數(shù)電課程設(shè)計 題目名稱 8路數(shù)字搶答器 專業(yè)班級 通信工程二班 學(xué) 號2009501502 學(xué)生姓名 高星 指導(dǎo)教師 劉奇能老師 摘要-3前言-4第一章 設(shè)計要求 -51.1基本要求 -51.2擴展內(nèi)容-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-62.2系統(tǒng)的工作原理-6第三章 電路設(shè)計-73.1單元電路設(shè)計-73.2.1搶答電路的設(shè)計-83.2.2報警電路的設(shè)計 -83.2.3時序電路的設(shè)計-83.2.4加法電路的設(shè)計-93、2總體方案-10第四章 電路實驗與調(diào)試-114.1焊接-154.2調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決-15第五章 設(shè)計總結(jié)-15參考文獻-15附錄（元件清單）-17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行設(shè)計。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有報警功能。主持人按下開始鍵以后，蜂鳴器發(fā)出聲音報警，同樣，當(dāng)?shù)谝粋€選手按下?lián)尨疰I以后也能發(fā)出聲音。該搶答器主要運用到了編碼器，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)對號碼的鎖存，采用555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號來實現(xiàn)定時，采用74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來實現(xiàn)報警信號的輸出。定時搶答器的工作過程是：接通電源時，主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈；搶答開始時，主持人將控制開關(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)，這時，搶答器完成以下工作：（1）優(yōu)先編碼器電路立即分辨出搶答者編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；（2）揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒主持人注意；（3）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；（4）當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作計分開關(guān)，計分電路采用十進制加/減計數(shù)器、數(shù)碼管顯示。本輪搶答完畢，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。通過課程設(shè)計提高和鞏固了所學(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 報警前 言進入21世紀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)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因為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愿來判斷的設(shè)備來規(guī)范比賽。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則。今天隨著科技的不斷進步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費很多元件僅來實現(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，避免不合理的現(xiàn)象發(fā)生。但這種電路不易于擴展，而且當(dāng)有更高要求是酒無法實現(xiàn)，例如參賽人數(shù)的增加。隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)字搶答器誕生了，它易于擴展，可靠性好，集成度高，而且費用低，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，或利用單片機技術(shù)進行設(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行各個部分的設(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 設(shè)計目的 通過課程設(shè)計，對數(shù)字邏輯的基本內(nèi)容有進一步的了解，特別是時序邏輯電路的設(shè)計。能把上學(xué)期學(xué)到的數(shù)字邏輯理論知識進行實踐，操作。在提高動手能力的同時對常用的集成芯片有一定的了解，在電路設(shè)計方面有感性的認識。而且在進行電路設(shè)計的時候遇到問題，通過獨立的思考有利于提高解決問題的能力。在經(jīng)過課程設(shè)計后，更明白數(shù)字邏輯電路設(shè)計的一般方法，以及在遇到困難怎么排除問題。1.2基本要求（1）設(shè)計一個可容納8組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)一個按鈕，供搶答使用。（2）搶答器具有第一信號鑒別和鎖存功能，使除第一搶答者外的按鈕不起作用。（3）設(shè)置一個主持人“復(fù)位”按鈕。（4）主持人復(fù)位后，開始搶答，第一信號鑒別鎖存電路得到信號后，由指示燈顯示搶答組的編號，同時揚聲器發(fā)出23秒的音響。1.3選做擴展功能：設(shè)置一個計分電路，每組開始預(yù)制100分，由主持人計分，答對一次加10分，答錯一次減10分。1、4單元電路設(shè)計：（1）搶答電路搶答電路包括搶答按鈕、優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼顯示電路。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。 （2）控制電路控制電路主要完成以下功能：主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時，控制揚聲器發(fā)聲，使搶答電路進入正常搶答工作狀態(tài)；當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，讓揚聲器發(fā)聲，并使搶答電路停止工作。（3）報警電路可以用555構(gòu)成的多諧振蕩器推動揚聲器發(fā)聲。（4）計分電路計分電路與主電路相互獨立，由主持人控制進行加、減計數(shù)。第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理2.1系統(tǒng)的工作原理：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構(gòu)成，主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)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。擴展電路完成各選手的得分顯示功能。定時搶答器的工作過程是：接通電源時，主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈；搶答開始時，主持人將控制開關(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)，這時，搶答器完成以下工作：（1）優(yōu)先編碼器電路立即分辨出搶答者編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；（2）揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒主持人注意；（3）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；（4）當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作計分開關(guān)，計分電路采用十進制加/減計數(shù)器、數(shù)碼管顯示。本輪搶答完畢，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。