8路抢答器.docx
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8路抢答器
机械与电气工程学院
《数字电子技术》
课程设计报告
姓名:
蒋世良
学号:
1121090211
班级:
11电自2班
指导教师:
严金龙李向阳
目录
目录i
图索引ii
表索引iii
8路智力抢答器1
1设计任务与要求1
1.1.基本功能1
1.2.拓展功能1
2设计原理1
3设计分析2
3.1抢答电路2
3.2时序控制电路3
3.3定时电路4
4设计体会5
4.1设计前期所遇到的问题5
4.2焊接中的问题6
4.3调试中出现的问题及解决方法6
4.4心得体会7
5参考文献:
9
附录一10
附录二11
图索引
图1定时器总体框图2
图2抢答器电路3
图3抢答定时电路的时序控制电路4
图4可预置时间的定时电路5
图5仿真抢答电路图5
图6仿真电路6
图7实验成果图7
图8实际图8
图974ls0011
图1074ls19211
表索引
表1元件清单表8
8路智力抢答器
1设计任务与要求
1.1.基本功能
(1)设计一个智力竞赛抢答器,可同时供8名选手或8个代表队参加比赛,其编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7,各用一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号相对应,分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。
(2)给节目主持人设置一个控制开关,用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。
(3)抢答器具有数据锁存和显示功能。
抢答开始,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存,并在LED数码管上显示选手的编号,同时扬声器发出音响提示此外.要封锁输人电路,禁止其他选手抢答,并将优先抢答选手的编号—直保持到主持人将系统清零为止。
1.2.拓展功能
(1)抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间长度可以由主持人设定(如30s)。
当节目主持人启动“开始”键后,要求定时器立即减计时,并用显示器显示,同时扬声器发出短暂的音响,音响持续时间为0.5s左右。
(2)参赛选手在设定的时间内抢答,抢答有效;有效抢答结束定时器停止工作.显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间,并保持到主持人将系统清零为止。
(3)如果定时抢答的时间已到,却没有选手抢答,本次抢答无效,系统短暂报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后做无效抢答,时间显示器上显示00。
2设计原理
定时抢答器的总体框图如图1所示,它由主体电路和扩展电路两部分组成。
主体电路完成基本的抢答功能,即开始抢答后,当选手按动抢答键时,能显示选手的编号,同时能封锁输入电路,禁止其他选手抢答;扩展电路完成定时抢答的功能。
图1定时器总体框图
图1所示的定时抢答器的工作过程是:
接通电源时,节目主持人将开关置于“清除”位置,抢答器处于禁止工作状态,编号显示器灭灯,定时显示器显示设定的时间;当节目主持人宣布抢答题目后,说一声“抢答开始”,同时将控制开关拨到“开始”位置,扬声器发出音响提示,抢答器处于工作状态,定时器倒计时开始。
当定时时间到,却没有选手抢答时,系统报警,并封锁输入电路,禁止选手在超时后抢答。
当选手在定时时间内按动抢答键时,抢答器要完成以下四项工作:
(1)优先编码电路立即分辨出抢答者的编号,并由锁存器进行锁存,然后由译码电路显示编号;扬声器发出短暂音响,提醒节目主持人注意。
(2)控制电路要对输人编码电路进行封锁,避免其他选手再次进行抢答。
(3)控制电路要使定时器停止工作,时间显示器上显示剩余抢答时间.并保持到主持人将系统清零为止。
当选手将问题回答完毕,主持人操作控制开关.使系统回复到禁止工作状态,以便进行下—轮抢答。
3设计分析
3.1抢答电路
抢答电路的功能有两个:
—是能分辨选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,供译码显示电路用;二是要使其他选手的按键操作无效。
选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能,其电路组成如图2所示。
图2抢答器电路
其工作原理是:
当主持人的控制开关处于“清除”位置时,RS触发器的
端为低电平,输出端(4Q~1Q)全部为低电平,于是74LS48的
=0,显示器灭灯;74LS48的选通输入端
=0,74LS48处于工作状态,此时锁存电路不工作。
当主持人将开关拨到“开始”位置时,优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态,即抢答器处于等待工作状态,等待输入端
、···、
输人信号。
当有选手将键按下时(如按下S5,74LS148的输出
=000,
=0,经RS锁存器后,CTR=1,B=1,74LS279处于工作状态;4Q3Q2Q=101,经74LS48译码,显示器显示“5”。
此外,CTR=1,使74LS148的
端为高电平.74LSl48处于禁止工作状态,封锁了其他按键的输人。
当选手按下的键松开后,74LS148的
为高电平;但由于CTR维持高电平不变,所以,74LS148仍处于禁止工作状态,其他按键的输入信号不会被接收。
这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。
当优先抢答者回答完问题后,由主持人操作控制开关S,使抢答电路复位,以便进行下一轮抢答。
3.2时序控制电路
时序控制电路是抢答器设计的关键。
它要完成以下三项功能:
(1)主持人将控制开关拨到“开始”位置时,扬声器发声,抢答电路和定时电路进人正常工作状态。
(2)当参赛选手按动抢答键时,抢答电路和定时电路停止工作。
(3)当设定的抢答时间到,无人抢答时,抢答电路和定时电路停止工作。
根据上面的功能要求以及图a,设计的时序控制电路如图3所示。
图3抢答定时电路的时序控制电路
图中,门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止,门G2的作用是控制74LS148的输人使能端
。
图2-15(a)的工作原理是:
主持人将控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时.来自于图2-12中的74LS279的输出CTR=0,经G3反相,A=l,则从555输出瑞来的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输人端,定时电路进行递减计时;同时,在定时时间未到时,来自图2-13中74LS192的借位输出端
=1,门G2的输出
=0,使74LS148处于正常工作状态,从而实现功能
(1)的要求。
当选手在定时时间内按动抢答键时,CTR=1,经G3反相,A=0,封锁CP信号,定时器处于保持工作状态;同时,门G2的输出
=1,74LS148处于禁止工作状态,从而实现功能
(2)的要求。
当定时时间到时,来自74LS192的
=0,
=1,74LS148处于禁止工作状态,禁止选手进行抢答。
同时,门G1处于关门状态,封锁CP信号,使定时电路保持00状态不变,从而实现功能(3)的要求。
3.3定时电路
节目主持人根据抢答题的难易程度,设定一次抢答的时间长度,通过预置时间电路对计数器进行预置。
现选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计,计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供,具体电路如图4所示。
电路工作原理请同学们根据数字电路课程所学内容自行分析。
图4可预置时间的定时电路
4设计体会
4.1设计前期所遇到的问题
在前期multisim仿真时,遇到了很多问题,首先是对集成短路不熟悉,一些脚的用法和功能都不清楚,通过在书本上和网上的查找,还有就是与老师的沟通,了解了一些元件的用法,特别是自己当时在连接数码管的时候,自己没弄清楚数码管的共阴极和共阳极这特点,自己在其中吃了些苦头,仿真始终都无法显示。
最终在老师的指点下,终于明白了。
其次就是通过555集成电路产生单位脉冲信号时,由于仿真对电脑的要求很高,通过理论算出来的数据在仿真上更本无法实施,所产生的单位脉冲信号会间隔很长时间才跳动一次,这也使得仿真延缓了进程。
但是功夫不怕有心人,这些都在自己不断的努力下克服了。
图5和图6就是此次仿真的电路图
图5仿真抢答电路图
图6仿真电路
焊接中的问题
通过实验原理图进行实物焊接,焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性:
各个芯片的引脚功能不能混淆,必须了解各个芯片的使用方法,内部结构以及使用时的注意事项,该接电源的一定要接电源,该接地的一定要接地,且不能有悬空。
同时在电路板上要预先确定电源的正负端,便于区分及焊接。
