數(shù)字電路課程設(shè)計--智能競賽搶答器

1、<p><b>　　電信系</b></p><p><b>　　數(shù)字電路課程設(shè)計</b></p><p>　　課題名稱： 智能競賽搶答器 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學(xué) 號： </p&

2、gt;<p>　　專業(yè)班級： 09電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　指導(dǎo)老師： </p><p>　　設(shè)計時間： 2012學(xué)年第2學(xué)期 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 設(shè)計任務(wù)

3、與要求3</p><p><b>　　2 預(yù)習(xí)要求3</b></p><p>　　3 設(shè)計原理與參考電路3</p><p>　　3.1數(shù)字搶答器總體方框圖.......................3</p><p>　　3.2單元電路設(shè)計..................................

4、............................................…………………………………3</p><p>　　4 主要元器件功能介紹 ……....………………6</p><p>　　4.1 鎖存器（74LS373）6</p><p>　　4.2 優(yōu)先編碼器（74LS147）6</p><p>　　4.

5、3 顯示譯碼器（74LS48）7</p><p>　　4.4 計數(shù)器 （74LS192）…………………………8</p><p>　　5 設(shè)計步驟及各功能電路調(diào)試10</p><p>　　5.1最終組合電路 ……..........................……………………………………………… ………10</p><p>　　5

6、.2調(diào)試鎖存器電路…………………………………………………………….11 </p><p>　　5.3調(diào)試編碼與譯碼顯示電路…………………………………………………….12</p><p>　　5.4 調(diào)試控制電路...………………………………………………………13</p><p>　　5.5 秒脈沖……………………………………………………………………………13

7、</p><p>　　6 心得體會14</p><p><b>　　智力竟賽搶答器</b></p><p>　　1 設(shè)計任務(wù)與要求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)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。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，并在

8、LED數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。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)清除為止。4. 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，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。5. 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為

9、止。6. 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。2 預(yù)習(xí)要求1．復(fù)習(xí)編碼器、十進制加/減計數(shù)器的工作原理。2．設(shè)計可預(yù)置時間的定時電路。3．分析與設(shè)計時序控制電路。4. 畫出定時搶答器的整機邏輯電路圖</p><p>　　3 設(shè)計原理與參考電路1．?dāng)?shù)字搶答器總體方框圖    如圖11、1所示為總體方框圖。其工作原

10、理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置?quot;開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除&

11、quot;和"開始"狀態(tài)開關(guān)。</p><p>　　單元電路設(shè)計   (1) 搶答器電路</p><p>　　1-2-1 搶答器實驗圖</p><p>　　數(shù)字競賽器的電路原理圖如圖1-2-1，該競賽器電路由復(fù)位電路、搶答觸發(fā)控制電路、 LED 數(shù)碼顯示電路、計時電路等組成。</p><p&g

12、t;　　復(fù)位電路由復(fù)位按鈕、限流電阻、兩輸入與非門74LS00、八輸入與非門74LS30以及D鎖存器74LS373的兩個使能控制端鎖存允許端LE端（高電平有效）和三態(tài)允許控制端OE端（低電平有效）等組成。</p><p>　　搶答觸發(fā)控制電路由搶答按鈕 -、限流電阻,以及74LS573的八個輸入端等組成。</p><p>　　LED 數(shù)碼顯示電路由10線-4線的編碼器74LS147、七段譯

13、碼器CD4511、七段共陰數(shù)碼管等組成。</p><p>　　(2) 可調(diào)計時器電路</p><p>　　圖1-2-2可調(diào)計時器電路原理圖</p><p>　　可調(diào)計時器的原理圖如圖1-2-2，該電路主要由555提供計數(shù)脈沖，經(jīng)過74LS192組成的計數(shù)電路，由74LS48譯碼，再由數(shù)碼管顯示所構(gòu)成。</p><p>　　4 主要元器件功能介

14、紹： </p><p>　　（1）、鎖存器74LS373芯片資料：</p><p><b>　　s</b></p><p>　　當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時，Q0～Q7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負載或總線。當(dāng) OE 為高電平時，Q0～Q7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當(dāng)鎖存允許端 L

