八路搶答器課程設(shè)計報告

1、電子信息工程學(xué)院電子課程設(shè)計報告八路搶答器姓名：專業(yè)：班級：學(xué)號：同組人：指導(dǎo)教師：日期：目錄摘要3前言4第一章設(shè)計要求51. 1 根本要求 51 . 2提升要求 5第二章系統(tǒng)的組成及工作原理62. 1系統(tǒng)的組成框圖63. 2系統(tǒng)的工作原理6第三章電路設(shè)計74. 1方案的選擇73. 1.1方案-73. 1.2方案二83. 1.3確定方案83. 2單元電路設(shè)計93. 2.1搶答電路的設(shè)計94. 2. 2定時電路的設(shè)計1 15. 2. 3報警電路的設(shè)計1 26. 2. 4時序電路的設(shè)計13第四章電路實驗與調(diào)試154. 1 焊接1 54. 2調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決1 5第五章設(shè)計總結(jié)15參考文獻(xiàn)1

2、8附錄兀件清單- - - - - - - - - - - - - - - - - - - -19摘要介紹了數(shù)碼顯示八路搶答器電路的組成、設(shè)計及功能,電路采用 74系列常用集成電路進(jìn)行設(shè)計.該搶答器除具有根本的搶答功能外,還具有定時、計時和報警功能.主持人 通過時間預(yù)設(shè)開關(guān)預(yù)設(shè)供搶答的時間,系統(tǒng)將完成自動倒計時.假設(shè)在規(guī)定的時間內(nèi)有人搶 答,那么計時將自動停止；假設(shè)在規(guī)定的時間內(nèi)無人搶答,那么系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響,提示主 持人本輪搶答無效,實現(xiàn)報警功能,假設(shè)超過搶答時間那么搶答無效.該搶答器主要運(yùn)用到了編碼器,譯碼器和鎖存器：它采用 74LS148來實現(xiàn)搶答器的選 號,采用74LS279芯片實現(xiàn)

3、對號的鎖存,采用 74LS192實現(xiàn)十進(jìn)制的減法計數(shù),采用 555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號來共同實現(xiàn)倒計時功能,采用 74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來實現(xiàn)報警信 號的輸出.通過課程設(shè)計提升和穩(wěn)固了所學(xué)的專業(yè)知識,以及知識的綜合應(yīng)用和焊接技術(shù).關(guān)鍵詞：搶答器編碼譯碼定時報警、乙刖 H進(jìn)入21世紀(jì)越來越來多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中,例如企業(yè)、學(xué)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(shè)備.過去在舉行的各種競賽中我們 經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié),舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉做題板的方法判斷選手的做題權(quán), 這在某種程度上會由于主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性.人們于是開始尋求一種能 不依人的主觀意

4、愿來判斷的設(shè)備來標(biāo)準(zhǔn)比賽.因此,為了克服這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利 用各種資源和條件設(shè)計出很多的搶答器,從最初的簡單搶答按鈕,到后來的顯示選手號的 搶答器,再到現(xiàn)在的數(shù)顯搶答器,其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計時搶答,還 兼具報警,計分顯示等等功能,有了這些更準(zhǔn)確地儀器使得我們的競賽變得更加精彩紛呈, 也使比賽更突顯其公平公正的原那么.今天隨著科技的不斷進(jìn)步搶答器的制作也更加追求精益求精,人們擺脫了消耗很多元 件僅來實現(xiàn)用指示燈和一些電路來實現(xiàn)簡單的搶答功能,使第一個搶答的參賽者的編號能 通過指示燈顯示出來,防止不合理的現(xiàn)象發(fā)生.但這種電路不易于擴(kuò)展,而且當(dāng)有更高要 求是酒無法實現(xiàn),例如參

