數(shù)電電子技術(shù)課程設(shè)計之四路搶答器倒計時

1、集美大學(xué)誠毅學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計題 目：四路智力競賽搶答器專 業(yè) 班 級：機電*91 學(xué) 號：2012*25 姓 名：陳志真 二一四年六月 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告一、設(shè)計任務(wù)1.1要求設(shè)計一臺可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器并具有定時搶答功能。1.1.1搶答器：能分辨出選手按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，并可通過顯示譯碼器準確的顯示出來；同時，要求其他選手按鈕操作無效即避免其他選手再次搶答；開始搶答和清零由主持人控制。1.1.2定時器：時鐘脈沖由555多諧震蕩器提供；通過主持人控制開始倒計時，定時搶答器可從90；可控制定時器停止工作，顯示譯碼器上顯示的是剩余時間，并可以保持到主持

2、人清零位置；1.1.3整體電路：主持人撥動開關(guān)，搶答器可以進行搶答，定時器開始倒計時；某一選手搶答后，搶答器顯示選手編號，定時器停止計時，這時其他選手無法進行搶答，搶答器和定時器停止工作一直保持到主持人清零為止；主持人清零后，系統(tǒng)恢復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答，當定時時間到后，卻沒有選手搶答時，禁止選手超時后搶答。二、 設(shè)計要求2.1基本功能2.1.1搶答器同時供4名選手或4個代表隊比賽，分別用4個按鈕S0 S3表示。2.1.2設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。用來控制系統(tǒng)清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。2.1.3搶答器具有鎖存與顯示功能。即搶答開始后，選手

3、按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在編號顯示器上顯示該編號。同時封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。2.2擴展功能2.2.1搶答器具有定時搶答功能。要求定時器開始倒計時，并用定時顯示器顯示倒計時時間，同時揚聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5秒。2.2.2參賽選手在設(shè)定時間（9秒）內(nèi)搶答，搶答有效，揚聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5秒，同時定時器停止倒計時，編號顯示器上顯示選手的編號，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。2.2.3如果定時搶答時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警（音響持續(xù)0.5秒），并封鎖輸入編碼電路，

4、禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0 。三、系統(tǒng)設(shè)計3.1設(shè)計方案選定設(shè)計方案，先列出總體框圖，分模塊設(shè)計。分模塊電路設(shè)計、功能測試完成后，再把各個組成部分整體測試。先在multisim上仿真，驗證原理圖的正確性，再在面包板上做出搶答器實物。3.2系統(tǒng)設(shè)計原理3.2.1搶答器的組成框圖定時搶答器的總體框圖如圖1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，當選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴展電路完成定時搶答的功能。圖1 搶答電路圖1所示的定時搶答器的工作過程是：接通電源時，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處

5、于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時顯示器顯示設(shè)定的時間，當節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”，同時將控制開關(guān)撥到“開始”位置，揚聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時器倒計時。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。當選手在定時時間內(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； 揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意； 控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答； 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，并保持到主持人將系統(tǒng)

6、清零為止。當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(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。圖1 定時搶答器總體框圖3.3單元電路設(shè)計3.3.1、搶答電路設(shè)計搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的先后，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)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能。查看優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279的功能表和引腳圖等使用資料。也可以選用其他的器件完成此功能。工作過程：開關(guān)S置于"清除"端時，RS觸發(fā)器的 端均為，個觸發(fā)器輸出置，使74LS148的 ，使之處于工作

7、狀態(tài)。當開關(guān)S置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出 經(jīng)RS鎖存后，1Q=1, =1,74LS48處于工作狀態(tài)，QQQ=101,經(jīng)譯碼顯示為""。此外，1，使74LS148 ，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的 此時由于仍為，使 ，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開關(guān)重新置“清除”，然后再進行下一輪搶答。4RS觸發(fā)器74LS279管腳圖4RS觸發(fā)器74LS279 功能表3.3.2、定時電

8、路設(shè)計節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，可以選用十進制同步加/減計數(shù)器74LSl92進行設(shè)計，計數(shù)器圖2 可預(yù)置時間的定時電路 的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。查看十進制同步加/減計數(shù)器74LSl92的功能表和引腳圖等使用資料。同步十進制可逆計數(shù)器74LS1923.3.3脈沖產(chǎn)生電路：該電路是由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，使其產(chǎn)生需要的方波作為觸發(fā)器和計數(shù)器的CP脈沖。圖 3 脈沖產(chǎn)生電路3.3.4、報警電路設(shè)計由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖3所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器， 振蕩頻率圖4 報警電路3.3.5、搶答器控制電路設(shè)計搶答器

