數(shù)電課程設(shè)計(jì)(搶答器)

1、<p><b>　　數(shù)字電子技術(shù)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)</b></p><p>　　一．課程設(shè)計(jì)任務(wù)要求</p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)電路是常用于智力競(jìng)賽中搶答判斷電路，是進(jìn)行判斷哪一個(gè)預(yù)定狀態(tài)優(yōu)先發(fā)生的電路。對(duì)于該電路的設(shè)計(jì)，可以綜合應(yīng)用數(shù)字電路中組合邏輯與時(shí)序電路的基本知識(shí)，進(jìn)一

2、步掌握各類觸發(fā)器、門(mén)電路工作原理與使用要點(diǎn)，學(xué)會(huì)分析數(shù)字電路在調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)的各種問(wèn)題。</p><p>　　設(shè)計(jì)任務(wù)：1.在主持人表示搶答開(kāi)始時(shí),計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí),在規(guī)定時(shí)間(學(xué)號(hào)數(shù))內(nèi)沒(méi)有人搶答,表示時(shí)間到,蜂鳴器發(fā)聲輸出,計(jì)時(shí)器復(fù)位,為下一次的計(jì)時(shí)做好準(zhǔn)備。</p><p>　　2.主持人表示開(kāi)始搶答后,計(jì)時(shí)時(shí)間未到時(shí),只要有人搶答,即可顯示搶答者的號(hào)碼,并同時(shí)封鎖其他搶答者著的搶答顯

3、示。</p><p>　　3.只要有人搶答,計(jì)時(shí)器停住并顯示搶答者號(hào)碼。</p><p>　　4.只有主持人的操作,將電路復(fù)位后,方可結(jié)束上一次的搶答,為下次的搶答做好準(zhǔn)備。</p><p>　　5.搶答的規(guī)定時(shí)間可以在電路開(kāi)始工作前,從數(shù)據(jù)開(kāi)關(guān)輸入設(shè)定的搶答時(shí)間。</p><p>　　二．設(shè)計(jì)思路與系統(tǒng)框圖</p><p

4、><b>　　⑴設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是信號(hào)的封存。讓芯片的輸出保持不變有多種方法，我采用的是封鎖時(shí)鐘脈沖的上升沿，這樣芯片CP不能接受時(shí)鐘脈沖，就能保持輸出不變。不讓上升沿出現(xiàn)可以設(shè)法讓其在某一時(shí)刻后持續(xù)為高電平或者低電平。我們知道一個(gè)信號(hào)與低電平相與后輸出為低電平，與高電平相與后不影響輸出，可以采取這種方法。</p><p>　

5、　搶答器電路根據(jù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)上的資料，采用74175可以滿足要求。其輸入端與搶答者控制端相連，作為搶答信號(hào)的輸入端。有人搶答時(shí)需要封鎖其他搶答者著的搶答信號(hào)，因此要設(shè)法封鎖74175的時(shí)鐘脈沖。</p><p>　　任務(wù)要求顯示搶答者的號(hào)碼，這樣需要對(duì)搶答輸出信號(hào)進(jìn)行編碼，因此需要選用合適的編碼器。針對(duì)搶答電路的特點(diǎn)，選用優(yōu)先編碼器，因?yàn)樵谕粫r(shí)刻對(duì)于多個(gè)輸入信號(hào)，只可能對(duì)最先輸入的一個(gè)信號(hào)編碼，這樣就只會(huì)顯示搶答

6、者的信號(hào)，也就是完成了對(duì)顯示輸出信號(hào)的保持。</p><p>　　計(jì)時(shí)器需要在有人搶答時(shí)停止計(jì)數(shù)并且保持輸出，也需要封鎖其時(shí)鐘脈沖。同時(shí)，計(jì)時(shí)器電路停止計(jì)數(shù)的時(shí)刻和搶答時(shí)刻有關(guān)，所以需要將搶答電路的輸出信號(hào)引到計(jì)時(shí)電路。</p><p><b>　　⑵系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　三．電路設(shè)計(jì)與器件選擇</p><p

7、><b>　?、艙尨鹌麟娐?lt;/b></p><p>　　由74175的功能表可知，在輸入端加高電平，在輸出端為高電平，反向輸出端為低電平。可以利用這一點(diǎn)，將選手的搶答信號(hào)設(shè)置為常低信號(hào)，無(wú)人搶答時(shí)，7個(gè)反向輸出端為高低電平。只要一有人搶答，會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)高電平，對(duì)應(yīng)的反向輸出端就會(huì)變成低電平，將這個(gè)低電平信號(hào)與74175的時(shí)鐘脈沖信號(hào)相與后送入兩個(gè)74175的脈沖輸入端可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘脈沖信號(hào)

