8路搶答器課程設(shè)計 (2)

1、<p>　　《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計</p><p>　　題 目 </p><p>　　學(xué)生姓名 </p><p>　　專業(yè)班級 </p><p>　　學(xué) 號 </p><p

2、>　　院 （系） </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　完成時間 2013年4月26日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 課程設(shè)計的目的1</p><p>　　2 課程設(shè)

3、計的任務(wù)與要求1</p><p>　　3 設(shè)計方案與論證2</p><p>　　3.1 方案的選擇2</p><p>　　3.1.1 方案一2</p><p>　　3.1.2 方案二2</p><p>　　3.2 方案論證3</p><p>　　4 設(shè)計原理及功能說明3&l

4、t;/p><p>　　5 單元電路的設(shè)計4</p><p>　　5.1 搶答器電路4</p><p>　　5.2 譯碼顯示電路7</p><p>　　5.3 減計時顯示電路8</p><p>　　5.4 脈沖信號產(chǎn)生電路10</p><p>　　6 硬件的制作與調(diào)試12<

5、;/p><p>　　6.1 電路焊接12</p><p>　　6.2 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法12</p><p><b>　　7 總結(jié)13</b></p><p><b>　　參考文獻14</b></p><p>　　附錄1: 總體電路原理圖15</p&

6、gt;<p>　　附錄2：元器件清單16</p><p>　　1 課程設(shè)計的目的</p><p>　　通過八路搶答器的設(shè)計實驗，回顧所學(xué)數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實驗，掌握組合電路、時序電路和常用集成電路的綜合使用及設(shè)計方法，熟悉掌握優(yōu)先編碼器、單脈沖觸發(fā)器、計數(shù)器、555電路及譯碼∕驅(qū)動電路的應(yīng)用方法。熟悉multisim仿真軟件的使用，掌握用multisim軟件進行

7、時序邏輯電路的設(shè)計與測試方法。達到數(shù)字實驗課程大綱所要求掌握的基本內(nèi)容。。</p><p>　　通過本次課程設(shè)計要實現(xiàn)以下兩個目標(biāo)：一、初步掌握數(shù)字電子線路的設(shè)計、組裝及調(diào)試方法。即學(xué)會根據(jù)設(shè)計要求，查閱文獻資料，收集、分析類似電路的性能，并通過組裝調(diào)試等實踐活動，使電路達到性能要求；二、課程設(shè)計為后續(xù)的畢業(yè)設(shè)計打好基礎(chǔ)。畢業(yè)設(shè)計是系統(tǒng)的工程設(shè)計實踐，而課程設(shè)計的著眼點是讓學(xué)生開始從理論學(xué)習(xí)的軌道上逐漸引向?qū)嶋H方

8、面，運用已學(xué)過的分析和設(shè)計電路的理論知識，逐步掌握工程設(shè)計的步驟和方法，同時，課程設(shè)計報告的書寫，為今后從事技術(shù)工作撰寫科技報告和技術(shù)資料打下基礎(chǔ)。</p><p>　　2 課程設(shè)計的任務(wù)與要求</p><p>　　1. 搶答器最多可供8名選手參賽，每個選手用一個按鍵控制，并設(shè)置一個系統(tǒng)清零和搶答控制開關(guān)S；</p><p>　　2. 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能，并將

9、鎖存數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來；</p><p>　　3. 開關(guān)S作為清零及搶答器控制開關(guān)，當(dāng)開關(guān)S被按下時搶答電路清零，松開后則允許搶答；</p><p>　　4. 有搶答信號輸入時，并顯示出相應(yīng)的號碼，此時再按其他任何一個搶答器按鍵均無效。</p><p>　　3 設(shè)計方案與論證</p><p>　　3.1 方案的選擇</p&g

10、t;<p><b>　　3.1.1 方案一</b></p><p>　　原理：在選手搶答前，“清除/起始”開關(guān)S使基本RS觸發(fā)器輸出端Q為0，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器禁止；當(dāng)主持人按下“清除/起始”開關(guān)S時，基本RS觸發(fā)器輸出端Q為1，與優(yōu)先擴展輸出端Yes共同作用，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器選通輸入端GT為0，允許編碼，等待數(shù)據(jù)輸入。此時優(yōu)先按動序號的組號立即通過編碼器按B

