數(shù)字電子線路課程設(shè)計(jì)---數(shù)字搶答器

1、<p><b>　　物理實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)</b></p><p>　　實(shí)驗(yàn)課程 數(shù)字電子線路課程設(shè)計(jì) </p><p>　　系 別：物理與電子信息科學(xué)系</p><p>　　2011 級(jí) 電工（信）1（2）班</p><p>　　姓名 學(xué)號(hào) </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(jì)要求</b></p><p><b>　　1、基本

3、部分</b></p><p>　?、旁O(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，可同時(shí)供8名選手或者8名代表參加比賽。</p><p>　　⑵給主持設(shè)置一個(gè)開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答器的開(kāi)始。</p><p>　?、菗尨鹌骶哂袛?shù)據(jù)鎖存和顯示的功能，搶答開(kāi)始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)。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(hào)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>　　⑴搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以有主持人設(shè)定，（如30S）。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間0.5S左右。</p><

5、;p>　　⑵參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示的選手的編號(hào)和搶答時(shí)刻的時(shí)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(jì)</b></p><p><b>　　1、搶答電路的設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)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(lái)完成。該電路主要完成兩個(gè)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(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無(wú)效。工作過(guò)程：開(kāi)關(guān)S置于"清除"端時(shí)，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端＝0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于"開(kāi)始"時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，

7、當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（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(biāo)志端＝１，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為CTR＝１，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端＝１，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，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(kāi)關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)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(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)&

9、lt;/p><p>　　該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)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(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)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(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)

10、鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒(méi)有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，輸出低電平到時(shí)序控制電路，同時(shí)以后選手搶答無(wú)效。</p><p>　　圖2 倒計(jì)時(shí)電路圖</p><p>　　倒計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)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€(gè)功能：</p><p>　?、?分辨出選手搶答的先后，同時(shí)譯碼顯示出選手的編號(hào)，并鎖定最先搶答的選手的編號(hào)。</p>&

13、lt;p>　?、诮蛊渌x手搶答。</p><p>　?、墼摬糠蛛娐饭ぷ髟?，以S7為例。</p><p>　　當(dāng)開(kāi)關(guān)SW—SPST閉合時(shí)，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(wú)顯示。</p><p>　　當(dāng)開(kāi)關(guān)SW—SPST閉合后斷開(kāi)，搶答器處于等待工作狀態(tài)。此時(shí)鎖存器的R端為1，

14、在沒(méi)有選手按下開(kāi)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(shí)對(duì)電容C1進(jìn)行充電。當(dāng)有選手按下開(kāi)關(guān)時(shí)，例如選手S7按下開(kāi)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(shí)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(hào)傳人譯碼器74LS247進(jìn)行編碼，此時(shí)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(shí)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(dá)到禁止選手搶答的目的。此時(shí)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(kāi)關(guān)SW-SPST閉

16、合再次清零，再斷開(kāi)進(jìn)入下一輪工作狀態(tài)。 （</p><p><b>　　2、倒計(jì)時(shí)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(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由555構(gòu)成的秒脈沖電路提供?？深A(yù)置時(shí)間的電路選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，同時(shí)74LS247譯碼顯示出來(lái)。該部分的電路如圖5所

17、示。</p><p>　　圖5 倒計(jì)時(shí)電路圖</p><p><b>　　三、系統(tǒng)測(cè)試</b></p><p><b>　　1、測(cè)試儀器</b></p><p><b>　　表3：測(cè)試儀器</b></p><p><b>　　2、測(cè)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(jìn)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　（其中VCC＝　4.97 V，　　單位：V）</p>

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

22、S247的功能表見(jiàn)表15：</p><p>　　表15：74LS247的功能表</p><p>　?、频褂?jì)時(shí)電路時(shí)序電路時(shí)序圖，其中必須包括NE555的Q端，個(gè)位74LS192的QA、QB、QC、QD、，十位74LS192的QSA、QSB、QSC、QSD、S。</p><p>　　圖6 倒計(jì)時(shí)電路時(shí)序圖</p><p><b>　

23、　四、結(jié)論</b></p><p>　　通過(guò)數(shù)字搶答的方案的設(shè)計(jì)、電路板的焊接、元件各引腳之間的連線、分模塊對(duì)電路板進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試過(guò)程，比較完善地完成了數(shù)字搶答器。</p><p>　　從總體上來(lái)說(shuō)，該設(shè)計(jì)讓自己在書(shū)上學(xué)習(xí)到的東西應(yīng)用到實(shí)踐中來(lái)；鍛煉了焊接技術(shù)，提高了自己的動(dòng)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(cè)方面的知識(shí)，為自己分

24、析電路、改進(jìn)電路打下了基礎(chǔ)。在制作的同時(shí)也復(fù)習(xí)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(wèn)題、解決問(wèn)題的方法。</p><p>　　五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)及心得體會(huì)</p><p>　　1、整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程所做的工作</p><p>　?、?將數(shù)電設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)——搶答器的搶答部分的電路圖重畫(huà)了一遍，對(duì)元件進(jìn)行了位置調(diào)整。</p&

