八路搶答器實驗報告

1、八路搶答器設(shè)計與制作一、電路功能1. 主持人控制搶答器工作。2 .搶答有效時間為主持人按下按鍵后5秒內(nèi)，其他時間按動搶答鍵無效。3. 搶答選手編號為 0、1、2、3、4、5、6、7。搶答開始后，若五秒內(nèi)有人搶答，則由 LED數(shù)碼管顯示最先搶答選手編號，否則無顯示。4. 搶答開始后由蜂鳴器發(fā)出 5聲1秒的提示音，若在 5秒內(nèi)有人搶答，蜂鳴器立刻停 止提示音。并顯示搶答選手編號。二、電路基本參數(shù)輸入電壓Vcc=5v三、電路原理框圖圖3-1八路搶答器組成電路四、設(shè)計要求5. 有八個搶答按鍵，一個主持人控制按鍵。6. 搶答有效時間為主持人按下按鍵后5秒內(nèi)，其他時間按動搶答鍵無效。7. 搶答選手編號為

2、0、1、2、3、4、5、6、7。搶答開始后，若五秒內(nèi)有人搶答，則由 LED數(shù)碼管顯示最先搶答選手編號，否則無顯示。8. 搶答開始后由蜂鳴器發(fā)出 5聲1秒的提示音，若在 5秒內(nèi)有人搶答，蜂鳴器立刻停 止提示音。五、電路原理圖及工作原理介紹電路原理圖如圖2-1所示。圖2-1八路搶答器原理圖圖中Ko - K?為8個搶答按鍵。74LS148為8線/3線優(yōu)先編碼器，其邏輯功能如表2-1所示。8路輸入信號Do - D7以及編碼輸出信號 氏_ A均為負(fù)邏輯。EI為使能 控制端，低電平有效，當(dāng) EI=0時，正常編碼，否則所有輸出端均為高電平。當(dāng)EI=0時，且Do -D7有輸出時，Gs = 0,否則Gs =1，

3、可見GS為低電平時74LS148正常 編碼且有輸入。當(dāng)EI=0時，且Do - D7無輸入時，EO=0,可見EO為低電平時表示 74LS148 正常編碼且無輸入。74LS279為4RS觸發(fā)器，輸入信號低電平有效。其中，第一和第三RS觸發(fā)器有兩個置1端?？碖8為主持人控制鍵，按下 K8將第一至第三 RS觸發(fā)器復(fù)位，將第四 RS 觸發(fā)器置1。在正常搶答期間，74LS279作為鎖存器，將編碼輸出人- A7和GS鎖存，其中A2 - Ao反相輸出，從而將負(fù)邏輯編碼變?yōu)檎壿?，GS同相輸出。最后，編碼信號經(jīng)7段顯示譯碼器 74LS48譯碼由LED顯示搶答選手編號。74LS48內(nèi)部有2K上拉電阻，可直接驅(qū)動共

4、陰 LED,不需要串聯(lián)限流電阻。由555定時器構(gòu)成多諧振蕩電路，震蕩周期T = 0.7（尺0 - R11）C1 ： 1S,占空比R - RD 10 亠:66.7%。該信號既是倒計數(shù)電路的時鐘脈沖，又是蜂鳴器的發(fā)聲的R10 + 2Rn定時脈沖。由74LS192構(gòu)成5秒倒計時電路。主持人按下K8時，計數(shù)器置為 6,然后開始倒計數(shù)，經(jīng)6個脈沖后，計數(shù)值為0,以后保持0不變，除非主持人再次按下 K8置 數(shù)，因為計數(shù)器最高輸出 Qd端與異步清零端 CLR相連，當(dāng)計數(shù)器為0時若繼續(xù)倒計數(shù)， 則Qd=1,使計數(shù)器清零。主持人按下按鍵 K8復(fù)位后，計數(shù)器輸出為6,前5個計數(shù)脈沖到來后，計數(shù)器輸出分別為5、4、

5、3、2、1，或門G輸出高電平，若無人搶答，則與非門G2打開，時鐘脈沖經(jīng)G2 , G3到三極管T,蜂鳴器發(fā)出5聲蜂鳴音。計數(shù)器輸出為0或有人搶答時，與非門G2關(guān)閉蜂鳴器不再發(fā)聲。主持人按下按鍵 K8復(fù)位后，鎖存器 74LS279第四個RS觸發(fā)器置1輸出端4Q為 高電平；計數(shù)器 74LS192置6,門Gi輸出高電平，從而使門G4輸出低電平，編碼器74LS148被選通，處于正常編碼狀態(tài)。若有人搶答，則G = 0，使鎖存器4Q=Q從而使門G4輸出高電平，編碼器 74LS148被關(guān)閉，不再編碼，輸出全為高電平，鎖存器輸 出保持不變。若計數(shù)器計數(shù)到0，則門G1輸出為0，編碼器74LS148同樣被關(guān)閉，不再