11、CD421碼輸出，經(jīng)RS鎖存器74LS279將該數(shù)碼鎖存到LED顯示器上。與此同時，Yes（引腳為14）由1翻轉(zhuǎn)為0，與非門G1輸出為1，選通輸入端ST為1，編碼器被禁止。</p><p>　　圖3.1 方案一原理圖</p><p><b>　　3.1.2 方案二</b></p><p>　　該方案即為本次課程設(shè)計所采用的方案，它采用了74L

12、S148來實現(xiàn)搶答器的選號，采用了74LS279芯片實現(xiàn)對號碼的鎖存，采用了74LS48實現(xiàn)譯碼顯示電路，采用了74LS192實現(xiàn)可逆十進制計數(shù)的減法計數(shù)，采用555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號來共同實現(xiàn)倒計時功能。</p><p><b>　　3.2 方案論證</b></p><p>　　在方案一中，主要多了一個基本RS觸發(fā)器，以及相對的74LS148引腳與74LS279之

13、間連線的相應(yīng)改變，這又涉及到之后的提高方案中的連線的改變。它有自身的優(yōu)點，即基本RS觸發(fā)器又相當(dāng)一鎖存器（74LS279），它可以對主持人的指令進行進一步的鎖存，這樣就可以增強它的抗干擾能力，但其線路過于復(fù)雜，另外此次實驗所用的電路板對電路設(shè)計的大小要求很高，而且在布局和焊接上要越精練越好，所以它不是首選方案。而由于方案二已能滿足基本設(shè)計和提高設(shè)計的要求，而且它的原理更簡單易懂，直觀明了，元件更少，連線更方便，焊接更可靠，且比較容易實現(xiàn)

14、，所以最終選用了方案二。</p><p>　　4 設(shè)計原理及功能說明</p><p>　　圖4.1 八路搶答器工作框圖</p><p>　　如圖4.1所示電路包括主體電路和擴展電路兩部分。其中主體電路完成基本的搶答功能，即主持人按下控制開關(guān)后，當(dāng)選手按動搶答鍵時，數(shù)碼管顯示選手編號，同時封鎖輸入電路，其他選手搶答無效。擴展電路完成定時搶答的功能以及報警功能。圖4.

15、1所示電路的工作過程是：接通電源后，主持人將控制開關(guān)置于“清除”處，此時搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，選手不能進行搶答，定時顯示器顯示設(shè)定的時間（30s），當(dāng)主持人將控制開關(guān)置于“開始”時，報警指示燈亮，搶答器處于工作狀態(tài)，同時定時器開始倒計時。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，電路要完成以下功能： </p><p>　?。?）優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后通過譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號；

16、</p><p>　?。?）搶答指示燈亮；</p><p>　?。?）控制電路對其余輸入編碼進行封鎖，禁止其他選手進行搶答；</p><p>　?。?）控制電路要使定時器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時間，當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)進行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。當(dāng)定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)中的報警指示燈熄滅，并封

17、鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。</p><p>　　5 單元電路的設(shè)計</p><p>　　本設(shè)計可實現(xiàn)八路帶倒計時搶答功能，實現(xiàn)方法較為巧妙，同時在沒有用可編程芯片的情況下總體電路較為簡潔。設(shè)計主要由以下四大板塊構(gòu)成：</p><p><b>　　① 搶答器電路</b></p><p><b>　?、?譯

18、碼顯示電路</b></p><p><b>　　③ 減計時顯示電路</b></p><p>　?、?脈沖信號產(chǎn)生電路</p><p>　　各個板塊間互有反饋，很好的實現(xiàn)了該設(shè)計應(yīng)該實現(xiàn)的功能</p><p>　　5.1 搶答器電路</p><p>　　搶答電路的功能有兩個：一是能分辨

19、出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路使用;二是要使其他選手的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼74LS48和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，其電路組成如圖5.1所示：</p><p>　　圖5.1 搶答器電路原理圖</p><p>　　工作原理：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端（4Q～1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0

20、，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端GS=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。當(dāng)主持人將開關(guān)撥到“開始”位置時，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，既搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號，當(dāng)有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=10

21、1，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后，此時由于74LS148的CTR＝1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端等于1，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號仍不會被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進行下一輪</p