15、E 為高電平時，Q 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) LE 為低電平時，D 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng) LE 端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善 400mV。引出端符號：D0～D7 數(shù)據(jù)輸入端OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效）LE 鎖存允許端 Q0～Q7 輸出端</p><p>　　優(yōu)先編碼器74LS147資料：</p><p>　　74LS147的引腳圖如圖所示，其中第9腳

16、NC為空。74LS147優(yōu)先編碼器有9個輸入端和4個輸出端。某個輸入端為0，代表輸入某一個十進制數(shù)。當(dāng)9個輸入端全為1時，代表輸入的是十進制數(shù)0。4個輸出端反映輸入十進制數(shù)的BCD碼編碼輸出。74LS147優(yōu)先編碼器的輸入端和輸出端都是低電平有效，即當(dāng)某一個輸入端低電平0時，4個輸出端就以低電平0的輸出其對應(yīng)的8421 BCD編碼。當(dāng)9個輸入全為1時，4個輸入出也全為1，代表輸入十進制數(shù)0的8421 BCD編碼輸出。 74ls147

17、真值表</p><p>　　顯示譯碼器74ls48（7448n）芯片資料：</p><p><b>　　7448n真值表</b></p><p>　?。?）計數(shù)器 （74LS192）芯片資料</p><p>　　192 的清除端是異步的。當(dāng)清除端（MR）為高電平時， 不管時鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能

18、。</p><p>　　192 的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（）為低電平時， 不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0～Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（P0～P3）相一致的狀態(tài)。 </p><p>　　192 的計數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時加在4 個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下Q0～Q3 同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當(dāng)進行加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用CPD

19、或CPU，此時另一個時鐘應(yīng)為高電平。</p><p>　　當(dāng)計數(shù)上溢出時，進位輸出端（）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計數(shù)下溢出時， 錯位輸出端（）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。</p><p><b>　　功能表如表：</b></p><p>　　真值表為：（見下頁）</p>

20、;<p>　　5 設(shè)計步驟及各功能電路調(diào)試</p><p>　　5.1最終的組合電路</p><p>　　由上圖得，比賽時，、···由參賽選手控制，由主持人控制。該鍵在主持人喊“開始”前按下，開始后當(dāng)任意一個選手搶先按下按鈕時，74LS30的輸出將跳變?yōu)榈碗娖?，這個低電平使74LS573處于鎖存狀態(tài)，那么其他選手再按搶答按鈕就無效了。此時它的輸出

21、、….被鎖存，隨即編碼器進行編碼。74LS147為10線到4線的編碼器，輸入端為低電平有效，輸出為反碼。編碼完畢經(jīng)CD4511譯碼后通過七段共陰數(shù)碼管將相應(yīng)搶答選手編號顯示出來。同時74LS30的這個低電平使二極管VD導(dǎo)通，驅(qū)動蜂鳴器BL發(fā)出“嘀”聲。在這個過程中，可調(diào)計時電路也進行計時。將芯片74ls192的初值即計時時間設(shè)置為三十秒。在三十秒內(nèi)，若有人搶答則停止計時。</p><p>　　一輪搶答結(jié)束，由主持

22、人按動清除復(fù)位按鈕，對D鎖存器進行解鎖。又進行下一輪搶答。當(dāng)允許數(shù)據(jù)輸入時，74LS573的11腳為高電平，經(jīng)過譯碼后數(shù)碼管不顯示。同時BL不發(fā)音. </p><p>　　5.2 調(diào)試鎖存器電路</p><p>　　圖1-10 鎖存電路</p><p>　　如果不能鎖存，或是鎖存不了1和7，則問題在鎖存電路，應(yīng)該從原理上進行分析。鎖存電路的設(shè)計原理是：啟用CD45

23、11的鎖存功能端LE，高電平有效，即輸入高電平時執(zhí)行鎖存功能。鎖存器應(yīng)能鎖定第一個搶答信號，并拒絕后面搶答信號的干擾。如何設(shè)計呢，我們對0～9十個數(shù)字的顯示筆段進行分析，只有0數(shù)字的d筆段亮與g筆段滅，其它數(shù)字至少有一點不成立。由此可以區(qū)分0與其它數(shù)字。我們將LED管的a筆段與g筆段的輸入信號反饋到鎖存電路，通過鎖存電路控制鎖存端LE輸入為0或1（鎖存與否）。當(dāng)LED顯示器顯示為0時，LE=0，CD4511譯碼芯片不鎖存；當(dāng)LED顯示器