6、編碼，輸出全為高電平，鎖存器輸出保持不變。編碼器74LS148輸出端EO與七段顯示譯碼器 74LS48的 BI/RBO相連，這是因 為，無人搶答時和0號選手按下K1搶答時，編碼器具有相同的輸出，而前者 EO=0使 LED無顯示，后者EO=0,顯示0。六、芯片簡介1. 74LS19274LS192是同步十進(jìn)制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：圖6-174LS192的引腳排列及邏輯符號(a)引腳排列(b)邏輯符號圖中：丄為置數(shù)端，-為加計數(shù)端,I為減計數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端,為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端， 二二為清除端

7、，Q0 Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下:表6-274LS192的功能表輸入輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba011XXXX加計數(shù)011XXXX減計數(shù)2. 74LS1484LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，共有54/74148和54/74LS148兩種線路結(jié)構(gòu)型式，將8條數(shù)據(jù)線（0 7）進(jìn)行3線（4-2-1）二進(jìn)制（八進(jìn)制）優(yōu)先編碼，即對最高位數(shù)據(jù)線進(jìn)行 譯碼。 利用選通端（EI）和輸出選通端（EO可進(jìn)行八進(jìn)制擴(kuò)展。芯片管腳如下圖所示圖6-2 74LS148 管腳圖07編碼輸入端（低電平有效）EI選通輸入端（低電平有效）A0、A1、

8、A2三位二進(jìn)制編碼輸出信號即編碼輸出端（低電平有效）GS片優(yōu)先編碼輸出端即寬展端（低電平有效）EO選通輸出端，即使能輸出端圖6-3 74LS148內(nèi)部邏輯圖在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時輸入兩個以上編碼信號。 不過在設(shè)計優(yōu)先編碼器時，已 經(jīng)將所有的輸入信號按優(yōu)先順序排了隊。在同時存在兩個或兩個以上輸入信號時，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級高的輸入信號編碼，優(yōu)先級低的信號則不起作用。74148是一個八線-三線優(yōu)先級編碼器。74148優(yōu)先編碼器為16腳的集成芯片，除電源腳 VCC（16）和GND（8）外，其余輸入、輸 出腳的作用和腳號如圖中所標(biāo)。其中I 0 I 7為輸入信號，A2,A1,A0為三位二進(jìn)制編碼輸

9、出信號，EI是使能輸入端，EO使能輸出端，G S為片優(yōu)先編碼輸出端。表6-1 74LS148真值表由74LS148真值表可列輸出邏輯方程為：A2 =（I4+I5+I6+I7）EIEIA1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)EIA0 = (I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)當(dāng)使能輸入 IE=0 時，所有輸出端群被封鎖在高電平。當(dāng)使能輸入IE=1時，允許編碼，在1017輸入中，輸入17優(yōu)先級最高，其余依次為：I6,I5,I4,I3,I2,I0， I0 等級排列。使能輸出端 O E 的邏輯方程為：EO =10 I1 I2 I3 I4 I5 67 EI ,此邏輯表達(dá)式表明當(dāng)所有

10、的編碼輸入端都是高電平 （即沒有編碼輸入） ，且 EI=0 時， EO 才為零；表明EO的低電平輸出信號表示“電路工作，但無編碼輸入。擴(kuò)展片優(yōu)先編碼輸出端 G S 的邏輯方程為：GS = （I0+I1 + I2+I3+I4+I5+I6+I7） EI此時表明只要任何一個編碼輸入段有低電平信號輸入，且EI=0,GS 即為低電平。GS的低電平輸出信號表示“電路工作，而且有編碼輸入?！保℅S=0 1在數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)中， EI表示S,EO表示Ys,GS表示YEX（EX為下標(biāo)）3. 74LS4874LS48 芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系 統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中74LS48

11、/SN74LS48 引腳功能圖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。表 6-3 74LS48 真值表由 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

12、電平，見表 1中116行。（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俞入無關(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

13、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。DCB加0,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。圖2 7段顯示譯碼器74LS48 （a）邏輯圖（b）方框圖（c）符號圖圖 2 給出了 74LS48 的邏輯圖,方框圖和符號圖。由符號圖可以知道,4 號管腳端具有輸入和輸出雙重功能。作為輸入（ BI）低電平時，G21為0，所有字段輸出置 0,即實現(xiàn)消隱功能。作為輸出（RBO,相當(dāng)于LT,及CT0的與墳系，即LT=1, RBI=0, DCBA=0000寸輸 出低電平，可實現(xiàn)動態(tài)滅零功能。 3號（LT）端有效低電平時，

