數字電路課程設計報告書-九路搶答器資料

1、數字電路課程設計報告書九路搶答器小組成員：學號：班 級：指導老師:黎明職業(yè)大學信息與電子工程學院課程設計報告目錄1引言 32設計任務與要求 33設計方案 43.1 方案圖及原理 43.2電路圖及其原理 54單元電路設計方法 64.1 聲響電路 64.2 搶答電路 74.3數碼管 104.4定時電路 115仿真結果 126實焊電路圖 137軟硬件結合測試步驟及結果 148設計收獲和體會 149元器件清單 1510參考文獻 16共16頁 -3 -黎明職業(yè)大學信息與電子工程學院課程設計報告1、引言隨著我國經濟和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多競爭場合要求有快速公正的競爭裁 決，例如證券、股票交易及各種智力競賽

2、等。在現代社會生活中，智力競賽更是 作為一種生動活潑的教育形式和方法能夠引起觀眾極大的興趣。而在競賽中往往分為幾組參加，這時針對主持人提出的問題，各組一般要進行必答和搶答，對必 答一般有時間限制，到時有聲響提示；對于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正， 這就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。 一般搶答器由很多門電路組成，線路 復雜，可靠性低，特別是搶答路數增多時，實現起來更加困難。本文介紹了一種 利用數字電路實現的搶答系統，具有很強的實用性。數字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器 上輸出；用控制電路和主持人開關啟動報警電路，以上兩部分組成主體

3、電路。搶 答器具有數據鎖存和顯示的功能。 搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立 即鎖存，并數碼管上顯示選手的編號，同時揚聲器給出聲音提示；同時封鎖輸入 電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清零為 止。搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間為 9秒。當主持人啟動“開 始”鍵后，要求定時器立即進行減計時，并用顯示器顯示通過定時電路和譯碼電 路將秒脈沖產生的信號在顯示器上輸出實現計時功能，構成擴展電路。參賽選手 在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編 號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統清零為止；如果定時搶答的時間已 到，而沒有

4、選手搶答時，本次搶答無效，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答， 定時顯示器上顯示0并閃爍。經過布線、焊接、調試等工作后數字搶答器成形。2、設計任務與要求1）、測試選手的反應能力，可為不同人數，最多為 9人，以9人為例，選手 每人一個按鈕，分別用S0S8表示；2）、設計一個系統清零和搶答控制開關 S,由主持人控制；3）、用LED數碼顯示器顯示搶答成功者的編號，同時揚聲器發(fā)出提示聲音（叮 咚或音樂）；4）、設定搶答時間，當主持人宣布搶答開始，計時器開始以秒為單位進行減 法計數，同時揚聲器有短暫的聲響提示。在搶答時間內，選手搶答成功，這時計 時器停止工作，顯示器上顯示參賽者的編號，保持到主持人按復位

5、鍵為止。當規(guī) 定的時間到，仍無人搶答時，本次搶答無效，揚聲器報警發(fā)出聲音，并禁止搶答， 計時器上顯示“ 0”；3、設計方案3.1方案圖及其原理圖1、反應測試器方案圖如圖1所示為總體方框圖。接通電源后，主持人將開關撥到“清零”狀態(tài),反應測試器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈；主持人將開關置“開始”狀態(tài)，宣 布“開始”反應測試器工作。選手開始搶答，選手在搶答時，反應測試器做出優(yōu) 先判斷是哪位選手，反應測試器具有編號鎖存和編號顯示的功能，即顯示出選手的號碼，每次選手搶答，聲響電路都會發(fā)出響聲。當一輪測試之后，定時器停止、 禁止二次測試。如果再次搶答必須由主持人再次操作 "清除"和&q

6、uot;開始"狀態(tài)開關。3.2、電路圖及其原理圖2、反應測試器電路圖工作原理：通過編碼二極管編成 BCD碼，將高電平加到 CD4511所對應的輸入端。從CD4511的引腳可以看出，引腳 6、2、1、7分別為BCD碼的D C、B、A位（D 為高位，A為低位，即D C、B、A分別代表BCD碼8 4、2、1位）。當電路上電，主持人按下復位鍵，選手就可以開始按鍵了。數碼管起初顯示 為0,當選手1按下S1測試鍵，高、低電平通過編碼二極管加到 CD4511集成芯 片，此時CD4511輸入BCD碼為“ 0001”，數碼管顯示為1;當選手2按下S2測 試鍵，此時CD4511輸入BCD碼為“ 0010

7、”，數碼管顯示為2;當選手3按下S3 測試鍵，此時CD4511輸入BCD碼為“ 0011”，數碼管顯示為3;當選手4按下 S4測試鍵，此時CD4511輸入BCD碼為“ 0100”，數碼管顯示為4;當選手5按下S2測試鍵，此時CD4511 俞入BCD碼為“ 0101”，數碼管顯示為5;當選手6 按下S6測試鍵，此時CD4511俞入BCD碼為“ 0110”，數碼管顯示為6;當選手 7按下S7測試鍵，此時CD4511輸入BCD碼為“ 0111 ”，數碼管顯示為7;當選 手8按下S8測試鍵，此時CD4511輸入BCD碼為“ 1000”，數碼管顯示為8;當 選手9按下S9測試鍵，此時CD4511輸入BC

