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文檔簡介
1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計題目:八路搶答器 一、計設(shè)計任務(wù)及要求:1.設(shè)計多路競賽搶答器2.搶答器至少控制 6 人搶答;3.設(shè)置一個主持人控制開關(guān),控制搶答器的開始與清零;4.搶答器具有鎖存和顯示第一個搶答者的編號,并禁止其他人搶答的功能;5.具有 30 秒倒計時顯示搶答的時間控制,時間到禁止所有人搶答;二、方案設(shè)計及論證: 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽,分別用8個按鈕S0S7表示。 設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S,該開關(guān)由老師控制。 搶答器具有鎖存與顯示功能。即學(xué)生按動按鈕,鎖存相應(yīng)的編號,并在LED數(shù)碼管上顯示。學(xué)生搶答實行優(yōu)先鎖存,優(yōu)
2、先搶答學(xué)生的編號一直保持到老師將系統(tǒng)清除為止。搶答器具有定時搶答功能,且一次搶答的時間由老師設(shè)定(如30秒)。當(dāng)老師啟動"開始"鍵后,定時器進行減計時。學(xué)生在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答,搶答有效,定時器停止工作,顯示器上顯示學(xué)生的編號和搶答的時間,并保持到老師將系統(tǒng)清除為止。如果定時時間已到,無人搶答,本次搶答無效,系統(tǒng)禁止搶答,定時顯示器上顯示00。 設(shè)計方案簡述1. 定時搶答器的總體框圖如下圖所示,它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能,即開始搶答后,當(dāng)學(xué)生按動搶答鍵時,能顯示學(xué)生的編號,同時能封鎖輸入電路,禁止其他選手搶答,擴展電路完成定時
3、搶答的功能。2. 定時搶答器的工作過程是:接通電源時,老師將開關(guān)置于“消除”位置,搶答器處于禁止工作狀態(tài),編號顯示器滅燈,定時器倒計時,當(dāng)定時時間到,卻沒有學(xué)生搶答時,系統(tǒng)報警,并封鎖輸入電路,禁止學(xué)生超時后搶答。當(dāng)學(xué)生在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時,搶答器要完成以下四項工作:優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號,并由鎖存器進行鎖存,然后由譯碼顯示電路顯示編號;控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖,避免其他學(xué)生再次進行搶答;控制電路要使定時器停止工作,時間顯示器上顯示剩余的搶答時間,并保持到老師將系統(tǒng)消零為止,當(dāng)學(xué)生將問題回答完畢,老師操作控制開關(guān),使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài),以便進行下一輪搶答。 三 、系
4、統(tǒng)分析與設(shè)計(一)搶答器電路設(shè)計1. 搶答電路的功能有兩個:一是分辨學(xué)生按鍵的先后,并鎖存搶答者的編號,供譯碼顯示電路用;二是是其他學(xué)生的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼器74LS147和RS鎖存器,74LS373,74LS192可完成上述功能。譯碼電路選用74LS48芯片具體電路如圖1所示,其工作原理為:2. 當(dāng)老師控制開關(guān)處于“清除”位置時,RS觸發(fā)器R為低電平,輸出端(4Q1Q)全部為低電平。于是74LS48的BI=0;74LS148的選通輸入ST=0,74LS148處于工作狀態(tài),此時鎖存器電路不工作。當(dāng)老師開關(guān)撥到開“始位”置,優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時開始工作,等待輸入信號I7,·
5、;··,I0。當(dāng)有學(xué)生按下鍵時,74LS148的輸出Y2Y1Y0=010,Yex=0。經(jīng)RS鎖存器后,CTR=1,BI=1,74LS373處于工作狀態(tài),4Q3Q2Q=101。經(jīng)過74LS48譯碼后,顯示器顯示學(xué)生編號。此外,CTR=1,是74LS148的ST為高電平,74LS148處于禁止工作狀態(tài),封鎖了其他學(xué)生按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后,74LS148的Yes為高電平,但由于CTR維持高電平不變,所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài),其他學(xué)生的輸入不會被接收,保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。搶答完后老師使搶答電路復(fù)位,以便進行下一輪搶答。 3. 七段數(shù)碼管顯示
