4路搶答器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告</p><p>　　設(shè)計(jì)課題:數(shù)字搶答器</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p><b&

2、gt;　　方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　主要元器件原理</b></p><p><b>　　單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　PCB設(shè)計(jì)制作</b></p><p>&

3、lt;b>　　實(shí)物制作</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)論與心得體會</b></p><p><b>　　4路數(shù)字搶答器</b></p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　1.掌握4路數(shù)字搶答器電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。

4、</p><p>　　2.熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)和使用方法。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一臺可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器。 用數(shù)字顯示搶答倒計(jì)時間，由“9”倒計(jì)到“0”時，無人搶答，蜂鳴器

5、連續(xù)響1秒。選手搶答時，數(shù)碼顯示選手組號，同時蜂鳴器響1秒，倒計(jì)時停止。</p><p><b>　　2、設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　(1)4名選手編號為：1，2，3，4。各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應(yīng)，也分別為1，2，3，4。</p><p>　　(2)給主持人設(shè)置一個控制按鈕，用來控制系統(tǒng)清零（搶答顯示數(shù)碼管滅燈）和

6、搶答的開始。</p><p>　　(3)搶答器具有數(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，該選手編號立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號，同時揚(yáng)聲器給出音響提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。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>　　(4)搶答器具有定時（9秒）搶答的功能。當(dāng)主持人按下開始按鈕后，定時器開始倒計(jì)時，定時顯示器顯示倒計(jì)時間，若無

7、人搶答，倒計(jì)時結(jié)束時，揚(yáng)聲器響，音響持續(xù)1秒。參賽選手在設(shè)定時間（9秒）內(nèi)搶答有效，搶答成功，揚(yáng)聲器響，音響持續(xù)1秒，同時定時器停止倒計(jì)時，搶答顯示器上顯示選手的編號，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　　(5)如果搶答定時已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚(yáng)聲器報(bào)警（音響持續(xù)1秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0。</p>

8、<p>　　(6)可用石英晶體振蕩器或者555定時器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號，作為定時計(jì)數(shù)器的CP信號。</p><p><b>　　三、方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　搶答器具有鎖存、定時、顯示和報(bào)警功能。即當(dāng)搶答開始后，選手搶答按動按鈕，鎖存器鎖存

9、相應(yīng)的選手編碼，同時用LED數(shù)碼管把選手的編碼顯示出來，并且開始搶答時間的倒計(jì)時，同時用LED數(shù)碼管把選手的所剩搶答時間顯示出來。而在選手按鍵搶答以及搶答時間倒計(jì)時到時的時候都有報(bào)警以提醒主持人和選手。搶答時間設(shè)定9秒，報(bào)警響聲持續(xù)1秒。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“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計(jì)時，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶

10、答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚(yáng)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”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。</p><p><b>　　2、系統(tǒng)框圖 </b></p><p>　　當(dāng)主持人宣布開始，定時電路開始秒脈沖電路的作用而進(jìn)行倒記時，并通過譯碼器在顯示器中顯示。報(bào)警電路給出聲音提示。當(dāng)

11、選手首先按某一開關(guān)鍵時，可通過觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)并鎖存，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電平信息，同時為防止其它開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂，最先產(chǎn)生的輸出電平變化又反過來將觸發(fā)電路鎖定。然后在譯碼器中譯碼，將觸發(fā)器輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)。最后在顯示電路中顯示出所按鍵選手的號碼。若有多個開關(guān)同時按下時，則在它們之間存在著隨機(jī)競爭的問題，結(jié)果可能是它們中的任一個產(chǎn)生有效輸出。如圖1.</p><p><b>

12、;　　圖1系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　3、方案比較</b></p><p>　　方案1：采用CD4511芯片作為搶答信號的觸發(fā)、鎖存和譯碼輸出。這樣雖然比較簡便，但實(shí)際在實(shí)現(xiàn)鎖存功能時比較繁瑣難實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　方案2：采用D觸發(fā)器和譯碼器來完成搶答部分。雖然元件較多，但在實(shí)現(xiàn)鎖存功能時可以簡單的實(shí)現(xiàn)。&