8、的封鎖。等主持人清零信號(hào)后，74175可以開(kāi)始正常工作。</p><p>　　具體做法及分析：將74175的7個(gè)反向輸出端經(jīng)7輸入與門(mén)后和時(shí)鐘信號(hào)相與，再送74175的CP端。這樣，在無(wú)人搶答時(shí)和時(shí)鐘信號(hào)相與的是高電平，時(shí)鐘脈沖正常輸入。有人搶答，搶答信號(hào)為瞬時(shí)低電平，經(jīng)7輸入與門(mén)后輸出的低電平信號(hào)與74175的時(shí)鐘脈沖信號(hào)相與后送入兩個(gè)74175的脈沖輸入端，可以實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘脈沖信號(hào)的封鎖。采用同樣的原理封鎖計(jì)時(shí)器

9、電路時(shí)鐘脈沖。</p><p><b>　?、朴?jì)時(shí)器電路</b></p><p>　　選用74160。74160是十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器，且是同步置數(shù)，異步清零?？梢圆捎煤?4175封鎖時(shí)鐘信號(hào)相同的方法封鎖信號(hào)。</p><p>　　具體方法及分析：兩片74160160級(jí)聯(lián)，無(wú)人搶答，計(jì)數(shù)器正常工作，進(jìn)行加法計(jì)數(shù)。電路的關(guān)鍵在于將加法電路的反饋信號(hào)

10、、搶答電路的輸出信號(hào)和時(shí)鐘信號(hào)三者相與后送入兩片160的CP端（上圖中方框所示）。當(dāng)計(jì)數(shù)到38 時(shí)（8421BCD：0011 1000），返回信號(hào)為低電平，三輸入與非門(mén)輸入端的另外兩個(gè)信號(hào)為高電平，相與后輸出的低電平將74175175CP端封鎖，同時(shí)計(jì)時(shí)器的反饋信號(hào)通過(guò)一個(gè)非門(mén)與燈相連，使燈亮。有人搶答時(shí)，七輸入與非門(mén)的輸出低電平，即搶答電路的輸出為低電平，經(jīng)三輸入與門(mén)將低電平送入74160的CP端，這樣沒(méi)有了上升沿，計(jì)數(shù)器保持輸出不變

11、。主持人信號(hào)清零后，計(jì)數(shù)器重新工作。</p><p><b>　?、蔷幋a電路</b></p><p>　　采用74147優(yōu)先編碼器。74147是反碼輸出，因此需要在其輸出端接非門(mén)，才能使被編碼的信號(hào)和搶答者的號(hào)碼相一致。也可以采用74148（8線——3線優(yōu)先編碼器），同樣是反碼輸出。</p><p>　　具體做法：將74175的7個(gè)輸出端和74

12、147的7個(gè)輸入端對(duì)應(yīng)相連。比如1號(hào)選手搶答，74175的1Q1N變?yōu)榈碗娖?，輸出?110，經(jīng)非門(mén)后變?yōu)?001，經(jīng)譯碼顯示后能知道是幾號(hào)選手搶答。</p><p><b>　?、戎鞒秩丝刂齐娐?lt;/b></p><p>　　主持人開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)清零和開(kāi)始搶答的功能。主持人控制端給常高電平，與74160，74175的CP端相連，這樣支持人按下開(kāi)關(guān)輸出為低電平，實(shí)現(xiàn)清零。高電

13、平時(shí)各芯片正常工作。</p><p><b>　?、烧w電路</b></p><p>　　四、電路的編譯、波形仿真和管腳封裝</p><p><b>　　⑴編譯</b></p><p>　　檢查設(shè)計(jì)電路，確定無(wú)誤后進(jìn)行編譯，出現(xiàn)如下提示。</p><p><b>　

14、　⑵波形仿真</b></p><p>　　對(duì)加法電路進(jìn)行時(shí)序模擬，確認(rèn)其能正常工作。結(jié)果如下圖所示，可見(jiàn)當(dāng)計(jì)數(shù)到38時(shí)能保持輸出信號(hào)不變。</p><p><b>　?、枪苣_封裝</b></p><p>　　打開(kāi)EDA6000，選擇與實(shí)驗(yàn)室面板型號(hào)一致的儀器，將所需器件添加到面板上。將每個(gè)器件的管腳與電路圖上對(duì)應(yīng)的輸出端一一相連。完