22、><p>　　其中編碼模塊采用74LS148 8-3線優(yōu)先編碼器來編碼，由于是低電平觸發(fā)，電路中應(yīng)用10K上拉電阻，在觸發(fā)端無動作時，輸出為111，GS輸出1；當(dāng)觸發(fā)端有動作時，輸出相應(yīng)編號的BCD碼的反碼，同時GS輸出0.具體電路見圖5.2：</p><p>　　圖5.2 編碼模塊電路</p><p><b>　　RS觸發(fā)器：</b></p

23、><p>　　1. 保持狀態(tài)。當(dāng)輸入端接入==1的電平時，如果基本SR觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)=1、=0，則觸發(fā)器次態(tài)=1、=0；若基本SR觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)=0、=1，則觸發(fā)器次態(tài)=0、=1。即==1時，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。</p><p>　　2. 置0狀態(tài)。當(dāng)=1，=0時，如果基本SR觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為=1、=0，因=0，會使=1，而=1與=1共同作用使端翻轉(zhuǎn)為0；如果基本SR觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為=0、=1，同理會使=

24、0，=1。只要輸入信號=1，=0，無論基本SR觸發(fā)器的輸出現(xiàn)態(tài)如何，均會使輸出次態(tài)置為0態(tài)。</p><p>　　3. 置1狀態(tài)。當(dāng)=0、=1時，如果觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為=0、=1，因=0，會使G1的輸出端次態(tài)翻轉(zhuǎn)為1，而=1和=1共同使G2的輸出端=0；同理當(dāng)=1、=0，也會使觸發(fā)器的次態(tài)輸出為=1、=0；只要=0、=1，無論觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)如何，均會將觸發(fā)器置1。</p><p>　　4. 不定狀態(tài)

25、。當(dāng)==0時，無論觸發(fā)器的原狀態(tài)如何，均會使=1，=1。當(dāng)脈沖去掉后，和同時恢復(fù)高電平后，觸發(fā)器的新狀態(tài)要看G1 和G2兩個門翻轉(zhuǎn)速度快慢，所以稱==0是不定狀態(tài)，在實際電路中要避免此狀態(tài)出現(xiàn)?；綬S觸發(fā)器的邏輯圖、邏輯符號和波形圖如圖5.3所示，附加74LS148的真值表，如表5.1所示：</p><p>　?。╝）邏輯圖 （b）邏輯符號 （c）波形圖</p>&l

26、t;p>　　圖5.3 基本RS觸發(fā)器</p><p>　　表5.1 74LS148真值表</p><p>　　5.2 譯碼顯示電路</p><p>　　本電路采用七段共陰級數(shù)碼管顯示，同時采用74LS48來譯碼驅(qū)動數(shù)碼管。具體電路如圖5.4：</p><p>　　圖5.4 數(shù)碼管驅(qū)動電路</p><p>

27、　　該模塊原理很簡單，74LS48三個控制端置相應(yīng)的有效電平后，輸出對應(yīng)BCD碼的七段顯示碼，74LS48真值表見表5.2：</p><p>　　表5.2 74LS48真值表</p><p>　　5.3 減計時顯示電路</p><p>　　本模塊采用可預(yù)制的十進制同步加/減計數(shù)器74LS192，74LS192 的清除端是異步的。當(dāng)清除端（CLR）為高電平時，不管

28、時鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能。74LS192的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（~LOAD）為低電平時，不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（QA～QD）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（A～D）相一致的狀態(tài)。74LS192的計數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時加在 4個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下QA～QD 同時變化，從而消 除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當(dāng)進行加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用CPD或CPU，此時另一個時鐘應(yīng)

29、為高電平。當(dāng)計數(shù)上溢出時，進位輸出端（~CO）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計數(shù)下溢出時，錯位輸出端（~BO）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。具體電路如圖5.5，74LS192真值表見表5.3：</p><p>　　圖5.5 減計時電路</p><p>　　表5.3 74LS192真值表</p><p>　

30、　5.4 脈沖信號產(chǎn)生電路</p><p>　　此模塊采用555構(gòu)成的多諧振蕩器，產(chǎn)生矩形波。其周期計算公式</p><p>　　T=0.69*（R6+2*R7）C1 （5-1）</p><p><b>　　占空比</b></p><p>　　D=（R6+R7）/（R6+2*R

31、7）*100% （5-2）</p><p>　　具體電路如圖5.6，附加圖5.7為仿真結(jié)果：</p><p>　　圖5.6 多諧振蕩器電路</p><p>　　圖5.7 仿真結(jié)果</p><p>　　6 硬件的制作與調(diào)試</p><p><b>　　6.1 電路焊接<