9、控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能：主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)。當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。當設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。 圖6時序控制電路3.3.6器件管腳圖3.3.7讀出電阻阻值（1）色環(huán)標志法表2.1.2 色環(huán)的基本色碼及意義色別第一環(huán)第二環(huán)第三環(huán)第四環(huán)第五環(huán)第一位數(shù)第二位數(shù)第三位數(shù)應(yīng)乘倍率精度棕111101F±1%紅222102G±2%橙333103黃444104綠555105D±0.5%藍666106

10、C±0.2%紫777107B±0.1%灰888108白999109黑000100K±10%金10-1J±5%銀10-2K±10%色環(huán)標志法用各種顏色的色環(huán)，環(huán)繞在電阻器表面，有五色環(huán)和四色環(huán)等形式，其各道色環(huán)的含義表2.1.2所示。（2）文字符號直標法標稱電阻 電阻單位：（歐）、K（千歐）、M（兆歐）、G（吉歐）、T（太歐），其數(shù)量關(guān)系為：K=103、M=106、G=109、T=1012。遇到小數(shù)時，常以、K、M取代小數(shù)點，例如：0.5可標為5，5.1K可以標為5K1。精度 精度也可以用不同的字母表示，如表2.1.3所示。表2.1.3 字母表示

11、精度的含義%±.001%±0.002%±0.005%±0.01%±0.02%±0.05%±0.1%符號EXYHUWB%±0.2%±0.5%±1%±2%±5%±10%±20%符號CDFGJKM四、軟件仿真4.1仿真電路4.1.1四路搶答器4.1.2倒計時4.1.3整體電路4.2仿真結(jié)果按照原理圖進行電路仿真測試，仿真正常，沒有出現(xiàn)什么錯誤問題，只是數(shù)碼管倒計時部分速度稍微快了一點，估計是電容的問題，換了下其它值的電容，也就正常了。五、安裝調(diào)試5.1安裝調(diào)試結(jié)

12、果5.1.1先按照搶答器電路仿真圖連接面包板，并對電路的性能及波形進行測試，發(fā)現(xiàn)搶答器不具有搶答功能，首先先排查電路，確認電路連接是否有問題，檢查了下發(fā)現(xiàn)二輸入四與非門芯片74LS00P忘記接電源和接地線了，從新連接好，繼續(xù)調(diào)試電路，問題又出現(xiàn)了，搶答器只有0和1能搶答且具有鎖存功能，但是2和3能搶答卻不能鎖存，就猜測是4RS觸發(fā)器74LS279出現(xiàn)問題，用萬用表檢查芯片，發(fā)現(xiàn)芯片連接部分斷路了，從新?lián)Q了下芯片，搶答器功能正常。5.1.2再按照倒計時電路仿真圖連接面包板，并對電路的性能及波形進行測試，看倒計時功能是否能實現(xiàn)，一經(jīng)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)倒計時不能正常實現(xiàn)，檢查了下電路，發(fā)現(xiàn)電路仿真只能顯示9

13、卻不能倒計時，首先數(shù)碼管能顯示9證明數(shù)碼管可能不在影響范圍之內(nèi)，然后檢查了下同步十進制加減法74LS192芯片是否正常，用萬用表檢查發(fā)現(xiàn)沒有問題，檢查了下三輸入四與非門芯片74LS10P的連接，與仿真電路圖比較發(fā)現(xiàn)仿真三輸入與非門電路還得經(jīng)過一次二輸入四與非門芯片74LS00P功能方能實現(xiàn)，從新連接好電路，倒計時能實現(xiàn)從90倒計時，功能正常實現(xiàn)。5.1.3按照仿真電路連接整體電路，并對性能進行測試，通過上面的一系列問題出現(xiàn)和排查、解決，整體電路一連接好也就能實現(xiàn)設(shè)計所要求的搶答倒計時功能了。5.2故障分析5.2.1搶答器電路首先你得看下電路的功能是在搶答器部分出現(xiàn)問題還是倒計時出現(xiàn)問題，然后根

14、據(jù)出現(xiàn)德具體問題進行電路測試，比如說：如果是數(shù)碼管顯示不缺的話，你先看下數(shù)碼管電路連接是否正確，地線是否都有接，還有就是數(shù)碼管連接是否齊全，看是否有的管腳沒有連接，都沒問題就用數(shù)字萬用表檢查看是否數(shù)碼管壞掉，都沒問題的話就考慮74LS48優(yōu)先譯碼器是否正常，確認無誤后考慮編碼器74LS148編碼是否正常工作，如果不能鎖存的話，那么就考慮4RS觸發(fā)器74LS279連接及芯片是否正常。5.2.2倒計時電路首先也是看下數(shù)碼管的顯示，看是哪里出現(xiàn)問題，數(shù)碼管及74LS148的檢測和搶答器的一樣，然后看下數(shù)碼管是否能倒計時，如果不能的話，可能是同步十進制加減法74LS192芯片的問題，看電源、地線是否連

