四人搶答器項(xiàng)目報(bào)告

1、江蘇師范大學(xué)物理學(xué)院課程設(shè)計(jì)報(bào)告課 程 名 稱(chēng) 數(shù)電課程設(shè)計(jì) 設(shè) 計(jì) 題 目 由觸發(fā)器構(gòu)成的改進(jìn)型搶答器 所學(xué)專(zhuān)業(yè)名稱(chēng) 應(yīng)用電子技術(shù) 系 別 機(jī)電工程系 班 級(jí) 班 學(xué) 號(hào) 學(xué) 生 姓 名 妍妍 指 導(dǎo) 教 師 趙 2013年6月21日江蘇師范大學(xué)由觸發(fā)器構(gòu)成的改進(jìn)型搶答器的制作項(xiàng)目要求：設(shè)計(jì)并制作可由主持人控制的三人搶答器電路，要求如下：由集成觸發(fā)器構(gòu)成的改進(jìn)型搶答器中，S1、S2、S3、S3為4路搶答操作按鈕。任何一個(gè)人先將某一按鈕按下，則與其對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管（指示燈）被點(diǎn)亮，表示此人搶答成功；而緊隨其后的其他開(kāi)關(guān)再被按下均無(wú)效，指示燈仍保持第一個(gè)開(kāi)關(guān)按下時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)不變。S5為主持人控

2、制的復(fù)位操作按鈕，當(dāng)S5被按下時(shí)搶答器電路清零，松開(kāi)后則允許搶答。一、 實(shí)訓(xùn)一周工作安排與人員分工工作計(jì)劃星期一星期二星期三星期四星期五制定工作計(jì)劃確定項(xiàng)目草圖元件的檢測(cè)與購(gòu)買(mǎi)實(shí)物焊接項(xiàng)目驗(yàn)收明確人員分工電路仿真根據(jù)電路圖完成實(shí)物連接測(cè)試總體方案的提出列元件清單功能驗(yàn)證繪制項(xiàng)目草圖人員分工職務(wù)姓名工作內(nèi)容組長(zhǎng)妍妍項(xiàng)目報(bào)告編寫(xiě)組員浩浩電路仿真大壯電路設(shè)計(jì)李智元器件購(gòu)買(mǎi)與檢測(cè)張軒焊接，測(cè)試東東項(xiàng)目資料采集二、產(chǎn)品功能介紹3）開(kāi)關(guān)S作為清零及搶答控制開(kāi)關(guān)（由主持人控制），當(dāng)開(kāi)關(guān)S被按下時(shí)搶答電路清零，當(dāng)開(kāi)關(guān)S松開(kāi)后這允許搶答，輸入搶答信號(hào)由搶答按鈕開(kāi)關(guān)S1-S4實(shí)現(xiàn)。4）有搶答信號(hào)輸入，即開(kāi)關(guān)S1-

3、S4中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)被按下時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED燈變亮蜂鳴器響，此時(shí)再按其它任何一個(gè)開(kāi)關(guān)被按下均無(wú)效，指示燈依舊“保持”第一個(gè)開(kāi)關(guān)按下時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)不變。三、工作原理分析在設(shè)計(jì)要求中，搶答器電路要實(shí)現(xiàn)的三個(gè)功能里最主要的就是“記憶”。通過(guò)記憶信號(hào)，可以保持搶答燈的長(zhǎng)亮:使用記憶信號(hào)，可以屏蔽其他答題者的后繼開(kāi)關(guān)信號(hào)。那么，可以選擇“觸發(fā)器”來(lái)實(shí)現(xiàn)記憶的功能;為實(shí)現(xiàn)屏蔽的功能，要選擇與門(mén)來(lái)構(gòu)成屏蔽的電路。根據(jù)以上的分析，電路要有以下功能:1）記憶功能。電路能夠保存第一個(gè)按下開(kāi)關(guān)者的信號(hào)，讓其對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈自動(dòng)保持長(zhǎng)亮，從而答題者不用長(zhǎng)按開(kāi)關(guān)。并且該信號(hào)還要對(duì)屏蔽電路起作用。2）屏蔽功能。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)燈亮起之