正确焊接各芯片个管脚连接必须查阅各种资料并记录,以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏,同时确保整个电路的正确性。
在焊接完后每块芯片都用万用表检测,看是否有短接等,还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了,这样才有利于在调试过程中检查电路。
调试中出现的问题及解决方法
(1)显示电路不稳定问题
在完成电路的焊接进入调试阶段时发现抢答器数码管显示选手编号不稳定。
主要表现在单选手按下抢答键后数码管显示的不是选手当前号码。
因此着手对电路进食检查,首先检查数码管看是否是关节焊接错误,后又检查电路各个芯片管脚接错均未发现问题,最后发现当触动某按键连线时显示正常由此判断可能是因为出现了虚焊,遂将电路各焊点又仔细焊接了一遍,此时电路显示正常。
(2)控制开关无法控制电路
在调试是发现当按下主持人开关时电路断电,当松开后数码管显示始终为7,经过一个多小时对电路用万用表逐个检查,发现是开关触焊接错误,通过改正焊接后电路能正常工作。
(3)数码管不能正常倒计时
在进入定时电路调试时,发现数码管不能正常倒计时,出现乱码。
对这问题我们检查了芯片是否完好,电路界限是否正确均未发现问题,后发现是由于在焊接时焊线有些地方出现部分短接,于是就将焊线重新理清,数码管也能正常工作了。
4.2心得体会
通过本次课程设计,把我们在课堂上学到的数字电路知识运用到实际当中。
让我们了解更多数电中有趣的事。
如各种常见芯片的功能,各种组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计,在此次设计中,当然也遇到了许多问题,当时上课并没有认真听课的弊端就完全暴露出来了,很多芯片不知道其工作原理,得自己一个一个在网上去找,了解他们的各个端的功能,而且自己这是第一次设计一个很实际的硬件的器件。
在进行一个综合性的硬件设计时,要全面考虑问题,如想用其他信号来控制一个信号,就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号,必须是最重要相关的信号,然后用真值表来解决他们的关系,通过门电路来实现。
这一个星期的课程设计,让我真正理解了书本上知识,也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用,理论联系实际。
通过此次设计,我对理论知识的学习有了很大的兴趣,现在我可以主动的去 学习,我明白自己该学习那个方面,重点是什么。
我也掌握的了在理论中遇到问题,应该怎样去解决,在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。
虽然最后我没调试出我们想要的结果,但是经过这次课程设计让我们更巩固了我们的专业知识和焊接技能。
在这次设计过程中还了解到在设计的时候不仅是设计好,更重要的是想方设法在功能实现的同时降低成本。
图7实验成果图
图8实际图
5参考文献:
1. 康华光 编<<电子技术基础 数字部分>>,北京 高等教育出版社,2000年6月版.
2. 李海 编<<74系列芯片手册>> ,重庆 重庆大学出版社 1999年9月版.
3. 欧阳星明 编<<数字逻辑>>,武汉 华中科技大学出版社,2002年5月版
4. 肖景和 编《CMOS数字电路应用300例》,北京,中国电力出版社,2005年1月版
5. 《电子技术基础.数字部分(第四版)》,高等教育出版社2003年3月 主编:
康
华光
6. 《74系列芯片手册》,重庆大学出版社 1999年9月 主编:
李海 7. 《全国大学生电子设计竞赛培训系列教程》,电子工业出版社
附录一
元件清单
表1元件清单表
编号
类型
数量
1
74LS148(8线-3线优先编码器)
1
2
74LS48(4线-7线译码器)
3
3
74LS00(2线与非门)
1
4
74LS11(3线与门)
1
5
74LS279(SR锁存器)
2
6
74LS192(十进制可逆计数器)
2
7
NE555
1
8
电阻(10KΩ)
9
9
电阻(68KΩ)
1
10
电阻(15KΩ)
1
11
电阻(500Ω)
1
12
电容(0.01uf)
1
13
电容(10uf)
1
14
七段数码管(共阴极)
3
15
发光二级管
1
16
拨码开关(8开关)
1
17
单刀双掷开关
1
附录二
各种元件的引脚和内部结构
图974ls00
图1074ls192
- 配套讲稿:
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- 关 键 词:
- 抢答