數(shù)電六人搶答器課程設計報告

1、目錄1 功能介紹.2 1.1主要功能介紹.2 1.2擴展功能介紹.22總體方案設計.33單元模塊設計.43.1搶答器控制端電路功能介紹.43.2定時時間電路.63.3控制電路.73.4報警電路.74主要芯片介紹 .84.1 優(yōu)先編碼器 74LS148.84.2 計數(shù)器74LS192.105六人搶答器仿真.116系統(tǒng)調(diào)試 .157電路原理圖.168元件清單.179參考文獻.1710個人總結(jié).18課題題目：六人搶答器1功能介紹1.1主要功能介紹 1）有多路搶答，搶答臺數(shù)為6；2）具有搶答開始后20秒倒計時，20秒倒計時后無人搶答顯示超時，并報警：3）能顯示超前搶答臺號并顯示犯規(guī)報警：2、系統(tǒng)復位后

2、進入搶答狀態(tài)，當有一路搶答按鍵按下，該路搶答信號將其余各路搶答信號封鎖，同時鈴聲想起，直至該路按鍵松開，顯示牌顯示該路搶答臺號。1.2擴展功能介紹 （1）搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間為20秒。當節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示。（2）參加選手在未開始搶答時按下?lián)尨疰I，則犯規(guī)。顯示器上顯示選手的編號,并報警。 （3）參加選手在設定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 （4）如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。2總體方案設計設

3、計要求（1）主持人有開始鍵和復位鍵，按下開始鍵后才能開始搶答，否則犯規(guī)。（2）用數(shù)碼管顯示，正常搶答后顯示搶到的隊號，有鈴聲響起,如果犯規(guī)則顯示隊號,并報警。（3）如果20秒內(nèi)沒有搶答，則說明該題超時作廢。（4）復位鍵用于恢復犯規(guī)或超時狀態(tài)如圖1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到"清零"狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置;開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時器倒計時。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、

4、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關。 圖13單元模塊設計 31搶答器控制端電路功能介紹設計電路見圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 ,74LS48,LED數(shù)碼管和鎖存器 74LS279來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關從左到右，分別是1,2,3,4,5,6,7.7是控制清零端，當7斷開（清零）時，如果1到6開關有閉合的,數(shù)碼管會顯示閉合開關的編

5、號；當7閉合時，搶答器處于工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下1），74LS148的輸出經(jīng)74LS48譯碼器接到七段顯示電路處于工作狀態(tài)，1Q2Q3Q=001,經(jīng)譯碼顯示為“2”。此外，4Q1，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）1，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開時， 此時由于4Q仍為1，使優(yōu)先編碼工作標志端為1，所以74LS148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將7開關重新置“清零”然后才可能進行。 圖2 設計電路32定時時間電路功能介紹 該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制可逆計數(shù)器74L

6、S192、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預置數(shù)控制端由主持人控制實現(xiàn)預置數(shù)，當主持人端為低電平時,74ls192置數(shù);當主持人端為高電平時,電路開始倒計時。當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，之后選手搶答無效,并報警。 圖3 具體電路33控制電路 具體電路如圖3所示的控制部分和報警部分。倒計時部分的控制電路由555 芯片構(gòu)成多諧振蕩電路 ,74ls192的TCD端經(jīng)反相

7、器的輸出信號與555 的輸出信號相或，輸出的信號再與74ls148的15號管腳的輸出信號或非。當TCD端經(jīng)反相器的輸出信號和74ls148的15號管腳的輸出信號都為低電平時，74ls192的輸入脈沖根據(jù)555 的輸出信號變化；當TCD端經(jīng)反相器的輸出信號和74ls148的15號管腳的輸出信號都為高電平時，74ls192的輸入脈沖被鎖定在低電平，由于74ls192是由上升沿觸發(fā)，當為低電平時，電路停止工作。搶答部分的控制電路搶答部分的控制電路由兩個輸入信號組成，一是74ls279的4Q端輸出信號，二是74ls192的TCD端經(jīng)反相器的輸出信號。兩個信號中，只要有一個信號為高電平，電路就停止工作。

8、當?shù)褂嫊r到零還沒人搶答時，74ls192的TCD端輸出一個電平，經(jīng)反相后，為高電平，電路停止工作。當?shù)褂嫊r還沒到零時，有人搶答，74ls279的4Q端輸出高電平信號，電路停止工作。3.4報警電路由555 芯片構(gòu)成輸出一定頻率的多諧振蕩電路，555芯片的4號管腳作為控制端，當4號管腳為高電平時，蜂鳴器發(fā)出聲音；當4號管腳為高電平時，蜂鳴器不發(fā)聲。主持人端的輸出信號與74LS148的15號管腳輸出端信號相或非再與74ls192的TCD端經(jīng)反相器的輸出信號相或。當?shù)褂嫊r到零還沒人搶答時，74ls192的TCD端輸出一個電平，經(jīng)反相后，為高電平，輸入555的4號管腳，蜂鳴器發(fā)聲；當主持人端還沒開始，有

9、人搶答，0或非0為1，高電平使蜂鳴器發(fā)聲。4主要芯片介紹 41 優(yōu)先編碼器 74LS14874LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，表4.1.1為其真值表，表4.1.2為其功能表,圖4.1.1為其管腳圖。74LS148管腳圖 表4.1.2 74LS148 8線3線二進制編碼器真值表 74LS148工作原理如下： 該編碼器有8個信號輸入端，3個二進制碼輸出端。此外，電路還設置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標志GS。 當EI=0時，編碼器工作；而當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

10、低電平有效，輸出也為低電來有效的情況。當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

11、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 4.2 計數(shù)器74LS19274LS192具有下述功能： 異步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 異步置數(shù)：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài) 加計數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q

12、1Q0按加法規(guī)律計數(shù) 減計數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計數(shù)74LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器。 CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。LD為預置輸入控制端，異步預置。 CR為復位輸入端，高電平有效，異步清除。 CO為進位輸出：1001狀態(tài)后負脈沖輸出 BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。圖4.3. 74LS192管腳引線圖5六人搶答器仿真按照總體電路圖在仿真軟件proteus7.5上一一選擇芯片并進行連接，然后啟動開關觀察。下面，我們對設計出的電路進行proteus7.5仿真。我們將各部分電路在proteus7.

