數(shù)字電子線路課程設(shè)計---數(shù)字搶答器

1、<p><b>　　物理實驗報告冊</b></p><p>　　實驗課程 數(shù)字電子線路課程設(shè)計 </p><p>　　系 別：物理與電子信息科學(xué)系</p><p>　　2011 級 電工（信）1（2）班</p><p>　　姓名 學(xué)號 </p>

2、<p>　　2013年6月 8日</p><p><b>　　題目：數(shù)字搶答器</b></p><p>　　作 者: 指導(dǎo)老師: </p><p><b>　　設(shè)計要求</b></p><p><b>　　1、基本

3、部分</b></p><p>　?、旁O(shè)計一個智力競賽搶答器，可同時供8名選手或者8名代表參加比賽。</p><p>　?、平o主持設(shè)置一個開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答器的開始。</p><p>　?、菗尨鹌骶哂袛?shù)據(jù)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，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號。此外，要封鎖輸入電

4、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)清零為止。</p><p><b>　　2、發(fā)揮部分</b></p><p>　?、艙尨鹌骶哂卸〞r搶答的功能，且一次搶答的時間可以有主持人設(shè)定，（如30S）。當節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時間0.5S左右。</p><

5、;p>　?、茀①愡x手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示的選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p><b>　　一、方案設(shè)計</b></p><p><b>　　1、搶答電路的設(shè)計</b></p><p>　　設(shè)計電路如圖1所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS14

6、8 和鎖存器 74LS279來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S置于"清除"端時，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標志端＝0，使之處于工作狀態(tài)。當開關(guān)S置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，

7、當有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO=1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR＝１，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標志端＝１，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CTR＝１，使優(yōu)先編碼工作標志端＝１，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)

8、先性。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置“清除”然后再進行下一輪搶答。74LS148為8線－3線優(yōu)先編碼器</p><p><b>　　圖1 搶答電路圖</b></p><p>　　搶答電路采用的方案所需要的元件清單如表1所示：</p><p>　　表1:搶答電路元件清單:</p><p>　　2、倒計時電路的設(shè)計&

9、lt;/p><p>　　該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖2所示。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(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，計數(shù)器的時

10、鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當有人搶答時，停止計數(shù)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，同時以后選手搶答無效。</p><p>　　圖2 倒計時電路圖</p><p>　　倒計時電路采用的方案所需要的元件清單如表2所示：</p><p

11、>　　表2:倒計時電路元件清單:</p><p>　　二、電路結(jié)構(gòu)及工作原理</p><p><b>　　1、搶答電路模塊</b></p><p><b>　　參考電路如圖3。 </b></p><p><b>　　圖3 搶答電路圖</b></p><

12、;p>　?、疟静糠蛛娐窇?yīng)用到三塊芯片74LS184、74LS279、74LS247，其功能分別為編碼、鎖存、譯碼。該部分結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。</p><p>　　圖4 搶答電路結(jié)構(gòu)框圖</p><p>　?、圃摬糠蛛娐吠瓿蓛蓚€功能：</p><p>　?、?分辨出選手搶答的先后，同時譯碼顯示出選手的編號，并鎖定最先搶答的選手的編號。</p>&

13、lt;p>　　②禁止其他選手搶答。</p><p>　?、墼摬糠蛛娐饭ぷ髟恚許7為例。</p><p>　　當開關(guān)SW—SPST閉合時，鎖存器所有R端為0，鎖存器清零，鎖存器輸出端Q為0。譯碼器SN74LS247的BIRBO為0，編碼器不工作，數(shù)碼管無顯示。</p><p>　　當開關(guān)SW—SPST閉合后斷開，搶答器處于等待工作狀態(tài)。此時鎖存器的R端為1，

14、在沒有選手按下開關(guān)之前，優(yōu)先編碼器的置數(shù)端為1，根據(jù)其真值表可知輸出端（GS、A0、A1、A20）為（1、1、1、1）鎖存器保持先前的工作狀態(tài)不變（即清零），同時對電容C1進行充電。當有選手按下開關(guān)時，例如選手S7按下開關(guān)，則優(yōu)先編碼器74LS148的4腳為0，其它各輸入端為1。根據(jù)其真值表可知（GS、A0、A1、A20）為（0、0、0、0），再傳人鎖存器的S端，此時鎖存器的R端為1，根據(jù)真值表可知輸出端（1Q、2Q、3Q、4Q）為（1

15、、1、1、1），再將信號傳人譯碼器74LS247進行編碼，此時BIRBQ端為1，譯碼器處于工作狀態(tài)，（A、B、C）為（1、1、1）譯碼輸出（a、b、c、d、e、f、g）為（0、0、0、1、1、1、1），傳人數(shù)碼管，顯示為“7”。同時電容放電使優(yōu)先編碼器74LS148的GS端為1，禁止優(yōu)先編碼器工作，從而達到禁止選手搶答的目的。此時鎖存器的R1、S1端都為1，1Q的輸出狀態(tài)保持其前面的狀態(tài)不變。如再次搶答，則需主持人將開關(guān)SW-SPST閉

