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文檔簡(jiǎn)介
1、<p> 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</p><p> 一.課程設(shè)計(jì)題目:四路搶答器</p><p><b> 二.任務(wù)和要求:</b></p><p> 設(shè)計(jì)一個(gè)4路智力競(jìng)賽搶答器,具體設(shè)計(jì)要求如下:</p><p> 1.搶答器同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)比賽,分別用4個(gè)按鈕S0~ S3表示。</
2、p><p> 2.設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S,該開關(guān)由主持人控制。</p><p> 3.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕,鎖存相應(yīng)的編號(hào),并在LED數(shù)碼管上顯示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存,優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p> 4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能,且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定(如10秒)。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后
3、,定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。</p><p> 5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答,搶答有效,定時(shí)器停止工作,顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間,并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p> 6. 如果定時(shí)時(shí)間已到,無人搶答,本次搶答無效,系統(tǒng)紅燈綠燈同時(shí)亮并禁止搶答,定時(shí)顯示器上顯示0。</p><p> 其工作原理為:接通電源后,主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài),
4、搶答器工作,定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí),搶答器完成:優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示示。當(dāng)一輪搶答之后,定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開始</p><p><b> 三.總體方案的選擇</b></p><p> 如框圖所示,首先裁判對(duì)電路清零后離開清零狀態(tài),同時(shí)計(jì)數(shù)電路置入到計(jì)時(shí),此時(shí)搶答處于禁止?fàn)?/p>
5、態(tài),若此時(shí)有人搶答,判違規(guī),顯示號(hào)碼并紅燈亮。當(dāng)宣布開始搶答時(shí),搶答開關(guān)按下,計(jì)時(shí)開始,當(dāng)選手成功搶答后,鎖存器鎖存選手號(hào)碼,并將其狀態(tài)送給譯碼電路,使七段數(shù)碼顯示器現(xiàn)實(shí)選手序號(hào),同時(shí)鎖存器的狀態(tài)輸入給四輸入與非門,輸出控制使其不在接受輸入信號(hào),達(dá)到搶答無效的目標(biāo),同時(shí)控制電路控制計(jì)時(shí)停止,顯示信號(hào)燈亮。超時(shí)違規(guī)功能是這樣完成的:當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_關(guān)開始計(jì)時(shí),若計(jì)時(shí)到10S未有人搶答,記時(shí)電路的兩路進(jìn)位輸出通過與門的輸出與四輸入與非門的
6、輸出經(jīng)過一個(gè)與門電路,輸出控制脈沖電路停止給計(jì)時(shí)電路輸入脈沖,及時(shí)停止,此時(shí)若有人搶答,鎖存器鎖存選手號(hào)碼,并將其狀態(tài)送給譯碼電路,使七段數(shù)碼顯示器顯示選手序號(hào),信號(hào)燈亮,同時(shí)鎖存器的狀態(tài)輸入給四輸入與非門,輸出信號(hào)控制鎖存器不在接受輸入信號(hào),完成超時(shí)違規(guī)功能。</p><p> 智能搶答器系統(tǒng)主要由控制器、鎖存器、譯碼器和秒脈沖信號(hào)發(fā)生器等器件組成。系統(tǒng)計(jì)時(shí)器是由74161組成,其中因?yàn)閾尨饡r(shí)間為10秒,74