24、顯示其它數(shù)字時， LE=1，芯片鎖存。這樣只要顯示器上顯示為0，CD4511譯碼芯片才不鎖定，顯示其它數(shù)字均鎖存。所以只要有選手按了按鍵，顯示器上一定是顯示1～8的數(shù)字，LE=1芯片鎖存，之后任何其他選手再按下按鍵均不起作用。例如鍵先按下，顯示器上顯示1，LE=1芯片鎖存，其他選手再按～，顯示器上仍顯示1，按下之后的任一按鍵信號均不顯示。直到主持人按清零鍵，顯示器上又顯示0，LE=0，鎖存功能解除，又開始新一輪的搶答。若所有的數(shù)字都不能

25、鎖存，說明不</p><p>　　5.3 調(diào)試編碼與譯碼顯示電路</p><p>　　顯示器上不顯示數(shù)字，我們從后級往前級進行測試，首先用1.5～2V的電 壓作用各個筆段,看對應(yīng)各筆段是否亮,判斷是否完好。若完好則繼續(xù)檢測CD4511芯片是否完好。在CD4511的A、B、C、D四個輸入端隨意輸入一組二進制數(shù)碼，看是否能顯示數(shù)字。無顯示的故障一般問題出在這兩個環(huán)節(jié)。若顯示器上顯示的是不符

26、合要求的數(shù)字，在設(shè)計原理正確的前提下，首先通過測試判斷CD4511的輸出a～g與LED管的a～g筆段是否連接有錯。其方法是CD4511的輸出a～g分別按規(guī)律輸入高低電平，觀察LED管是否顯示相應(yīng)的數(shù)字。如果這個環(huán)節(jié)正常，則問題在二極管編碼電路，再逐一進行檢查。</p><p>　　圖1-11 編碼與譯碼顯示電路</p><p>　　5.4 調(diào)試控制電路</p><p&

27、gt;　　在測試的過程中一定要注意，高低電平的測試電壓數(shù)值要針對不同的電路而選取不同的數(shù)值。比如，針對LED管，高電平只能用1.5～2V,而在CD4511的輸入端高電平要用到8V以上的電源電壓。選高了，會燒管子；選低了，會看不到效果，甚至產(chǎn)生誤判斷。 進行整體電路調(diào)試，觀察搶答器工作情況，并記錄結(jié)果。</p><p><b>　　5.5 秒脈沖</b></p><p>

28、;　　由集成電路定時器555與RC組成的多諧振蕩器，產(chǎn)生1Hz的脈沖信號。</p><p>　　圖1-12 秒脈沖產(chǎn)生電路</p><p><b>　　6 心得體會</b></p><p>　　這次課程設(shè)計的電路是比較復(fù)雜的。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設(shè)計上，在多種方案的選擇中，我們仔細比較分析其原

29、理以及可行的原因，最后還是在通多次對電路的改進，上機仿真以及接線調(diào)試，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，此時更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p&g

30、t;　　設(shè)計單元電路階段，這個階段可以說是考察數(shù)電書本知識的階段。所有的設(shè)計方法還有步驟在數(shù)電書上都有，而且還有例題。這個階段遇到的主要問題就是以前的知識忘記不少，所以做設(shè)計的時候要常隨手翻閱課本，等于是做了幾道數(shù)電作業(yè)題。這個階段的難度也不是很大，一般翻課本就可以找到答案并解決問題。</p><p>　　制作過程是一個考驗人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，電路的焊接要一步一步來，焊點多，走線復(fù)雜。這又要我們要靈活

31、處理，一邊操作一邊構(gòu)思，在不影響試驗的前提下加快進度。</p><p>　　另外就是要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。這是應(yīng)用課本知識的大好時機。</p><p>　　總之，通過這次練習(xí)我有了很多收獲。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增強了動手能力。在改進電路的過程中，同學(xué)們共同探討，最后的電路已經(jīng)比初期設(shè)計有了很