5、賽人數(shù)的增加.隨著數(shù)字電路的開展,數(shù)字搶答器誕生了,它易 于擴(kuò)展,可靠性好,集成度高,而且費(fèi)用低,功能更加多樣話,是一種高效能的產(chǎn)品.而 如今在市場上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件,或利用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計,本 次設(shè)計主要利用常見的74LS系列集成電路芯片和555芯片,并通過劃分功能模塊進(jìn)行各個局部的設(shè)計,最后完成了八路智力競賽搶答器的設(shè)計.第一章設(shè)計要求1.1 根本要求(1) 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S0 S7表示.(2) 設(shè)置一個系統(tǒng)去除和搶答限制開關(guān) S,該開關(guān)由主持人限制.(3) 搶答器具有鎖存與顯示功能.即選手按動按鈕,鎖存相應(yīng)的編號,揚(yáng)聲器發(fā)出聲

6、響提示,并在數(shù)碼管上顯示選手號.選手搶答實行優(yōu)先鎖存,優(yōu)先搶答選手的編號一 直保持到主持人將系統(tǒng)去除為止.1.2 提升要求(1) 搶答器具有定時搶答功能,且一次搶答的時間由主持人設(shè)定(如 30秒).當(dāng) 主持人啟動"開始"鍵后,定時器進(jìn)行減計時.同時揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的響聲,響聲持續(xù) 0.5 秒左右.發(fā)光二極管燈亮.(2) 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答,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的時間,并保持到主持人將系統(tǒng)去除為止.(3) 如果定時時間已到,無人搶答,本次搶答無效,系統(tǒng)報警并禁止搶答,定時顯示器上顯示 00.(4) 按鈕到限制中央的距離為20M.第

7、二章系統(tǒng)的組成及工作原理1. 1系統(tǒng)的組成框圖：圖2.1系統(tǒng)組成框圖2. 2系統(tǒng)的工作原理：定時搶答器的總體框圖如下列圖 22圖2.2搶答器工作框圖如下圖電路包括主體電路和擴(kuò)展電路兩局部.其中主體電路完成根本的搶答功能, 即主持人按下限制開關(guān)后,中選手按動搶答鍵時,數(shù)碼管顯示選手編號,同時封鎖輸入電 路,其他選手搶答無效.擴(kuò)展電路完成定時搶答的功能以及報警功能.圖 2.2所示電路的 工作過程是：接通電源后,主持人將限制開關(guān)置于“去除處,此時搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài), 選手不能進(jìn)行搶答,定時顯示器顯示設(shè)定的時間(30s),當(dāng)主持人將限制開關(guān)置于“開始時,揚(yáng)聲器發(fā)出聲響,搶答器處于工作狀態(tài),同時定時器開

8、始倒計時.中選手在定時 時間內(nèi)按動搶答鍵時,電路要完成以下功能：(1)優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號,并由鎖存器進(jìn)行鎖存,然后通過譯碼顯示電路 在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號；(2)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響；(3)限制電路對其余輸入編碼進(jìn)行封鎖,禁止其他選手進(jìn)行搶答；(4)限制電路要使定時器停止工作,數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時間,中選手將問題回 答完畢,主持人操作限制開關(guān)進(jìn)行系統(tǒng)清零,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.當(dāng)定時時間到,卻沒有選手搶答時,系統(tǒng)將報警,并封鎖輸入電路,禁止選手超 時后搶答.第三章電路設(shè)計3. 1方案的選擇：3.1.1 【方案一】原理：在選手搶答前, “消除/起始開關(guān)S

9、使根本RS觸發(fā)器輸出端Q為0,使集 成8線-3線優(yōu)先編碼器禁止；當(dāng)主持人按下“消除/起始開關(guān)S時,根本RS觸發(fā)器輸出 端Q為1,與優(yōu)先擴(kuò)展輸出端Yex共同作用,使集成8線-3線優(yōu)先編碼器選通輸入端ST 為0,允許編碼,等待數(shù)據(jù)輸入.此時優(yōu)先按動序號的組號立即通過編碼器按 BCD421碼 輸出,經(jīng)RS鎖存器74LS279將該數(shù)碼鎖存到LED顯示器上.與此同時,Yex (弓加卻為14) 由1翻轉(zhuǎn)為0,與非門G1輸出為1,選通輸入端ST為1,編碼器被禁止.止匕外,在 Yex 由1翻轉(zhuǎn)為0時,還驅(qū)動報警電路工作,發(fā)出聲音.Bus74LS00DG F E DC B ABus選手限制開關(guān)645G1VCC1