7、161是4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器,它具有異步清零,同步置數(shù)的功能。系統(tǒng)的脈沖發(fā)生源電路是由555脈沖發(fā)生器及一些電容電阻產(chǎn)生的,秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中計(jì)時(shí)電路的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源。系統(tǒng)的主控制電路是由一片7475及門電路組成。它是整個(gè)系統(tǒng)的核心,控制信號(hào)燈的工作狀態(tài)及計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。系統(tǒng)的譯碼器部分是由兩塊7448組成,它的主要任務(wù)是將計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)送給數(shù)碼管顯示。整個(gè)電路共由五部分組成,即主控電路。計(jì)數(shù)器,信號(hào)燈顯示電路,倒計(jì)時(shí)顯示電路及秒脈
8、沖發(fā)生器。(由于所用仿真軟件中沒有74161,便以74163代替。他們的功能沒有多大區(qū)別,功能引腳也很相似,只是74161是異步清零,而74163是同步清零。但本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中并未用到清零端,所以不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。</p><p><b> 四、單元電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b> 1.主控電路:</b></p><
9、;p> ?。?.)總體設(shè)計(jì)思路:</p><p> 首先裁判對(duì)電路清零后立即離開清零狀態(tài),同時(shí)計(jì)數(shù)電路置入到計(jì)時(shí)初始值,此時(shí)搶答處于禁止?fàn)顟B(tài),若此時(shí)有人搶答,判違規(guī),顯示號(hào)碼并紅燈亮。當(dāng)宣布開始搶答時(shí),搶答開關(guān)按下,計(jì)時(shí)開始,當(dāng)選手成功搶答后,鎖存器鎖存選手號(hào)碼,并將其狀態(tài)送給譯碼電路,使七段數(shù)碼顯示器現(xiàn)實(shí)選手序號(hào),同時(shí)鎖存器的狀態(tài)輸入給四輸入與非門7420,輸出控制使鎖存器不在接受輸入信號(hào),達(dá)到搶答無效
10、的目標(biāo),我們通過75芯片的是能端EN的非和161芯片的Co的非的與來控制161的使能鍛ENP從而達(dá)到停止計(jì)時(shí)的要求。顯示信號(hào)燈亮。超時(shí)違規(guī)功能是這樣完成的:當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_關(guān)開始計(jì)時(shí),若計(jì)時(shí)到10S未有人搶答,記時(shí)電路的兩路進(jìn)位輸出經(jīng)與門的輸出與四輸入與非門的輸出經(jīng)過一個(gè)與門電路,輸出控制脈沖電路停止給計(jì)時(shí)電路輸入脈沖,及時(shí)停止,此時(shí)若有人搶答,鎖存器鎖存選手號(hào)碼,并將其狀態(tài)送給譯碼電路,使七段數(shù)碼顯示器顯示選手序號(hào),信號(hào)燈亮,同時(shí)鎖
11、存器的狀態(tài)輸入給四輸入與非門,輸出信號(hào)控制鎖存器不在接受輸入信號(hào),完成超時(shí)違規(guī)功能。</p><p> ?。?.)主控電路的電路圖如下</p><p><b> 2.秒脈沖發(fā)生電路</b></p><p><b> ?。?.)設(shè)計(jì)思路:</b></p><p> 時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路主要由555定時(shí)
12、器組成多諧震蕩器,產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號(hào),送到狀態(tài)產(chǎn)生電路,狀態(tài)產(chǎn)生電路根據(jù)需要產(chǎn)生一定的“0” 、“1 ”信號(hào)。</p><p> 電路輸出矩形脈沖的周期T=0.7(R1+2R2)C.</p><p> 輸出舉行脈沖的占空比:Q=TW1/T=(R1+R2)/(R1+2R2).</p><p> 根據(jù)計(jì)算和所提供的器件滿足設(shè)計(jì)要求的R1= 4.7K歐 R2=150
13、K歐 C1=4.7微法 C2=0.01微法</p><p><b> 電路圖如下</b></p><p><b> 3.計(jì)時(shí)電路思路</b></p><p> 設(shè)計(jì)要求對(duì)不同的狀態(tài)維持的時(shí)間不同,而且要以十進(jìn)制倒計(jì)時(shí)顯示出來。如何實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí),我們采用了在161芯片的輸出端取非,因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)10秒倒計(jì)時(shí),所以我們對(duì)16