14、V20=1，所有字段置1,實現(xiàn) 燈測試功能。七、電路調(diào)試1 在焊接好的電路板上各引出一條 +5V的紅色電源線和一條黑色地線；2 在實驗箱上練好電路，調(diào)出 +5V后，分別將兩條電源線和地線接上；3. 打開電源開關(guān),按下復(fù)位輕觸開關(guān),蜂鳴器開始發(fā)出清晰的鳴響；4. 無人搶答時, 蜂鳴器連續(xù)發(fā)出 5聲1 秒的提示音, 后蜂鳴器立刻停止提示音, 數(shù)碼管 顯示數(shù)字零5. 在5秒內(nèi)有人搶答,蜂鳴器立刻停止提示音,數(shù)碼管顯示搶答人的編號-1。八、測試結(jié)果1 、無人搶答時蜂鳴器鳴響五次,偶爾鳴響六次；2、搶答選手編號 18 與顯示編號 07 一一對應(yīng)；3、經(jīng)過多次測試,無發(fā)生二次搶答的情況；4、時鐘電路產(chǎn)生的

15、周期為一秒；5、占空比為 1/3 。九、存在問題及分析1、無人搶答時顯示與一號選手搶答顯示編號相同，難以判斷是否為一號選手于第五秒 時按下?lián)尨疰I。2、考慮時鐘周期誤差的情況下，會引入一秒的誤差，蜂鳴器提示音有幾率鳴響4 次或6 次。3、電阻標(biāo)稱值與電路計算值的差距會導(dǎo)致一定的誤差。十、 總結(jié)本次電子課程設(shè)計實習(xí)將理論與實踐有機(jī)地結(jié)合，既考查了我們對理論知識的掌 握程度，由反映了實際動手能力，更主要的是考查了我們對知識的綜合運用以及創(chuàng)新 設(shè)計思維能力， 為今后的發(fā)展提供了一次良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。 八路搶答器是以 74LS48 譯 碼器和74LS148編碼器為主體，其中另加了基本RS觸發(fā)器為鎖存電路、

16、555構(gòu)成倒計時與報警電路。一學(xué)期的數(shù)電學(xué)習(xí)讓我們對74LS系列和555有了一些了解，但是并不深入。經(jīng)過此次的課程設(shè)計我們對這些器件的功能、引腳功能、組合功能等等都有了 深入的了解，對我們此后在專業(yè)課上的學(xué)習(xí)都有很大的幫助。由于已有繪制原理圖經(jīng)驗，在初期繪制電路原理圖階段還是比較順利的?？墒沁M(jìn) 入排版過程了就開始遇到困難了。剛開始用自動布線跳線始終無法完成布線，一連幾 天都沒有進(jìn)展。無奈決定擯棄自動布線，開始手動布線。手動布線雖然耗時很久，但 是跳線卻少了很多。經(jīng)過一天的奮戰(zhàn)，我總算把PCB連線布好。手動布線我清晰了解到每條線的連接，在之后的焊接工作的時候簡單了很多。焊接必須精益求精，一絲不茍

17、，一點的差錯都可能導(dǎo)致實驗結(jié)果錯誤，因此必須 準(zhǔn)確無誤還要工整，這樣才能在調(diào)試中能比較輕松進(jìn)行，也是整個電路可看性更好。調(diào)試工作是個精細(xì)工作。在調(diào)試過程中，有些問題是芯片本身損壞引起的，也有 些是因為焊接問題引起的等因此排查過程需要特別有耐心，通過對芯片功能的檢驗， 對焊點的檢查最后檢查出問題所在。當(dāng)最后解決問題時，電路的正確是非常振奮，也 很有成就感和滿足感。調(diào)試過程中還發(fā)現(xiàn)了少了一條連線，即74LS10芯片的1腳與4腳，但系統(tǒng)并未提示，因此，調(diào)試不能僅僅根據(jù)PCB版圖來查看線路，而應(yīng)該回歸原理圖來調(diào)試。由于穩(wěn)壓電源不是很穩(wěn)定，多少有些干擾，我們在電源接入處加了電容來濾波，保證電源 輸入的穩(wěn)定。12實物圖正面實物圖反面附錄一 實物圖附錄二PCB圖PCD附錄三元器件清單八路搶答器元器件清單名稱型號數(shù)量備注一、電阻碳膜電阻RT-0.25-2K1R12碳膜電阻RT-0.25-10K9R1R9碳膜電阻RT-0.25-47K2R10 R11二、電容瓷片電容104-0.01uf2C2附加電容電解電容CD11-