13、5上連接好后，為各個電阻和電容選取適當值，為各個開關設置好適當?shù)逆I盤打開數(shù)值（例如，為某一開關設為1連接，則啟動proteus7.5m仿真按鈕后，在鍵盤上按1則此開關就由斷開狀態(tài)變?yōu)檫B接狀態(tài)）然后打開proteus7.5的開關，即可根據(jù)顯示器上顯示的數(shù)字情況來判斷電路設計是否成功。此圖表示：已開始搶答，但過了13秒后還沒人搶答，系統(tǒng)正在倒計時此圖表示：開始搶答15秒后，第六組搶答到了此題此圖表示：已開始搶答，但過了20秒后還無人搶答，報警，系統(tǒng)自動停止，無法再搶答，直到主持人重新開始6、系統(tǒng)調(diào)試搶答電路連接好以后，測試時，發(fā)現(xiàn)電路并不穩(wěn)定。最初，我以為電路鎖存數(shù)據(jù)是在5號管腳為高電平時，數(shù)據(jù)才

14、被鎖存的。以這為理論依據(jù)，我認為電路不穩(wěn)定是因為5號管腳在到達高電平時，需要一段時間，由于在這段時間內(nèi)，74ls279的s端是不確定的，電路不穩(wěn)定，就是在這段不確定的時間內(nèi)造成的。我想了很多辦法，使當有人搶答時，縮短5號管腳為高電平的時間，結(jié)果電路還是不穩(wěn)定。我又仔細的想一想電路的鎖存原理，發(fā)現(xiàn)我最初的想法是錯的，輸入信號并不是在5號管腳為高電平時鎖存的，而是在當搶答者按下開關彈起時，由于此時無編碼輸入Y0,Y1,Y2端為高電平，保存了輸入的編號。后來我在輸入端加上電阻，電路就變穩(wěn)定了。最初，我以為當74ls192的減法計數(shù)到0時就輸出低電平，所以我用兩片74ls192的TCD輸出端或非后的輸

15、出信號來控制輸入脈沖，倒計時電路連接好以后，測試時，發(fā)現(xiàn)到00時，電路并不停止，仍從99開始，后來我發(fā)現(xiàn)，低電平的輸出并不是在0時，而是在0變?yōu)?時，所以只需用第二片74ls192的TCD輸出端控制輸入脈沖，我還發(fā)現(xiàn)，由于74ls192是上升沿觸發(fā)，用來控制輸入脈沖的信號，必須使脈沖變?yōu)榈碗娖健?、電路原理圖8、元件清單六人搶答器元器件表序號 元 器 件 名 稱 型號參數(shù) 數(shù) 量 備 注 18-3優(yōu)先編碼器74LS14812R-S鎖存器74LS27913BCD七段顯示譯碼器74LS4834十進制同步加/減計數(shù)器74LS19225共陰極七段數(shù)碼管BS201A36555定時器CB55527四-2輸

16、入或非門74LS0218四-2輸入或門74LS3219六反相器74LS04110電阻10K611電阻15K312電阻65K213電阻1K114電容0.01uF315電容10uF216揚聲器217開關69、參考文獻 陳明義. 數(shù)字電子技術基礎. 中南大學出版社 陳明義 宋學瑞. 電工電子實驗教程. 中南大學出版社 何希才. 常用集成電路簡明速查手冊. 國防工業(yè)出版社10、個人總結(jié)學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答記分器是必要設備。在我校舉行的各種競賽中我們經(jīng)常看到有搶答的環(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性

17、。為解決這個問題，綜合數(shù)字電子設計的要求，本次課程設計做一個成本低又能滿足要求的六路數(shù)顯搶答器。本設計是模電、數(shù)電以及應用軟件如multisim、protel等的綜合課程設計。通過這次電子設計，加深了對課程概念的理解，鍛煉了自己的動手能力。本實驗需要實現(xiàn)的功能較多，需要用到的電路知識也比較全面。我們最開始制定的目標便是分塊完成各個功能，最后再匯總。通過在網(wǎng)上搜索近似功能電路、查看老師給的部分電路參考，我們首先用multisim對各分塊電路進行仿真，有問題一個一個突破，保證分支部分不出錯誤。在老師的幫助下我們最后對電路仿真圖進行了匯總和改善，基本完成了實驗要求的基本內(nèi)容，并盡可能做到用盡量少的元件完成更完美功能。在設計電路過程中，遇到了大量概念理解不熟悉的情況，包括555計時器的相關知識、74LS系列的集成塊功能。通過翻看課本、網(wǎng)絡查詢等方式加深對很多知識的理解。雖然遇到了很多復雜的問題，但是通過努力解決后會獲得極大的成就感，并對本門課程產(chǎn)生了濃厚的興趣。同時，通過這次實踐認識到了自己的不足。有些相當然的設計看似正確，但是仿真卻無法通過。真正的電子設計是需要掌握每一個細節(jié)的，而并非像考試那樣做對一部分就能得一部分的分。所以，學習需要盡心，不能得過且過。理論結(jié)合實際才是學習的最高層次我們在制作實物的過程中更是遇到了很多的問題：1.我們這次做的六路搶答器是由自己完全焊在電路板上的，