15、接及管腳是否正常，特別是CR切記記得接地，然后要是沒問題的話就可能是二輸入四與非門74LS00P的問題，還是先看下電源、地線是否連接，然后檢查管腳、電路連接是否有誤，還有就是555的電路連接。5.2.3整體電路整體電路連接基本上全面搶答器、倒計時連接沒有錯誤的話這邊問題也較少，主要記得倒計時和搶答器的連接部分74LS00P與74LS10P連接部分好好看下連接問題，特別是記得74LS10P接線后還有還得經(jīng)過74LS00P與非門電路，這些也就是連接電路會出現(xiàn)德基本電路問題了。六、心得體會經(jīng)過這次課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，我確實學(xué)習(xí)了很多知識，真正的感受到了理論聯(lián)系實際的重要性，以及這之間莫大區(qū)別，到最后看著

16、自己的結(jié)果心里還是感到很欣慰的。首先擺在我們面前的是要先弄懂所要設(shè)計電路的原理，于是最開始我們在拿到題目之后就查找了大量的相關(guān)的資料，再加上平時理論課的學(xué)習(xí)以及充分利用了網(wǎng)絡(luò)資源和在圖書館借了相關(guān)的書籍資料，在仔細分析了這個題目所要達到的目的之后。接下來的是單元電路的設(shè)計，以及進一步的分析其原理，實現(xiàn)哪些功能需要哪些電路，在此之間我們用到了以前沒有用到過的芯片，但最終我們還是弄清楚了其原理。經(jīng)過幾天的與大家的一起討論，做種確定好了符合要求的電路?？此坪軓?fù)雜的電路就這樣被我們攻克了。接下來的是實驗的仿真，這階段剛開始以為原理圖都設(shè)計好了，那就應(yīng)該很簡單了，首先是確定用何種軟件，接下來碰到的問題是

17、雖然是按著原理圖來接線畫的，可就是達不到期望的結(jié)果，經(jīng)過了N次的摸索最終還是解決了，對照設(shè)計的原理圖，發(fā)現(xiàn)仿真的圖形與設(shè)計的有小小的出入，總之最后總算達到了目的，心里很是高興。在原理圖設(shè)計和電路仿真完成后就是焊接電路板了，我認為這個階段很好的鍛煉了我們的動手能力。由于之前的電工實習(xí)讓我簡單的接觸到了焊接實物，以為會比較輕松，但實際焊接起來才發(fā)現(xiàn)此次與電工實習(xí)中的焊接實物有很大的不同，首先要自己對焊板上元件進行布置和焊接電路元件連線，增加了很大的難度。由于采用了電路板，為了使步線美觀、簡潔，還真是費了我們不少精力，經(jīng)過不斷的修改與討論，雖然做出來的板子不太令人滿意，但也是我們自己一步一步做出來的

18、。在這次課程設(shè)計過程中，我發(fā)現(xiàn)給我留下了很深的印象。由于沒有接觸，開始學(xué)得很費力，但到后來就好了。在每次的課程設(shè)計中，遇到問題，最好的辦法就是問別人，因為每個人掌握情況不一樣，不可能做到處處都懂，發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情就會變得很簡單。這一點我深有體會，在很多時候，我遇到的困難或許別人之前就已遇到，向他們請教遠比自己在那冥思苦想來得快。通過這次課程設(shè)計，我明白了學(xué)會與大家合作的重要性，因為從開始到最后，都是大家一起出主意，一起來解決中間出現(xiàn)的各種問題。從原理圖的最終確定，到波形的仿真，再到元器件的選擇與購買，到最后實物的焊接與調(diào)試，這都是大家分工合作的結(jié)果，正是因為大家相互配合，才使我們很快的完成了任務(wù)。經(jīng)過這些天的學(xué)習(xí)我深刻的體會到實際與理論有很大的區(qū)別。在我們學(xué)習(xí)的過程中，不僅考驗了我們對知識的吸收和掌握，而且也考驗了我們的細心和耐心。特別是在仿真過程中對參數(shù)的改進和電路圖的查找過程中，我深有體會。我認為這次實習(xí)不僅僅學(xué)習(xí)了軟件知識，還提高了我們專業(yè)素質(zhì)。作為一個機械電子工程專業(yè)的學(xué)生，我深知課程設(shè)計的重要性。這次課程設(shè)計我從剛開始的什么都不懂不會，到現(xiàn)在的基本了解了一個電路元件是如何構(gòu)成的，完成這次課程設(shè)計我覺得收獲很多，不但進一步掌握了數(shù)