6、器74LS48測試燈輸入端。=0(低電平有效)且=1時,Ya-Yg輸出均為1,顯示器七段應(yīng)全亮,否則說明顯示器件有故障。正常譯碼顯示時,應(yīng)處于高電平,即=1。雙重功能端。此端可作為輸入信號端又可以作為輸出信號端。作為輸入端時是熄滅信號輸入端,利用端可按照需要控制數(shù)碼管顯示或不顯示。當(dāng)=0時(低電平有效),無論A3A2A1A0狀態(tài)如何,Ya-Yg均為0,數(shù)碼管不顯示。當(dāng)該端作為輸出端時是滅零輸出端,當(dāng)=0,且A3A2A1A0=0000時,=0。滅零輸入端。該端的作用是將數(shù)碼管顯示的數(shù)字O熄滅。當(dāng)=0(低電平有效)、且A3A2A1A0=0000時,Ya-Yg均輸出0,數(shù)碼管不顯示。 其功能和引腳如
7、圖所示: 4. 74LS147優(yōu)先編碼器功能優(yōu)先編碼器在同一時間內(nèi),當(dāng)多個輸入信號請求編碼時,只對優(yōu)先級別高的信號進行編碼的邏輯電路,常用的集成優(yōu)先編碼器有74LS147(8線-3線)其原理圖和功能真值表如圖: 74LS147優(yōu)先編碼器真值表 5. 555定時器振蕩器是計時器的核心,振蕩器的穩(wěn)定度和頻率的精確度決定了計時器的準確度。一般來說,振蕩器的頻率越高,計時精度就越高,但耗電量將越大。所以,在設(shè)計電路時要根據(jù)需要而設(shè)計出最佳電路。在本設(shè)計中,采用的是精度高的,由集成電路 555 與 RC 組成的多諧振蕩器。接通電源后,電容C1 被充電,vC上升,當(dāng)vC上升到大于 2/3VCC時,觸發(fā)器被
8、復(fù)位,放電管T導(dǎo)通,此時v0為低電平,電容C1 通過R2和T放電,使vC下降。當(dāng)vC下降到小于 1/3VCC時,觸發(fā)器被置位,v0翻轉(zhuǎn)為高電平。電容器C1 放電結(jié)束,所需的時間為 :當(dāng)C1 放電結(jié)束時,T截止,VCC將通過R19、R18向電容器C1 充電,vC由 1/3VCC上升到 2/3VCC所需的時為:當(dāng)vC上升到 2/3VCC時,觸發(fā)器又被復(fù)位發(fā)生翻轉(zhuǎn),如此周而復(fù)始,在輸出端就得到一個周期性的方波。振蕩周期T的計算: T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C T1=(R1+R2)Cln(Ucc-1/3Ucc)/(UCC-2/3Ucc)=(R1+R2)Cln2=0.7(R1+R2)C T2
9、=R2Cln(0-2/3Ucc)/(0-1/3Ucc)=R2Cln2=0.7R2C振蕩周期T: T=0.7(R19+2R18)C =0.7*(56000+2*56000)*0.00001 =1. 176s 555定時器波形圖6、 原理圖及PCB圖 原理圖底板電路部分顯示電路原理圖7、 制作步驟 八路搶答器分為倒計時部分和搶答顯示部分。(1) 仿真。設(shè)計電路圖進行仿真,確定電路是否能實現(xiàn)其功能,觀察555定時器波形 (2) 畫圖。通過AD畫圖軟件畫出原理圖,轉(zhuǎn)換成PCB(3) 制板。打印PCB圖轉(zhuǎn)印電路圖,焊接元器件制成電路板(4) 調(diào)試。 問題分析:(1) 數(shù)碼管顯示亂碼:a、電路虛焊,b、元
10、器件間的連線斷路(2)555有脈沖但是數(shù)碼管不倒計時:a、檢查74LS192的4引腳是否有脈沖 b、555定時器外接問題(3) 數(shù)碼管倒計時倒計兩秒后自動搶答: 拆除74LS32 5腳和9腳間連接的極性電容(二)搶答器電路原理圖四、調(diào)試結(jié)果及實際電路照片五、設(shè)計總結(jié)體會經(jīng)過兩周的課程設(shè)計,我學(xué)會了如何進行電路設(shè)計及豐富了自己的理論知識和實踐實習(xí)能力,在設(shè)計過程中,加深了對組合和時序邏輯電路的掌握情況,同時也使得學(xué)過的知識得到了鞏固與復(fù)習(xí),在設(shè)計搶答器、定時器的過程中,通過翻閱資料,上網(wǎng)搜索等,我對各電路器件(如:與非門,555定時器和LED顯像管等)及原理有了更深一層次的認識,既增強了我的理解
11、能力,也使我能更好的運用所學(xué)的知識。在設(shè)計之初,并不明白如何用所學(xué)的器件來實現(xiàn)電路的功能,經(jīng)過小組內(nèi)的激情討論,最終確定了答題的設(shè)計方案,在設(shè)計的過程中,不斷的發(fā)現(xiàn)和克服困難,使我明白了,學(xué)習(xí)并非上課認真學(xué)習(xí)那么簡單,我深深的體會到了,要將所學(xué)的理論知識轉(zhuǎn)變成事物的重要性,不僅能夠加深對理論知識的理解,也能怎家對本課的興趣和愛好。 兩周的磨練,使我對本課由最初的懵懂認識到現(xiàn)在的全面了解,總的來說收獲很多。元器件清單名稱數(shù)量注釋名稱數(shù)量74LS042六組反相器74LS04274ls112三組三輸入端與門74ls11274ls321四組輛輸入端或門74ls321CD40721雙四輸入端或門CD40
12、721CD40821雙四輸入端與門CD4082174LS1922十進制可逆計數(shù)器74LS192274LS4834線七段譯碼器74LS48374LS147110-4線優(yōu)先編碼器74LS147174LS3731八D鎖存器74LS37311N414831N41483按鍵12個按鍵12個電容3個0.1uf 47uf 10uf各一個電容3個電阻25個10K20個 2K兩個56K兩個電阻25個74LS861異或門74LS861單個數(shù)碼管3共陰極單個數(shù)碼管3名稱數(shù)量注釋名稱數(shù)量74LS042六組反相器74LS04274ls112三組三輸入端與門74ls11274ls321四組輛輸入端或門74ls321CD40721雙四輸入端或門CD40721CD40821雙四輸入端與門CD4082174LS1922十進制可逆計數(shù)器7
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