4、后，電路能夠使用記憶的信號(hào)，屏蔽掉其他后繼答題者的開(kāi)關(guān)信號(hào)，使其他的燈不會(huì)再亮.3）恢復(fù)功能.主持人開(kāi)關(guān)可以使電路恢復(fù)到初始狀態(tài)2。四、總體設(shè)計(jì)思路的提出四路搶答器由主持人控制開(kāi)關(guān)S，搶答開(kāi)關(guān)S1-S4,控制電路（74LS175芯片），邏輯與門(mén)，LED顯示電路等模塊組成。如下圖所示：主持人搶 答按 鈕控 制電 路（D觸發(fā)器）顯 示電 路反 饋 電 路五、電路所用主要元件1）74LS175該電路由四D觸發(fā)器74LS175，與非門(mén)74LS20/74LS00、555定時(shí)器等組成，其中J1、J2、J3、J4搶答開(kāi)關(guān)，J5為主持人控制開(kāi)關(guān)。74LS175為四D觸發(fā)器，它具有公共置0端和公共CP端；74L

5、S20為雙4輸入與非門(mén)；74LS00是四2輸入與非門(mén)，由74LS00可組成多諧振蕩器；555定時(shí)器組成分頻電路，74LS20和74LS00組成搶答器中的CP時(shí)鐘脈沖源，搶答開(kāi)始時(shí)，由主持人清除信號(hào)，按下復(fù)位開(kāi)關(guān)J5,74LS175的輸出Q1Q4全為0，所有的發(fā)光二極管LED均熄滅，當(dāng)主持人宣布“搶答開(kāi)始”后，首先做出判斷的參賽者按下開(kāi)關(guān)，對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮、揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)，通過(guò)與非門(mén)74LS20送出信號(hào)鎖住其余三個(gè)搶答者的電路，不再接受其它的信號(hào)，直到主持人再次清除信號(hào)為止。搶答開(kāi)關(guān)每人只有一個(gè)，因此在輸入信號(hào)為單端信號(hào)的情況下，D型觸發(fā)器用來(lái)最為方便，其狀態(tài)方程為:Qn+1=D(CP上升

6、沿有效)，從D型觸發(fā)器的公式可以看出，其輸入變量只有一個(gè)，故物理上只有一個(gè)輸入端而且其輸出狀態(tài)與輸入信號(hào)是相同的。“CP上升沿有效”，說(shuō)明觸發(fā)器輸出狀態(tài)的更新發(fā)生在CP脈沖信號(hào)的上升沿(脈沖電壓由低電壓上升到高電壓的過(guò)程)，新?tīng)顟B(tài)只取決于脈沖信號(hào)到來(lái)前D端的狀態(tài)，故又稱(chēng)為上升沿觸發(fā)的邊沿D型觸發(fā)器8。D型觸發(fā)器的應(yīng)用很廣，可用作數(shù)字信號(hào)的寄存、位移寄存、分頻和波形發(fā)生等。在集成產(chǎn)品中，也有很多種型號(hào)可供不同用途的需要而選用。如集成雙D74LS74、集成四D74LS175、集成六D74LS174等.設(shè)計(jì)要求是四人使用，故選擇74LS175。74LS175是四上升沿D型觸發(fā)器，在芯片上集成了4個(gè)相

7、互獨(dú)立的D型觸發(fā)器.每個(gè)觸發(fā)器對(duì)應(yīng)一個(gè)輸入端D和互補(bǔ)的兩個(gè)輸出端Q、。并且4個(gè)觸發(fā)器共用置0端RD非和工作脈沖輸入端CP。4個(gè)D觸發(fā)器受到同一個(gè)工作脈沖輸入端的控制，只有在CP信號(hào)處于上升沿時(shí)(低電壓變化到高電壓的過(guò)程)，觸發(fā)器的狀態(tài)才能發(fā)生改變。RD非的輸入端的有效信號(hào)是低電壓16。當(dāng)RD非=0時(shí)，Q1Q4=0。對(duì)應(yīng)的 1 4=1，即4個(gè)D觸發(fā)器同時(shí)被置0，并且該置0端信號(hào)有效性與CP信號(hào)無(wú)關(guān)。與門(mén)選擇兩個(gè)，一個(gè)四輸入與門(mén)，一個(gè)二輸入與門(mén)。通過(guò)與門(mén)的性質(zhì)，用兩個(gè)與門(mén)就可以完全實(shí)現(xiàn)屏蔽電路的設(shè)計(jì)9。現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品中集成與門(mén)器件很多，我們可以根據(jù)需要選擇.基于以上器件，現(xiàn)設(shè)計(jì)邏輯電路圖如下圖2) NE