14、1開始置數(shù)時(shí)我們置數(shù)為0110因?yàn)槿》呛鬄?001因?yàn)樵谠诙M(jìn)制表示時(shí)為數(shù)字9,因?yàn)?61是加法電路最后一個(gè)數(shù)為1111取非后為0000,因此即達(dá)到了倒計(jì)時(shí)的目的。</p><p> ?。?選手編號(hào)顯示電路</p><p> 以鎖存器為中心的編碼顯示電路。此電路是以四D觸發(fā)器74LS75為中心的編碼鎖存系統(tǒng),編碼器的作用是把鎖存器的輸出轉(zhuǎn)化成8421BCD碼,進(jìn)而送給7段顯示譯碼器,其真
15、值表如下:</p><p><b> 由卡諾圖不難得出:</b></p><p> D=0; C=Q4; B=Q2+Q3; A=Q1+Q3;</p><p><b> 其電路仿真圖為:</b></p><p><b> 五.總體電路設(shè)計(jì):</b></p&
16、gt;<p><b> 六.實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)波形:</b></p><p> 七、調(diào)試過程中的問題:</p><p> (1):電路組裝前應(yīng)先布好每個(gè)芯片的位置格局,應(yīng)盡量使布線簡(jiǎn)練,爭(zhēng)取不跳線,不竄線,使整體板子看起來既整潔又美觀;</p><p> ?。?):首先要連接好555芯片電路它是整個(gè)電路工作的核心,因?yàn)橹挥忻}沖電路正常
17、工作我們整個(gè)電路才會(huì)工作。</p><p> ?。?):在實(shí)際連電路時(shí),會(huì)出現(xiàn)接觸不良等情況。這是由于面包板的質(zhì)量和連線時(shí)線頭裸露部分沒有完好的接觸面包板的銅片所造成的。如果電路出現(xiàn)接觸不良等情況,我們應(yīng)該仔細(xì)去檢查電路可能存在的問題,用排除法去解決,實(shí)在是檢測(cè)不出來,我們可用萬用表來逐一檢查各個(gè)管腳的高低電平是否正確。</p><p> (4):各個(gè)元器件的工作電壓一般為5V,所以我們
18、在給芯片供電時(shí),不要超過這個(gè)電壓,否則會(huì)損壞芯片,為了給我們的電路造不必要的麻煩,我們要在穩(wěn)壓下進(jìn)行工作,實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)特別注意這一點(diǎn),在做實(shí)驗(yàn)時(shí),不少人就是因?yàn)檫@一點(diǎn)而燒壞了器件。還有就是發(fā)光二極管應(yīng)接上拉或下拉電阻來保護(hù)它的電壓不致過大而損壞二極管。</p><p> (5):我們?cè)诮与娐窌r(shí)應(yīng)一個(gè)模塊一個(gè)模塊接,當(dāng)檢測(cè)出當(dāng)前模塊沒有錯(cuò)誤時(shí)在進(jìn)行下一個(gè)操作,雖然這樣浪費(fèi)了時(shí)間,但這樣在以后的電路中不至于出錯(cuò),實(shí)際上
19、是給我們省去了很大的麻煩。在接完脈沖模塊測(cè)試時(shí),在輸出端接的燈不能閃爍,經(jīng)過多次檢查發(fā)現(xiàn)是由于沒有把二極管的陰極接地,從而導(dǎo)致二極管就是不閃爍。以后再也不能犯這樣的錯(cuò)誤。</p><p> ?。?):在接計(jì)數(shù)模塊時(shí),因本模塊所用器件較多且布線復(fù)雜,故合理布局和認(rèn)真細(xì)心接線最重要,否則錯(cuò)誤檢測(cè)很困難;剛開始因布局不合理,導(dǎo)致布線存在問題故將原來拆除重新布局.</p><p> ?。?):搶答
20、顯示模塊主要是能鎖存住最先搶答者的序號(hào),且此時(shí)后來?yè)尨鹫邠尨馃o效,此模塊元器件亦很多,故合理布線和細(xì)心接線顯得非常重要;在調(diào)試時(shí),剛開始電路存在鎖不住的問題,后經(jīng)老師的指導(dǎo)和查閱相關(guān)資料在接和課本的相關(guān)知識(shí),得知兩個(gè)門電路的輸出不能直接連在一起,這樣會(huì)出現(xiàn)電路不穩(wěn)定等問題,后用一二輸入或門將其克服,電路實(shí)現(xiàn)鎖存功能并能顯示最先搶答者序號(hào);</p><p> ?。?):電路接好,紅綠燈不亮,極有可能正負(fù)極接反,&l
21、t;/p><p> 每個(gè)模塊接好并調(diào)試好后將其整體接好并調(diào)試,此時(shí)又存在各個(gè)模塊不能協(xié)調(diào)工作的問題,后經(jīng)反復(fù)檢查和調(diào)試,發(fā)現(xiàn)接線不牢和線接錯(cuò)等問題,經(jīng)改后實(shí)現(xiàn)提前搶答顯示序號(hào)且紅燈亮和正常搶答鎖存先是最先搶答者序號(hào)和綠燈亮兩項(xiàng)功能;</p><p> ?。?):我們?cè)诔瑫r(shí)時(shí),題目要求當(dāng)主持人開關(guān)按下時(shí),倒計(jì)時(shí)10秒內(nèi)沒有人搶答,然后時(shí)間停止,紅燈、綠燈沒有同事亮,經(jīng)過查閱資料,列出真值表畫出