16、合再次清零，再斷開進入下一輪工作狀態(tài)。 （</p><p><b>　　2、倒計時電路模塊</b></p><p>　　由節(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，計數(shù)器的時鐘脈沖由555構(gòu)成的秒脈沖電路提供。可預(yù)置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器74LS192進行設(shè)計，同時74LS247譯碼顯示出來。該部分的電路如圖5所

17、示。</p><p>　　圖5 倒計時電路圖</p><p><b>　　三、系統(tǒng)測試</b></p><p><b>　　1、測試儀器</b></p><p><b>　　表3：測試儀器</b></p><p><b>　　2、測試數(shù)據(jù)&l

18、t;/b></p><p>　?、艙尨痣娐分械?4HC148、74LS573、74HC247所有引腳在不同狀態(tài)下的電壓數(shù)據(jù)填入下列表格中，并將表5到表12與表四的數(shù)據(jù)進行比較，將發(fā)生變化的數(shù)據(jù)加粗。</p><p>　　表4：主持鍵清0后各引腳的電壓　（其中VCC＝　 V，　單位：V）</p><p>　　表5：1鍵按下后各引腳的電壓　 （其中VCC＝　

19、 V，　單位：V）</p><p>　　表6：2鍵按下后各引腳的電壓　 （其中VCC＝　 V，　單位：V）</p><p>　　表7：3鍵按下后各引腳的電壓　 （其中VCC＝　 V，　單位：V）</p><p>　　表8：4鍵按下后各引腳的電壓　 （其中VCC＝　 V，　單位：V）</p><p>　　表9：5鍵按下后各引腳的電壓

20、　 （其中VCC＝　 V，　單位：V）</p><p>　　表10：6鍵按下后各引腳的電壓　 （其中VCC＝　 V，　　單位：V）　 </p><p>　　表11：7鍵按下后各引腳的電壓?。ㄆ渲蠽CC＝　4.97 V，　　單位：V）</p><p>　　表12：0鍵按下后各引腳的電壓?。ㄆ渲蠽CC＝　4.97 V，　　單位：V）</p>

21、<p>　　通過上述9個數(shù)據(jù)表格數(shù)的比較，再畫出每塊集成電路的功能表。</p><p>　　74LS148的功能表見表13:</p><p>　　表13：74LS148的功能表</p><p>　　74LS279的功能表見表14:</p><p>　　表14：74LS279的功能表</p><p>　　74L

22、S247的功能表見表15：</p><p>　　表15：74LS247的功能表</p><p>　?、频褂嫊r電路時序電路時序圖，其中必須包括NE555的Q端，個位74LS192的QA、QB、QC、QD、，十位74LS192的QSA、QSB、QSC、QSD、S。</p><p>　　圖6 倒計時電路時序圖</p><p><b>　

23、　四、結(jié)論</b></p><p>　　通過數(shù)字搶答的方案的設(shè)計、電路板的焊接、元件各引腳之間的連線、分模塊對電路板進行調(diào)試和測試過程，比較完善地完成了數(shù)字搶答器。</p><p>　　從總體上來說，該設(shè)計讓自己在書上學(xué)習到的東西應(yīng)用到實踐中來；鍛煉了焊接技術(shù)，提高了自己的動手能力，培養(yǎng)了電子制作的興趣。為以后自己制作電子產(chǎn)品鍛煉了基礎(chǔ)，也學(xué)到了許多電路檢測方面的知識，為自己分

24、析電路、改進電路打下了基礎(chǔ)。在制作的同時也復(fù)習了一下«數(shù)字電路»，提高了自己的理論水平。最重要的是讓自己學(xué)到了許多分析問題、解決問題的方法。</p><p>　　五、實驗總結(jié)及心得體會</p><p>　　1、整個設(shè)計過程所做的工作</p><p>　?、?將數(shù)電設(shè)計實驗——搶答器的搶答部分的電路圖重畫了一遍，對元件進行了位置調(diào)整。</p&

25、gt;<p>　　⑵對元件進行了測試，包括數(shù)碼管各引腳所對應(yīng)的數(shù)碼顯示部分，以及開關(guān)各引腳在開關(guān)中所起的作用。</p><p><b>　　⑶焊接了搶答部分。</b></p><p>　?、葘λ傅膿尨鸩糠诌M行了測試。</p><p>　?、珊附恿藫尨鹌鞯臅r序部分。</p><p>　?、史治隽艘幌聲r序部分