第三章 電路設(shè)計3.1單元電路設(shè)計3.1.1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)主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端（4Q1Q）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)，等待輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號，當(dāng)有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，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維持高電平不變，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。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進行下一輪搶答。3.1.2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：f0=1/(R1+2R2)*C*ln2=1.43/(R1+2R2)*C其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，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。3.1.3時序電路的設(shè)計時序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(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路停止工作。3.1.4加法器單元（做仿真時并沒做此版塊，但后來又加上了）由于選手輸入的是0到7，所以要每個都加上1，讓數(shù)碼管顯示的是1到8，因此要使用加法器。因此要使加法器加上1，那么，令74LS83的A1，A2，A3對應(yīng)74LS373的Q1,Q2,Q3作為輸入的數(shù)據(jù)，而B1,B2,B3,B4,A4則接地。具體的電路圖為：3、2總體設(shè)計方案整體的電路可以分為兩部分，一個是搶答電路，第二部分是報警電路。 1 、.搶答的部分：搶答器供8名選手比賽，分別用8個按鈕S0 S7表示。通過管腳分配把按鈕分配到實驗版上的撥動開SW0到SW7關(guān)，讓每個選手撥動開關(guān)后產(chǎn)生相應(yīng)的信號。不同的選手撥動按鈕發(fā)出信號通過74LS148編碼器進行編碼，編碼后輸出信號進行下一步的譯碼和鎖存。設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，開關(guān)由主持人控制。通過管腳分配把開關(guān)S分配到相應(yīng)一個撥動開關(guān)SW16。該開關(guān)聯(lián)系到一個相應(yīng)的線路，這個線路通過與非門連接其他信號，從而達到清零的功能。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，并在優(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。74LS373具有鎖存功能，可以在一個選手按下按鈕后進行鎖存，其他的選手不能在在有選手搶答后再進行搶答。鎖存相應(yīng)的編號時，由于編碼器編的是從0到7，如果0號選手搶答，與清零的時候可能造成混淆，所以要加上加法器，對編碼器的0到7都加上1。加法器是使用用74LS83，加1后在就可以在數(shù)碼顯示管上顯示1到8的號碼。2、報警部分：當(dāng)某個選手搶答有效，通過74LS148編碼器的GSN端口連接到控制清零端的與非門就可以進行禁止其他選手的搶答，同時把該選手的號碼顯示在數(shù)碼管。主持人按下開始鍵以后和選手搶答有效時報警器響起。3.3仿真結(jié)果第四章 電路實驗與調(diào)試4.1焊接 通過實驗原理圖進行實物焊接，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)以及使用時的注意事項，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，以確保在焊接過程和調(diào)試過程中芯片不被燒壞，同時確保整個電路的正確性。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規(guī)范清晰明了，這樣才有利于在調(diào)試過程中檢查電路。4.2 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法 （1）芯片壞了一開始測試時什么都不出來，或者出來的全是0，弄了好半天才發(fā)現(xiàn)是鎖存器壞了。（2） 顯示電路不穩(wěn)定問題在完成電路的焊接進入調(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)在單選手按下?lián)尨疰I后數(shù)碼管顯示的不是選手當(dāng)前號碼。因此著手對電路進食檢查，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因為出現(xiàn)了虛焊，遂將電路各焊點又仔細焊接了一遍，此時電路顯示正常。（3） 控制開關(guān)無法控制電路在調(diào)試是發(fā)現(xiàn)當(dāng)按下主持人開關(guān)時電路斷電，數(shù)碼管不顯示，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。由于實驗室沒有提供單刀雙擲開關(guān)，所以不能像仿真圖一樣，需要一直按下主持人的開始鍵電路才能搶答。4.3調(diào)試結(jié)果實驗結(jié)果為：主持人先按下開始鍵就可以按下開關(guān)讓選手搶答，如果有選手搶答，數(shù)碼管上會顯示相應(yīng)的選手號，在這個時候，如果有其他的選手也按下了搶答按鈕，顯示器不會顯示。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，由反映了實際動手能力，更主要的是考查了同學(xué)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。針對課設(shè)題目八路搶答器，一開始還沒有頭緒，不會運用所學(xué)知識進行有效設(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，確定基本設(shè)計方案，又通過仿真驗證試驗方案的可實行性，雖說比較煩雜但卻對設(shè)計一個電路有了基本的經(jīng)驗。同時也使自己認識到：1、 設(shè)計需要良好的知識基礎(chǔ)拿下每個課題能有一個非常清晰的設(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，勾畫出基本的設(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)工作提供更扎實的基礎(chǔ)。翻閱各種資料，上網(wǎng)查詢填補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。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。有時候還因為某一跟線沒有焊牢，造成電路的不穩(wěn)定，這些都是有待改進的。5、 不足實驗效率低，焊接技術(shù)不好，這些都有待提高。總體來說本課程設(shè)計基本完成了老師的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)全部的功能。能八路搶答，能定時搶答，也能報警，清零。 當(dāng)然在進行實驗的時候，遇到不少的問題。但也一一克服了，經(jīng)過課程設(shè)計，我提高了自己的動手能力，也增強了自己的信心。同時讓我知道在工作的時候要保持細致嚴密的工作態(tài)度，這樣會事半功倍。參考文獻【1】閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）.高等教育出版社【2】趙保終.中國集成電路大全（TTL集成電路）.國防工業(yè)出版社【3】周常森.電子電路計算機仿真技術(shù).山東科學(xué)技出版社附錄一：元件清單序號類型數(shù)量174LS279（RS鎖存器）1274LS48（4線7段譯碼驅(qū)動器）3374LS148（8線3線優(yōu)先編碼器）1474LS121（單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器）1574LS00（二輸入與非門）2674LS20（四輸入與非門）27NE55528晶體管3DG13019七段數(shù)碼管（共陰極）110B鍵（觸發(fā)開關(guān)）911發(fā)光二極管112揚聲器113電阻（510）214電阻（1K）215電阻（10K）916電阻（15K）217電阻（68K）218電容（0.01F） 219電容（0.1F）220電容（10F）221電容（100F）2