15、成后，在電路圖上各管腳處會(huì)顯示相應(yīng)的管腳號(hào)。然后連接實(shí)驗(yàn)儀器，將電路下載到實(shí)驗(yàn)箱上，進(jìn)行操作，驗(yàn)證功能是否正確。</p><p><b>　　五．實(shí)驗(yàn)結(jié)果</b></p><p><b>　?、砰_(kāi)始搶答時(shí)刻情況</b></p><p>　　搶答顯示為零，計(jì)時(shí)器顯示為零。</p><p><b&

16、gt;　?、茻o(wú)人搶答時(shí)情況</b></p><p>　　計(jì)時(shí)器顯示為38秒，黃燈亮，提示搶答時(shí)間到。下面兩幅圖中，右圖顯示的是時(shí)間到后有人搶答的情況。圖示為3號(hào)選手搶答，搶答顯示為零，可見(jiàn)在時(shí)間到后，完成了對(duì)搶答信號(hào)的封鎖，使選手不能進(jìn)行搶答。</p><p><b>　?、怯腥藫尨饡r(shí)情況</b></p><p>　　圖示為6號(hào)選手

17、在第10秒時(shí)搶答，綠燈亮，提示有人搶答。當(dāng)有人搶答后，若還有人搶答，圖示為5號(hào)選手搶答，搶答器顯示不變，說(shuō)明在有人搶答后，電路完成了對(duì)其他搶答信號(hào)的封鎖。</p><p>　　六．出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法</p><p>　　實(shí)際操作中，當(dāng)時(shí)鐘脈沖為1HZ時(shí)，如果有人搶答，有時(shí)搶答顯示不會(huì)立刻顯示搶答者號(hào)碼，計(jì)時(shí)器也不會(huì)立刻停止計(jì)數(shù)。經(jīng)過(guò)分析可以知道，74175是上升沿觸發(fā)器件，輸入信號(hào)時(shí)需要

18、上升沿的配合。選手搶答信號(hào)是一個(gè)瞬時(shí)的低電平信號(hào)，持續(xù)時(shí)間比1秒短得多，而時(shí)鐘脈沖周期為1秒，這樣當(dāng)有人搶答的時(shí)刻，時(shí)鐘信號(hào)的上升沿可能會(huì)沒(méi)有來(lái)，造成前述情況的出現(xiàn)。</p><p><b>　　解決辦法：</b></p><p>　　1.可以調(diào)高時(shí)鐘信號(hào)的頻率到10HZ，可以消除有人搶答時(shí)搶答顯示不會(huì)立刻顯示搶答者號(hào)碼，計(jì)時(shí)器也不會(huì)立刻停止計(jì)數(shù)的情況，但是由于在電路

19、中74175和75160采用的是同一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)，會(huì)造成計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)輸出周期變?yōu)?.1秒。可見(jiàn)，這不是一個(gè)最佳解決辦法，</p><p>　　2.采用兩個(gè)時(shí)鐘脈沖。一個(gè)與74175的CP端相連，頻率為10HZ,一個(gè)和74160相連，頻率為1HZ，其余電路結(jié)構(gòu)不變。這樣，74175的時(shí)鐘信號(hào)周期為0.1秒，有人搶答時(shí)會(huì)立刻反應(yīng)工作完成信號(hào)的封鎖，同時(shí)又保證了計(jì)時(shí)器的輸出周期是1秒。</p><p

20、><b>　　七．實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)時(shí)間雖然短暫，但確令我收獲頗豐。在這次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我將所學(xué)到的知識(shí)用到了實(shí)際的電路設(shè)計(jì)中，發(fā)現(xiàn)了自己的薄弱知識(shí)環(huán)節(jié)，鞏固了數(shù)字電路中的相關(guān)知識(shí)，特別是對(duì)設(shè)計(jì)中用到的芯片有了更加深入的認(rèn)識(shí)。同時(shí)，從剛開(kāi)始的構(gòu)思到最終的完成，期間出現(xiàn)了不少問(wèn)題，在方案的選擇上幾經(jīng)周折，在這個(gè)過(guò)程中鍛煉了我獨(dú)立分析問(wèn)題，解決問(wèn)題的