26、的原理。</p><p>　?、私鉀Q怎樣把“0”變成“8”</p><p>　?、虒﹄娐愤M行了測試，使電路穩(wěn)定性提高了；測試了搶答部分的芯片的一部分引腳的工作電壓值，并把測量值填入了自己所畫的表格中。</p><p>　?、陀檬静ㄆ饔^察時序電路部分工作時電壓的變化；把測試好所有數(shù)據(jù)的電路板交給老師檢查；完成好實驗報告。</p><p>　　2

27、、通過設(shè)計后的收獲</p><p><b>　?、佩憻捔撕附蛹夹g(shù)。</b></p><p>　?、浦販卦谋４鎲栴}：電路板未使用時可用書夾住或者用紙包住，已經(jīng)使用可以用一個小塑料袋密封保存。</p><p>　　⑶接線問題：電源線應(yīng)盡量留長一點，負電源線應(yīng)做出標記（可以繞一個圈），以便于分辨。</p><p>　　⑷芯

28、片的焊接：先焊好底座，由于芯片腳與腳之間的距離很近，焊接時應(yīng)防止短路。焊接時盡量不要燙傷導(dǎo)線的外皮，導(dǎo)線應(yīng)先上錫以免焊接時產(chǎn)生毛刺。</p><p>　?、僧嬰娐穲D時要盡量規(guī)范化，合理化，要注意結(jié)點。</p><p>　?、试季郑孩傩酒偷鬃娜笨谝恢孪蜃蠡蛳蛏?；</p><p>　?、跀?shù)碼管的底座要裝在頂上，一個數(shù)碼管對應(yīng)一個插孔；</p>&

29、lt;p>　?、圩⒁怆娮璐笮?，不要擺放錯誤，電容的正負端別弄錯。</p><p>　?、藬?shù)碼管的測試：中間兩根長引腳為共陰端或共陽端。本實驗為共陽極。</p><p>　　圖7 共陽極數(shù)碼管</p><p>　?、虒π酒墓δ苡辛诉M一步的認識。</p><p>　　⑼完成了搶答器的自動消隱功能。</p><p>

30、;　?、蛯W(xué)到了一些簡單的電路檢測方法。</p><p><b>　?、瓮瓿蓪嶒瀳蟾妗?lt;/b></p><p>　　3、設(shè)計過程中存在的問題及解決的方法</p><p>　?、判酒鬃笨诘姆较蚺e了一個，缺口應(yīng)朝左或者朝上。</p><p>　?、撇患毿模┑魩赘€未連接。</p><p>　　⑶

31、由于電路圖中數(shù)碼管先未畫，后來接線時忘記接51Ω的限流電阻。</p><p>　?、葴y試時未清理桌面，桌面上殘留了許多的焊錫碎片，造成短路，出現(xiàn)亂碼現(xiàn)象。</p><p>　　⑸沒有注意芯片的引腳的個數(shù)，74LS00是14個腳，自己焊了一個16個腳的座。</p><p>　?、省?”轉(zhuǎn)變?yōu)椤?”的方法：把74LS247的14腳、74LS148的15腳以及開關(guān)S8同時

32、接到一個三端的與門上，再將與門的輸出端接到數(shù)碼管的g腳上。</p><p>　?、俗詣酉[功能實現(xiàn)的具體方法為：</p><p>　　將74LS148的15腳與74LS192的BO2輸出腳接到74LS00的與非門輸出腳，再將與非門的輸出腳接到另外一個與非門的兩個輸入腳，實現(xiàn)74LS184的15腳與74LS192的BO2腳相與，再將輸出腳接到三個74LS247的消隱端（4腳），實現(xiàn)自動消隱。

33、</p><p>　　4、通過本次設(shè)計，回答下面三個問題</p><p><b>　?、盼蚁胱鍪裁矗?lt;/b></p><p>　?、侔言摀尨鹌髯龊?并弄懂原理。</p><p>　?、趯﹄娐愤M行改進，做一個更好的。</p><p>　?、弁ㄟ^學(xué)習這門課知識，做一些自己感興趣的東西。例如數(shù)字時鐘之類

34、的。</p><p>　?、芡ㄟ^做一些小東西，在此基礎(chǔ)上更進一步，做一些功能強大的電路。拓寬自己的知識面。</p><p><b>　?、莆夷茏鍪裁?？</b></p><p>　?、倌軌蚝附与娮赢a(chǎn)品。</p><p>　?、谧鲆恍┖唵蔚碾娮赢a(chǎn)品。</p><p>　?、勰軌驒z查一些簡單的電子產(chǎn)品。

35、</p><p><b>　　⑶我做了什么？ </b></p><p>　　①復(fù)習了一下數(shù)電知識。</p><p>　　②分析了一下該搶答器的原理。</p><p>　?、蹖W(xué)習了PROTEL畫圖軟件。</p><p>　?、芡瓿闪嗽摀尨鹌鞯闹谱?。</p><p>　　⑤提高