在我們學(xué)習(xí)的過(guò)程中，不僅考驗(yàn)了我們對(duì)知識(shí)的吸收和掌握，而且也考驗(yàn)了我們的細(xì)心和耐心。特別是在仿真過(guò)程中對(duì)參數(shù)的改進(jìn)和電路圖的查找過(guò)程中，我深有體會(huì)。我認(rèn)為這次實(shí)習(xí)不僅僅學(xué)習(xí)了軟件知識(shí)，還提高了我們專業(yè)素質(zhì)。作為一個(gè)機(jī)械電子工程專業(yè)的學(xué)生，我深知課程設(shè)計(jì)的重要性。這次課程設(shè)計(jì)我從剛開(kāi)始的什么都不懂不會(huì)，到現(xiàn)在的基本了解了一個(gè)電路元件是如何構(gòu)成的，完成這次課程設(shè)計(jì)我覺(jué)得收獲很多，不但進(jìn)一步掌握了數(shù)電的知識(shí)及相關(guān)專業(yè)仿