10、415910111213U174LS24EB8x10kohmQQ74LS00D 674S00DVCC5VU2根本S發(fā)器74S14DU3B主持人開關(guān)限制3ko311SI/R B O1S8 1 VC B AOG OF OE OD OC OB OAG E7LS04D 去除7 BR開始R174_S279U3A74LS2793.1.2 【方案二】該方案即為筆者所采用的方案,它采用了74LS148來實現(xiàn)搶答器的選號,采用了74LS279芯片實現(xiàn)對號的鎖存,采用了 74LS192實現(xiàn)十進(jìn)制的減法計數(shù),555芯片產(chǎn)生 秒脈沖信號來共同實現(xiàn)倒計時,采用了 74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來實現(xiàn)報警信號的輸出.3.1.3

11、 確定方案在方案一中,主要多了一個根本 RS觸發(fā)器,以及相對的74LS148引腳與74LS279之 間連線的相應(yīng)改變,這又涉及到之后的提升方案中的連線的改變.它有自身的優(yōu)點,即基 本RS觸發(fā)器又相當(dāng)一鎖存器74LS279,它可以對主持人的指令進(jìn)行進(jìn)一步的鎖存,這 樣就可以增強(qiáng)它的抗干擾水平,但其線路過于復(fù)雜,另外此次實驗所用的電路板對電路設(shè) 計的大小要求很高,而且在布局和焊接上要越精練越好,所以它不是首選方案.而由于方 案二已能滿足根本設(shè)計和提升設(shè)計的要求,而且它的原理更簡單易懂,直觀明了,元件更 少,連線更方便,焊接更可靠,且比擬容易實現(xiàn),所以最終選用了方案二.3.2單元電路設(shè)計3.2.1

12、搶答電路的設(shè)計搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的的先后,并鎖存優(yōu)先搶答者的編號, 供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效.選用優(yōu)先編碼74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能,其電路組成如圖 3-1所示：圖3.2.1搶答電路其工作原理是：當(dāng)主持人限制開關(guān)處于“清零位置時,RS觸發(fā)器的R端為低電平,輸出端4毆1Q全部為低電平.于是 74LS48的BI=0,顯示器滅燈；74LS148的選通輸 入端ST=0, 74LS148處于工作狀態(tài),此時鎖存電路不工作.當(dāng)主持人將開關(guān)撥到“開始 位置時,優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài),既搶答器處于等待工作狀態(tài),等待 輸

13、入端17、16、15、14、13、12、11、|0輸入信號,當(dāng)有選手將鍵按下時如按下S5, 74LS148 的輸出妝Y1Y0=010, Yex=0,經(jīng)RS鎖存器后,CTR=1 BI=1 ,止匕時74LS279處于工作狀態(tài), 4Q3Q2Q=1Q1經(jīng)74LS48譯碼后,顯示器顯示出“ 5 .此外,CTR=1使74LS148的ST端 為高電平,74LS148處于禁止工作狀態(tài),封鎖了其它按鍵的輸入.當(dāng)按下的鍵松開后, 74LS148的YEX高電平,但由于CTR®持高電平不變,所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài), 其它按鍵的輸入信號仍不會被接受.這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性.

14、當(dāng)優(yōu)先搶答者答復(fù)完問題后,主持人操作限制開關(guān)S,使搶答電路復(fù)位,以便進(jìn)行下一輪搶答.3.2.2 定時電路的設(shè)計74LS48的7, 6, 2, 3引腳接受來自74LS192的輸出信號并把它譯碼 顯示在數(shù)碼管 上.74LS192的9, 10, 11, 15引腳完成時間設(shè)定功能,本設(shè)計要求定時 30秒,所以把左 邊的芯片的1, 15引腳接高電位,期于的全接低位,使的初始時間設(shè)定為 30秒.555芯片 完成產(chǎn)生秒脈沖的功能.工作過程為：搶答開始前, 74LS192的置數(shù)端為低電位,處于初始狀態(tài),數(shù)碼管顯示為30 5引腳接高電位.搶答開始后,秒脈沖沖推動右邊的芯片開始倒記時,同時右邊芯片產(chǎn)生的信號做為左