13、lt;/p><p>　　經(jīng)過對比兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用搶答信號鎖存簡單實(shí)現(xiàn)的方案2。然后利用軟件Multisim來進(jìn)行仿真調(diào)試，再進(jìn)行逐步改進(jìn)。</p><p><b>　　四、主要元器件原理</b></p><p><b>　　1.74LS175</b></p><p>　　74LS175為上升沿4

14、D觸發(fā)器</p><p>　　其引腳圖及功能表分別如下所示：</p><p>　　工作原理：1腳為0時，所有Q輸出為0，Q非輸出為1；9腳位時鐘輸入端，9腳上升沿將相應(yīng)的觸發(fā)器D的電平，鎖存入D觸發(fā)器。</p><p><b>　　2、74LS48</b></p><p>　　74LS48為BCD七段數(shù)碼管顯示譯碼器&l

15、t;/p><p>　　其引腳圖及功能表分別如下所示：</p><p><b>　　3、74LS192</b></p><p>　　74LS192為一雙時鐘四位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器</p><p>　　其引腳圖及功能表分別如下所示：</p><p>　　4.NE555定時器</p><p

16、>　　NE555定時器的應(yīng)用非常廣，再次應(yīng)用于構(gòu)成多諧振蕩器，為電路提供持續(xù)穩(wěn)定的矩形脈沖。</p><p><b>　　五、單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　?。?）搶答電路 </b></p><p>　　電路如圖2所示。該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖定74LS175的功能真值表即

17、優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示選手編號；二是要使其他選手隨后的按鍵操作無效。</p><p><b>　　圖2 搶答電路</b></p><p>　　其工作原理為：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清除”時，D觸發(fā)器的清零端為低電平，使D觸發(fā)器被強(qiáng)制清零，輸入的搶答信號無效。當(dāng)主持人將開關(guān)撥到“開始”時，D觸發(fā)器Q非端前一狀態(tài)為高電平，四個Q非端與在一起為高電平，再和搶答

18、按鍵信號和借位信號與在一起給D觸發(fā)器的脈沖端，當(dāng)沒人搶答時，搶答信號為低電平，與門U11輸出端為低電平給D觸發(fā)器脈沖端，當(dāng)一有人搶答時，搶答信號為高電平，并和U2的輸出信號和借位信號與在一起，使得U11輸出端為高電平給D觸發(fā)器，于是D觸發(fā)器就有一個上升沿，使得搶答信號經(jīng)D觸發(fā)器觸發(fā)鎖存再經(jīng)過譯碼器74ls48譯碼，把相應(yīng)的信號顯示在數(shù)碼管上。另外，當(dāng)選手松開按鍵后，D觸發(fā)器的Q非前一狀態(tài)為低電平，與在一起后給與門U11,使得U11的輸出

19、端為低電平給D觸發(fā)器，則D觸發(fā)器的脈沖輸入端恢復(fù)原來狀態(tài)，從而使得其他選手按鍵的輸入信號不會被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)選手回答完畢，主持人控制開關(guān)S是搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 </p><p><b>　?。?）定時電路 </b></p><p>　　節(jié)目主持人通過按復(fù)位鍵來進(jìn)行搶答倒計(jì)時。如圖3。定時9秒，把74

20、LS192</p><p>　　對應(yīng)的9，10，1，15四個端子預(yù)置為“1001”。計(jì)數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路555提供。當(dāng)復(fù)位開關(guān)按下時，給74ls192一個低電平，從而開始倒計(jì)時，每來一個脈沖信號進(jìn)行減計(jì)數(shù)一次。當(dāng)有選手搶答或借位信號時，就使得74ls192的輸入脈沖變成低電平，從而實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時的停止。再按復(fù)位鍵時，再一次倒計(jì)時。</p><p>　　圖3 定時電路</p&

21、gt;<p>　　六、總原理圖、仿真結(jié)果與元器件清單</p><p><b>　　圖4 總原理圖</b></p><p>　　圖5 仿真結(jié)果</p><p><b>　　元器件清單</b></p><p><b>　　七、PCB設(shè)計(jì)制作</b></p