22、卡諾圖,等到表達(dá)式,然后連接出電路。</p><p><b> 八、設(shè)計(jì)分析總結(jié):</b></p><p> 這次實(shí)習(xí)我所做的題目是四路搶答器,故要分四大模塊來進(jìn)行設(shè)計(jì):計(jì)數(shù)模塊、鎖存模塊、和脈沖供給模塊、選手編號(hào)顯示模塊;每個(gè)模塊之間都相互聯(lián)系,相互控制協(xié)調(diào)工作才能完成所有功能,總體來說本課題不是很難,主要在于鎖存電路的設(shè)計(jì)和連線的問題,還有紅燈和綠燈連接的問題
23、,通過這次實(shí)習(xí),我們了解了各個(gè)芯片之間的聯(lián)系,和他們的功能,以前只是在課本上學(xué)習(xí)理論知識(shí),根本沒有機(jī)會(huì)在實(shí)際生活中運(yùn)用,通過這次實(shí)習(xí)給我們提供了這次機(jī)會(huì)把課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)在實(shí)際中運(yùn)用起來,使我們更好的了解了各個(gè)芯片的工作方式和功能要求,和他們的工作環(huán)境。通過這兩周的實(shí)習(xí),使我對(duì)電路的基本知識(shí)更加熟悉并掌握,使我對(duì)實(shí)際中的存在問題有了更好得克服與掌握,并培養(yǎng)了獨(dú)立分析問題和解決問題的能力,對(duì)各個(gè)元器件也有了更深入的了解。通過對(duì)電路的檢
24、查與調(diào)試,使我學(xué)到了好多檢查電路的方法,并增強(qiáng)了我的動(dòng)手能力和解決問題的能力,使我對(duì)電路有了更深的認(rèn)識(shí)與了解,并學(xué)到了電路設(shè)計(jì)的步驟和方法。雖然在實(shí)驗(yàn)過程中遇到了不少問題與困難,但最終通過老師和同學(xué)的幫助還是解決了這些問題。一切理論都要有實(shí)踐去支持。</p><p><b> 九、參考文獻(xiàn):</b></p><p> 王毓銀主編《數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)》(第三版)高等教
25、育出版社</p><p> 鬲淑芳主編《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 陜西師范大學(xué)出版社</p><p> 陳大欽主編《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》(第二版)高等教育出版社</p><p> 十.課程設(shè)計(jì)儀器及材料:</p><p> 1.設(shè)計(jì)所需的元件有:1.設(shè)計(jì)所需的元件有:</p><p> 555------------
26、--------------------------------------------------1個(gè)</p><p> 74LS20 (二—四輸入與非門)------------------------------1個(gè);</p><p> 74LS00 (四一二輸入與非門) -----------------------------2個(gè);</p><p>
27、 74LS04 (六一非門) ------------------------------------1個(gè);</p><p> 74LS32 (四—二或門)------------------------------------1個(gè);</p><p> 74LS08 (四一二輸入與門) ------------------------------1個(gè);</p><
28、;p> 74LS48 (BCD七段譯碼器) ------------------------------2個(gè);</p><p> 74LS161(四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器)---------------------------1個(gè);</p><p> 發(fā)光二極管 -------------------------------------------2個(gè);</p&g
29、t;<p> 共陽(yáng)極數(shù)碼管 -------------------------------------------2個(gè);</p><p> 電阻 : 150kΩ -------------------------------------------------------------1個(gè);</p><p> 4.7kΩ -------------------
30、----------------------1個(gè);</p><p> 100Ω ------------------------------------------6個(gè);</p><p> 電容 : 4.7μf ------------------------------------------1個(gè);</p><p> 0.01μf ---------
31、--------------------------------1個(gè);</p><p> 導(dǎo)線若干;彩燈三個(gè);</p><p><b> 面包板一個(gè);</b></p><p><b> 2.工具:</b></p><p><b> 鑷子,鉗子各一個(gè);</b></p
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