8、D碼為“1001”，數碼管顯示為9; 選手每按下一次按鍵，聲響電路響一聲。4、單元電路設計方法4.1、聲響電路4.1.1、聲響電路原理及原理圖由555集成電路和三極管構成，其中555集成電路構成多諧振蕩器，震蕩頻 率f0=1.43/(R1+2R2)C,周期T=0.7 ( R1+2R2】C,其輸出信號經三極管推動 揚聲器響聲。當555集成電路的4腳外加的控制信號為高電平時，多諧振蕩器的 工作，在3腳輸出脈沖信號，揚聲器發(fā)出提示聲；反之，多諧振蕩器停振蕩。聲 響電路原理圖如下所示：YCCU6CO&T2圖3、聲響電路圖共16頁 -7 -黎明職業(yè)大學信息與電子工程學院課程設計報告共16頁 -#

9、 -黎明職業(yè)大學信息與電子工程學院課程設計報告4.1.2、555定時器引腳圖共16頁 -# -黎明職業(yè)大學信息與電子工程學院課程設計報告Vk D TH CO<>ND TlT O<JT "RTT圖4、555引腳圖1腳接地GND2腳為觸發(fā) 3 腳為輸出4腳復位5腳控制電壓6腳門限（閾值）7腳放電8腳接電源電壓Vcc4.1.4產生秒脈沖信-號電路圖4.2、搶答電路該部分主要完成兩個功能：一是分辨選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。 選用芯片CD4511可以完成上述功能。421、CD4511 引腳圖VccfSabc

10、 de丄|丄1.J L116151413121 l ID9 jCD451L12345678 11"T"TI-rTTIALA2CTBlLEA3 A4 GND圖64.2.2、CD4511引腳功能Bl:4腳是消隱輸入控制端，當BI=O時，不管其它輸入端狀態(tài)是什么的，七 段數碼管都會處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。LE:鎖定控制端，當 LE=O時，允許譯碼輸出。當 LE=1時譯碼器是鎖定 保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在 LE=O時的數值。LT: 3腳是測試控制端，當 BT=1時，譯碼輸出全為 1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮全部顯示，它主要用來檢測數7段碼管是否有物理損壞。A

11、1、A2、A3、A4 為 8421BCD碼輸入端。A、b、c、d、e、f、g、為譯碼器輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的里面有上拉電阻，可直接或者接一個電阻與七段數碼管接口。4.2.3、CD4511的工作原理1.1*.mli . i1 ¥yXoXi 11 1 1 1 1 1 1 jwX<>1XX< X.J< J<* * * 弋 *<_>i1oi 1 |i11 11 11 |o>|< *Oi1ol<>l<>I* > 11X J ( 4 M 鼻j 一O111 >< Ji LIlli11

12、 Ofl :Oi1OIi f '11 Jofo 1 iOi1< >1 !IOI > 1< > 4. >1 Ir jOi1Ioia1i jtilotililOi1o1i<_>Ii 1 i : iO11o1itI 1 Io < 1 p* Jj11Ot >: 11i1_1J11 11<_> i i* Ji1ti* > *.Jo<><> 斗 *<>1J.s1t5 i1p < J<J 1.1 < > I門乜泛二Oi11I n 4*4. M «. J

13、I J n» O 'I > 'I J1 Oi11i14 31豈J< » < J <> M >沖HaOi11i1 >< >叩斗W * W上i曲j1LiiL< J-<>oloi峠 *1iJ xjx xx tja 存頓存圖7、CD4511工作真值表鎖存功能：譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成， 傳輸門的導通或截止 由控制器LE的電平狀態(tài)。當LE為“0”電平導通，TG2截止；當LE為“1”電 平時，TG1截止，TG2導通此時有鎖存作用譯碼：CD4511譯碼用兩級或非門擔任，為了簡化線路，先用二

14、輸入端與非 門對輸入數據B C進行組合，得出四項，然后將輸入的數據 AD 一起用或非門 譯碼。消隱：BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。4.2.4搶答電路原理圖共16頁 -9 -黎明職業(yè)大學信息與電子工程學院課程設計報告共16頁 -11 -黎明職業(yè)大學信息與電子工程學院課程設計報告圖84.3數碼管此次試驗選用的是共陰數碼管SM4205abcdefha1bE3ct 3匕dK 1fE 3E3hE 3K（LED數碼顯示管的結構及工作原理）GND1腳為g 2 腳為f 3圖9、數碼管原理圖數碼管管腳：腳與電容相連接VCC 4腳為a 5腳為b6 腳為e 7 腳為d 8 腳