25、gt;<p>　?、茖?duì)元件進(jìn)行了測(cè)試，包括數(shù)碼管各引腳所對(duì)應(yīng)的數(shù)碼顯示部分，以及開(kāi)關(guān)各引腳在開(kāi)關(guān)中所起的作用。</p><p><b>　?、呛附恿藫尨鸩糠帧?lt;/b></p><p>　?、葘?duì)所焊的搶答部分進(jìn)行了測(cè)試。</p><p>　　⑸焊接了搶答器的時(shí)序部分。</p><p>　?、史治隽艘幌聲r(shí)序部分

26、的原理。</p><p>　?、私鉀Q怎樣把“0”變成“8”</p><p>　　⑻對(duì)電路進(jìn)行了測(cè)試，使電路穩(wěn)定性提高了；測(cè)試了搶答部分的芯片的一部分引腳的工作電壓值，并把測(cè)量值填入了自己所畫(huà)的表格中。</p><p>　?、陀檬静ㄆ饔^察時(shí)序電路部分工作時(shí)電壓的變化；把測(cè)試好所有數(shù)據(jù)的電路板交給老師檢查；完成好實(shí)驗(yàn)報(bào)告。</p><p>　　2

27、、通過(guò)設(shè)計(jì)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?wèn)題：電路板未使用時(shí)可用書(shū)夾住或者用紙包住，已經(jīng)使用可以用一個(gè)小塑料袋密封保存。</p><p>　　⑶接線問(wèn)題：電源線應(yīng)盡量留長(zhǎng)一點(diǎn)，負(fù)電源線應(yīng)做出標(biāo)記（可以繞一個(gè)圈），以便于分辨。</p><p>　?、刃?/p>

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(shí)應(yīng)防止短路。焊接時(shí)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(shí)產(chǎn)生毛刺。</p><p>　?、僧?huà)電路圖時(shí)要盡量規(guī)范化，合理化，要注意結(jié)點(diǎn)。</p><p>　?、试季郑孩傩酒偷鬃娜笨谝恢孪蜃蠡蛳蛏希?lt;/p><p>　?、跀?shù)碼管的底座要裝在頂上，一個(gè)數(shù)碼管對(duì)應(yīng)一個(gè)插孔；</p>&

29、lt;p>　?、圩⒁怆娮璐笮。灰獢[放錯(cuò)誤，電容的正負(fù)端別弄錯(cuò)。</p><p>　?、藬?shù)碼管的測(cè)試：中間兩根長(zhǎng)引腳為共陰端或共陽(yáng)端。本實(shí)驗(yàn)為共陽(yáng)極。</p><p>　　圖7 共陽(yáng)極數(shù)碼管</p><p>　?、虒?duì)芯片的功能有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。</p><p>　?、屯瓿闪藫尨鹌鞯淖詣?dòng)消隱功能。</p><p>

30、;　?、蛯W(xué)到了一些簡(jiǎn)單的電路檢測(cè)方法。</p><p><b>　?、瓮瓿蓪?shí)驗(yàn)報(bào)告。</b></p><p>　　3、設(shè)計(jì)過(guò)程中存在的問(wèn)題及解決的方法</p><p>　　⑴芯片底座缺口的方向弄錯(cuò)了一個(gè)，缺口應(yīng)朝左或者朝上。</p><p>　?、撇患?xì)心，漏掉幾根線未連接。</p><p>　?、?/p>

31、由于電路圖中數(shù)碼管先未畫(huà)，后來(lái)接線時(shí)忘記接51Ω的限流電阻。</p><p>　?、葴y(cè)試時(shí)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>　?、蓻](méi)有注意芯片的引腳的個(gè)數(shù)，74LS00是14個(gè)腳，自己焊了一個(gè)16個(gè)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(kāi)關(guān)S8同時(shí)

32、接到一個(gè)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?dòng)消隱功能實(shí)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(gè)與非門的兩個(gè)輸入腳，實(shí)現(xiàn)74LS184的15腳與74LS192的BO2腳相與，再將輸出腳接到三個(gè)74LS247的消隱端（4腳），實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消隱。

33、</p><p>　　4、通過(guò)本次設(shè)計(jì)，回答下面三個(gè)問(wèn)題</p><p><b>　　⑴我想做什么？</b></p><p>　　①把該搶答器做好,并弄懂原理。</p><p>　　②對(duì)電路進(jìn)行改進(jìn)，做一個(gè)更好的。</p><p>　　③通過(guò)學(xué)習(xí)這門課知識(shí)，做一些自己感興趣的東西。例如數(shù)字時(shí)鐘之類

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

35、</p><p><b>　?、俏易隽耸裁矗?</b></p><p>　?、?gòu)?fù)習(xí)了一下數(shù)電知識(shí)。</p><p>　　②分析了一下該搶答器的原理。</p><p>　　③學(xué)習(xí)了PROTEL畫(huà)圖軟件。</p><p>　?、芡瓿闪嗽摀尨鹌鞯闹谱?。</p><p>　　⑤提高