8、555NE555電路是一個(gè)時(shí)基電路，它由電阻電容等構(gòu)成多謝振蕩電路，此電路是為蜂鳴器和觸發(fā)器提供脈沖信號(hào)，一來(lái)使蜂鳴器發(fā)生，二來(lái)是為觸發(fā)器提供時(shí)鐘信號(hào)。如果沒(méi)有NE555可使用74LS00G3的輸出端和輸入端跨界一個(gè)電阻和一個(gè)電容并聯(lián)，輸入端交接另外一個(gè)電容接地。目的是使G3形成自激多諧振蕩器代替NE555組成的振蕩器。六、四人搶答題仿真后存在問(wèn)題與改進(jìn)方案：按A圖連接后存在的問(wèn)題：指示燈不受清零端與相應(yīng)輸入端的控制當(dāng)清零端按下時(shí)，全部燈亮，斷開(kāi)時(shí)全部燈滅，按ABCD開(kāi)關(guān)時(shí)無(wú)反應(yīng)提前按下其中一路，再按清零端恢復(fù)，相應(yīng)的燈滅1、小組成員核對(duì)后發(fā)現(xiàn)組成員間仿真電路與草圖一致，出現(xiàn)問(wèn)題也一致，可以排

9、除仿真錯(cuò)誤2、組成員找到74LS175芯片的管腳說(shuō)明及功能表，再次核對(duì)草圖3、經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)原圖在74LS175的輸入端與清零端的開(kāi)關(guān)接法存在問(wèn)題按照設(shè)計(jì)要求，應(yīng)該是清零端按下后燈全滅，那么對(duì)應(yīng)的要求即是：按下接通后，CR端低電平 斷開(kāi)后，CR端高電平輸入端與清零端的開(kāi)關(guān)按A圖接法無(wú)法作用于74LS175芯片，可以明顯看出S1S4斷開(kāi)狀態(tài)下輸入就是高電平，所以造成輸出4個(gè)二極管同時(shí)發(fā)光，而清零端在斷開(kāi)時(shí)接地，清零閉合后為輸入高電平，74LS175芯片工作改進(jìn)方案：讓S1S4斷開(kāi)時(shí)接低電平，相應(yīng)開(kāi)關(guān)按下時(shí)D1D4相應(yīng)端輸入高電平讓S5斷開(kāi)時(shí)接高電平，按下時(shí)接低電平根據(jù)方案，我們組重新選擇了開(kāi)關(guān)，并

10、減少了電阻的使用B圖為改進(jìn)后驗(yàn)證成功的方案附：電路仿真圖改進(jìn)前后對(duì)比： A原圖B改進(jìn)后七、元件清單元件名稱(chēng)型號(hào)數(shù)量備注點(diǎn)動(dòng)型開(kāi)關(guān)5個(gè)按下過(guò)后能復(fù)位芯片74LS175D174LS20174LS001NE5551蜂鳴器1電阻51051K110 K1電容0.1UF10.01UF122UF極性電容1發(fā)光二極管紅、黃、藍(lán)、綠4各1個(gè)八、焊接后產(chǎn)品實(shí)物圖九、小結(jié)這一課程設(shè)計(jì)使我們將課堂上的理論知識(shí)有了進(jìn)步的了解，并增強(qiáng)了對(duì)數(shù)字電子技術(shù)這門(mén)課程的興趣。了解了更多電子元件的工作原理，如：74LS175、NE555等。但同時(shí)也暴露出我在知識(shí)上掌握不足等缺點(diǎn)。其次在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中由于我們頻繁的使用一電子設(shè)計(jì)軟件如：Multisim等，因此使我熟悉了軟件的使用，同時(shí)在電腦的電子設(shè)計(jì)和繪圖操作上有了進(jìn)一步提高。加上在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到