15、接地 9 腳為c共16頁 -# -黎明職業(yè)大學信息與電子工程學院課程設計報告4.4定時電路由節(jié)目主持人根據搶答題的難易程度， 設定一次搶答的時間，通過預置時間 電路對計數器進行預置，74LS192的預置數控制端實現預置數。計數器的時鐘脈 沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數器開始減法計數工作，并將時間顯示在 共陰極七段數碼顯示管上，當有人搶答時，停止計數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，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。74LS192是同步十進制可逆計數器，具備雙時鐘輸入，同時具備清零和置位 功能。4.4.1、74LS192引腳圖及其功

16、能JQC PQ MR TC) TQj PL 巴 P3 詞岡冋商幣I網岡ITpiEFEI口 3 GTJD15_工1051 D R 0 12 3plPL 仃 p p p pCFaPML 2 i QQQ12共16頁 -13 -黎明職業(yè)大學信息與電子工程學院課程設計報告(l>)圖10、74LS192的引腳排列及邏輯符號(a)引腳排列(b)邏輯符號圖中：F匚為置數端，-' 為加計數端，一為減計數端，匚：為非同步進位輸 出端，冷為非同步借位輸出端，P0 P1、P2、P3為計數器輸入端，二匸為清 除端，Q0 Q1 Q2 Q3為數據輸出端。442功能表HRPL%P3P2FlPOQ3QIQO1XX

17、XXXXX 1G00000Xicbt.dcb011XXXX011XXXX5、仿真結果利用仿真軟件proteus對電路進行仿真。按照總體的電路圖，將各個元件, 芯片，電源等排好，用導線連接，開始仿真，首先按下復位鍵，進行測試，先按 S1鍵，數碼管顯示1,蜂鳴器響，再按其他鍵，每按一次蜂鳴器響一下，數碼管 不變。測試完，再按復位鍵，進行其他鍵測試，現象同第一次測的，這里給出 S3鍵的結果如圖所示。圖11、電路仿真圖共16頁 -15 -黎明職業(yè)大學信息與電子工程學院課程設計報告共16頁-# -黎明職業(yè)大學信息與電子工程學院課程設計報告6、實焊電路圖圖12圖13共16頁-# -黎明職業(yè)大學信息與電子工

18、程學院課程設計報告7、軟硬件結合測試步驟和結果焊接完畢后，在接通電源前，先用萬用表仔細檢查各管腳間是否有短路， 虛 焊、漏焊現象。檢查無誤后，先不要把各個集成塊插入芯片插座中，然后接通電 源，用手觸摸橋碓，看看是否發(fā)熱，或者用萬用表測試其兩端的電壓是否在10V左右。如果發(fā)熱或者電壓為零則說明電路中有短路的現象，要立刻切斷電源，再做仔細的檢查，改正后再進行同樣的測試，直到正常為止。再測試各個芯片的電 壓是否正常，正常的話可以把各個集成塊芯片插入芯片插座中。以上檢查無誤后，再進行調試。首先按下復位鍵，用萬用表測試芯片的電平， 看電路連接是否正確，如有問題，要切斷電源檢查。如果沒有的就再按下搶答按

19、鈕S1,數碼管的顯示數字是否為“ 1”。不是的話再仔細地檢查電路中的連接， 再看看蜂鳴器是否響。是的話就依次按下S2、S3S9,按照相同的操作，進行檢查。經檢查和改正，電路板正確，進行測試。首先給電路板VCC端接上8V的電壓，接地端接地，電路板顯示0,按下復位鍵，再按下S1鍵，數碼管顯示1, 且蜂鳴器響，再按其他鍵，每按一次，蜂鳴器響一次，且數碼管顯示的數字為1不變。按下復位鍵，再按下 S2鍵，數碼管顯示2,且蜂鳴器響，再按其他鍵， 每按一次，蜂鳴器響一次，且數碼管顯示的數字為2不變。按復位鍵，再按下S3鍵，數碼管顯示3,且蜂鳴器響，再按其他鍵，每按一次，蜂鳴器響一次，且 數碼管顯示的數字為3

20、不變。其他的按鍵測試同上述過程。由硬件測得的結果可 看出，硬件測試出的結果與軟件仿真出的結果相同。&設計收獲和體會通過這次的課程設計，我學會了很多，了解了很多，而且學會了很多課本上 學不到的知識，鍛煉并提高了我的動手實踐能力和獨立思考能力， 真的做到了學 以致用。之前都是在課堂上聽老師講，這一次要親手去操作，去焊接電路板等， 還是感覺很興奮。首先要理解題目要求，通過查閱書籍以及相關的資料等， 作為參考，設計出 電路圖。在這個過程中，會發(fā)現有很多的問題，也充分的體現了自己學習的知識 的不足，也使我感覺到只學課本上的知識是遠遠不夠的， 還要理論和實踐相結合， 發(fā)現問題及時看書或者向老師同學請教， 而且鞏固了以前所學的知識，對其有了 更深一步的理解，在焊接電路板的過程中，一定要細心，注意不要漏焊、虛焊等，因為這是很