15、邊芯片的 CP信號推動左邊的芯片倒記時,完成 十進(jìn)制的倒記時功能.當(dāng)有人搶答后1Q的輸出為1,經(jīng)過非門后變?yōu)?,通過與門屏蔽了 秒信號,停止記時,完成顯示搶答時間的功能.當(dāng)記到了 30秒時,左邊的芯片產(chǎn)生的定 時到信號輸出為低電位,也屏蔽了秒信號,使得數(shù)碼管顯示為 00.EFGOOoABCDEFGOOOOOOoHB LR - BCDBCDU474_S24D5VU674_S19DR31CkohmU7Ukohm1&726132R268kohm74.S04DBus 74.S15DD A OL1 1Q5J5_VIRTUAL鄭寸到信t126U374LS24DVCCRSTDIS OUTTHRTRI

16、CONGNDABCDQQQQA B C DOB F BOB F BVCCR1C.1uF1CUFABCDOOOO預(yù)置數(shù)據(jù)端pUO C OBN WO D圖3.2 .2定時電路3.2.3 報警電路的設(shè)計由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖 3-3所示：圖3.2.3報警電路其中555構(gòu)成多諧振蕩器,振蕩頻率為：f c=1/(R 1+2R)*C*ln2=1.43/(R 1+2R)*C其輸出信號經(jīng)三極管推動揚(yáng)聲器.PR為限制信號,當(dāng)PR為高電平時,多諧振蕩器工 作,反之,電路停振不再工作3.2.4 時序電路的設(shè)計時序限制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵,它要完成以下三項功能： 主持人將限制開關(guān)撥到“開始位置時,

17、揚(yáng)聲器發(fā)聲,搶答電路和定時電路進(jìn) 入正常搶答工作狀態(tài),當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時,揚(yáng)聲器發(fā)聲,搶答電路和定時電路停止工作.當(dāng)設(shè)定的搶答時間到,無人搶答時,揚(yáng)聲器發(fā)聲,同時搶答電路和定時電路停止工 作.根據(jù)上面的功能要求以及圖3.2.1圖3.2.4(A)搶答與定時電路的時序限制電路圖3.2.4(B)報警電路的時序限制電路圖中,門G的作用是限制時鐘信號CP的放行與禁止,門G2的作用是限制74LS148的 輸入使能端ST.圖3-4 (a)的工作原理是：主持人限制開關(guān)從“清零位置撥到“開始 位置時,來自于圖3-1中的74LS279的輸出CTR=0經(jīng)G3反相,A=1,那么從555輸出端來 的時鐘信號CP能夠

18、加到74LS192的CP)時鐘輸入端,定時電路進(jìn)行遞減計時,在定時時間 未到時,來自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BQ=1,門G2的輸出ST=Q使74LS148處 于正常工作狀態(tài),從而實現(xiàn)功能的要求；中選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時,CTR=1經(jīng)G3反相,A=0,封鎖CP信號,定時器處于保持狀態(tài),門 G2的輸出ST=1, 74LS148處于 禁止工作狀態(tài),從而實現(xiàn)功能的要求；當(dāng)定時時間到時,來自于圖 3-2的74LS192的借 位輸出端BQ=0,門G2的輸出ST=1, 74LS148處于禁止工作狀態(tài),禁止選手進(jìn)行搶答,門 G同時處于關(guān)門狀態(tài),封鎖CP信號,使定時電路為00狀態(tài),從而實現(xiàn)功