22、><p>　　具體步驟：1、設(shè)置工作環(huán)境</p><p><b>　　2、導(dǎo)入網(wǎng)絡(luò)表</b></p><p><b>　　3、布局元器件</b></p><p><b>　　4、布線</b></p><p><b>　　5、補(bǔ)淚滴</b>

23、;</p><p><b>　　6、敷銅</b></p><p><b>　　7、DRC檢查</b></p><p>　　注：網(wǎng)絡(luò)表在設(shè)計(jì)好原理圖之后已生成</p><p>　　圖6 剛生成的PCB文件</p><p>　　圖7 （a）、（b） 布線后的PCB</p

24、><p>　　圖8 敷銅后的PCB</p><p><b>　　八、實(shí)物制作</b></p><p>　　由于時間有點(diǎn)緊，，再加上我的焊接技術(shù)確實(shí)不敢恭維，所以沒有成功，但最起碼我努力過了，最后結(jié)果是這般慘不忍睹，我也無能為力了</p><p>　　九 、設(shè)計(jì)結(jié)論與心得體會</p><p><

25、b>　　設(shè)計(jì)結(jié)論</b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)總的來說，收獲還是蠻大的。但因?yàn)楦鞣N原因，最后導(dǎo)致了我的失敗，總結(jié)如下：</p><p>　　也是最令我頭疼的問題:我的電腦是win8系統(tǒng)，能采用兼容模式運(yùn)行，但是庫文件不管是Sch還是Pcb都無法導(dǎo)入，更不要說別人的了。要導(dǎo)入的時候總是會出現(xiàn)什么無法識別的消息。最后的結(jié)果是，只能用默認(rèn)的庫，而又不全，從而加大了我

26、設(shè)計(jì)的難度。</p><p>　　源文件無法保存，也特讓我糾結(jié)。我采用了導(dǎo)出的方法，而最后得到的卻是一開始編輯成功的，而不是修改過后的。</p><p>　　基于以上二點(diǎn)，我只能在寫報(bào)告之前現(xiàn)做，或是沿用之前的截屏。其中，，PCB圖并沒有署上我的名字。</p><p>　　焊接技術(shù)實(shí)在自己都看不下去了。感覺電工實(shí)習(xí)我混過來的了。然后布線是沒想太多，最后搞得跟亂麻似的

27、。</p><p>　　最后就是時間的問題了。稍微寬裕一點(diǎn)，我想這次我的課程設(shè)計(jì)就未必會是這個結(jié)果了。</p><p>　　我沒有給自己的失敗找借口，我只是總結(jié)一下罷了。我不知道別人是否會像我一樣遇到此類種種的問題。或許，他們也遇到了，只是不說或者說不敢正視它的存在而已。另外，這個電路的設(shè)計(jì)原理的應(yīng)用是非常廣泛的，如八路甚至任意路搶答器，而且，其中還可以添加報(bào)警電路以及分頻電路。此電路也可

28、以用分立元件實(shí)現(xiàn)。</p><p><b>　　心得體會：</b></p><p>　　這一課程設(shè)計(jì)使我們將課堂上的理論知識有了進(jìn)步的了解，并增強(qiáng)了對數(shù)字電子技術(shù)這門課程的興趣。了解了更多電子元件的工作原理，如：74LS121、74LS48、74ls192等。但同時也暴露出我在知識上掌握不足等缺點(diǎn)。其次在此次設(shè)計(jì)過程中由于我們頻繁的使用一電子設(shè)計(jì)軟件如：protel等

29、，因此使我熟悉了軟件的使用，同時在電腦的電子設(shè)計(jì)和繪圖操作上有了進(jìn)一步提高。加上在設(shè)計(jì)過程中遇到了一些問題，使得我得查找相關(guān)資料，從而增長知識的同時增強(qiáng)解決問題和動手的能力，鍛煉我做事細(xì)心、用心、耐心的能耐。這一課程設(shè)計(jì)，使我向更高的精神和知識層次邁向一大步。所以在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會努力學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自己獨(dú)立思考的能力，積極參加多種設(shè)計(jì)活動，培養(yǎng)自己的綜合能力，從而使得自己成為一個有綜合能力的人才而更加適應(yīng)社會。</p>