19、能的要求,74LS121 用于限制報警電路及發(fā)聲的時間.第四章電路實驗與調(diào)試4.1 焊接通過實驗原理圖進(jìn)行實物焊接,焊接時能深刻體會到焊接工藝的重要性：各個芯片的 引腳功能不能混淆,必須了解各個芯片的使用方法,內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用時的考前須知,該 接電源的一定要接電源,該接地的一定要接地,且不能有懸空.同時在電路板上要預(yù)先確 定電源的正負(fù)端,便于區(qū)分及焊接.正確焊接各芯片個管腳連接必須查閱各種資料并記錄, 以保證在焊接過程和調(diào)試過程中芯片不被燒壞,同時保證整個電路的正確性.在焊接完后 每塊芯片都用萬用表檢測,看是否有短接等,還有焊接時要盡量使布線標(biāo)準(zhǔn)清楚明了,這 樣才有利于在調(diào)試過程中檢查電路.4

20、.2 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法(1)顯示電路不穩(wěn)定問題在完成電路的焊接進(jìn)入調(diào)試階段時發(fā)現(xiàn)搶答器數(shù)碼管顯示選手編號不穩(wěn)定.主要表現(xiàn)在單項選擇手按下?lián)尨疰I后數(shù)碼管顯示的不是選手當(dāng)前號.因此著手對電路進(jìn)食檢查,首先檢查數(shù)碼管看是否是關(guān)節(jié)焊接錯誤,后又檢查電路各個芯片管腳接錯均未發(fā)現(xiàn)問題,最后 發(fā)現(xiàn)當(dāng)觸動某按鍵連線時顯示正常由此判斷可能是由于出現(xiàn)了虛焊,遂將電路各焊點又仔 細(xì)焊接了一遍,此時電路顯示正常.(2)限制開關(guān)無法限制電路在調(diào)試是發(fā)現(xiàn)當(dāng)按下主持人開關(guān)時電路斷電,當(dāng)松開后數(shù)碼管顯示始終為7,經(jīng)過一個多小時對電路用萬用表逐個檢查,發(fā)現(xiàn)是開關(guān)觸焊接錯誤,通過改正焊接后電路能正常 工作.(3)數(shù)碼管

21、不能正常倒計時在進(jìn)入定時電路調(diào)試時,發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常倒計時,出現(xiàn)亂碼.對這問題我們檢查 了芯片是否完好,電路界限是否正確均未發(fā)現(xiàn)問題,后發(fā)現(xiàn)是由于在焊接時焊線有些地方 出現(xiàn)局部短接,于是就將焊線重新理清,數(shù)碼管也能正常工作了.第五章設(shè)計總結(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,既考查了同學(xué)對理論知識的掌握程 度,由反映了實際動手水平,更主要的是考查了同學(xué)對知識的綜合運(yùn)用以及創(chuàng)新設(shè)計思維 水平,為今后的開展提供了一次良好的學(xué)習(xí)環(huán)境.針對課設(shè)題目八路搶答器,一開始還沒有頭緒,不會運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行有效設(shè)計,但 通過上網(wǎng)查閱各種類似的設(shè)計,去圖書館翻閱相關(guān)設(shè)計書籍,查閱所提供的芯片功能,確 定

22、根本設(shè)計方案,又通過仿真驗證試驗方案的可實行性,雖說比擬煩雜但卻對設(shè)計一個電 路有了根本的經(jīng)驗.同時也使自己熟悉到：1、設(shè)計思路是整個設(shè)計的靈魂拿下每個課題能有一個非常清楚的設(shè)計思路是至關(guān)重要的.只有對課題的充分理 解,對各種器件的熟練掌握,勾畫出根本的設(shè)計圖是成功的關(guān)鍵,必須多花時間在 設(shè)計上才能為后續(xù)工作提供更扎實的根底.翻閱各種資料,上網(wǎng)查詢填補(bǔ)所需知識的 空白是必要的.2、焊接制作必須精益求精焊接必須精益求精,一絲不茍,一點的過失都可能導(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)試中能比擬輕松進(jìn)行,也是整個電路可看性更好.3、調(diào)試調(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 些是由于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4、建議設(shè)計的作品主要是用74系列集成芯片來完成的,在焊接的過程中由于芯片的引腳 過多,布線工作不是很方便.有時候還由于某一跟線沒有焊牢,造成電路的不穩(wěn)定, 這些都是有待改良的.5、缺乏實驗效率低,焊接