32、/b></p><p>　　通過實驗原理圖進行實物焊接，焊接時能深刻體會到焊接工藝的重要性：各個芯片的引腳功能不能混淆，必須了解各個芯片的使用方法，內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用時的注意事項，該接電源的一定要接電源，該接地的一定要接地，且不能有懸空。同時在電路板上要預(yù)先確定電源的正負端，便于區(qū)分及焊接。正確焊接各芯片個管腳連接必須查閱各種資料并記錄，以確保在焊接過程和調(diào)試過程中芯片不被燒壞，同時確保整個電路的正確性。在焊

33、接完后每塊芯片都用萬用表檢測，看是否有短接等，還有焊接時要盡量使布線規(guī)范清晰明了，這樣才有利于在調(diào)試過程中檢查電路。</p><p>　　6.2 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法</p><p>　　（1）顯示電路不穩(wěn)定問題</p><p>　　在完成電路的焊接進入調(diào)試階段時發(fā)現(xiàn)搶答器數(shù)碼管顯示選手編號不穩(wěn)定。主要表現(xiàn)在單選手按下?lián)尨疰I后數(shù)碼管顯示的不是選手當(dāng)前號碼。因

34、此著手對電路進食檢查，首先檢查數(shù)碼管看是否是關(guān)節(jié)焊接錯誤，后又檢查電路各個芯片管腳接錯均未發(fā)現(xiàn)問題，最后發(fā)現(xiàn)當(dāng)觸動某按鍵連線時顯示正常由此判斷可能是因為出現(xiàn)了虛焊，遂將電路各焊點又仔細焊接了一遍，此時電路顯示正常。</p><p>　　（2）控制開關(guān)無法控制電路</p><p>　　在調(diào)試是發(fā)現(xiàn)當(dāng)按下主持人開關(guān)時電路斷電，當(dāng)松開后數(shù)碼管顯示始終為7，經(jīng)過一個多小時對電路用萬用表逐個檢查，發(fā)

35、現(xiàn)是開關(guān)觸焊接錯誤，通過改正焊接后電路能正常工作。</p><p>　?。?）數(shù)碼管不能正常倒計時</p><p>　　在進入定時電路調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常倒計時，出現(xiàn)亂碼。對這問題我們檢查了芯片是否完好，電路界限是否正確均未發(fā)現(xiàn)問題，后發(fā)現(xiàn)是由于在焊接時焊線有些地方出現(xiàn)部分短接，于是就將焊線重新理清，數(shù)碼管也能正常工作了。</p><p><b>　

36、　7 總結(jié)</b></p><p>　　針對課設(shè)題目八路搶答器，一開始還沒有頭緒，不會運用所學(xué)知識進行有效設(shè)計，但通過上網(wǎng)查閱各種類似的設(shè)計，去圖書館翻閱相關(guān)設(shè)計書籍，查閱所提供的芯片功能，確定基本設(shè)計方案，又通過仿真驗證試驗方案的可實行性，雖說比較煩雜但卻對設(shè)計一個電路有了基本的經(jīng)驗。同時也使自己認識到：</p><p>　　1. 設(shè)計思路是整個設(shè)計的靈魂</p>

37、;<p>　　拿下每個課題能有一個非常清晰的設(shè)計思路是至關(guān)重要的。只有對課題的充分理解，對各種器件的熟練掌握，勾畫出基本的設(shè)計圖是成功的關(guān)鍵，，必須多花時間在設(shè)計上才能為后續(xù)工作提供更扎實的基礎(chǔ)。翻閱各種資料，上網(wǎng)查詢填補所需知識的空白是必要的。</p><p>　　2. 焊接制作必須精益求精</p><p>　　焊接必須精益求精，一絲不茍，一點的差錯都可能導(dǎo)致實驗結(jié)果錯誤，

38、因此必須準(zhǔn)確無誤還要工整，這樣才能在調(diào)試中能比較輕松進行，也是整個電路可看性更好。</p><p><b>　　3. 調(diào)試</b></p><p>　　調(diào)試工作是個精細工作。在調(diào)試過程中，有些問題是芯片本身損壞引起的，也有些是因為焊接問題引起的等因此排查過程需要特別有耐心，通過對芯片功能的檢驗，對焊點的檢查最后檢查出問題所在。當(dāng)最后解決問題時，電路的正確是非常振奮，也

39、很有成就感和滿足感。</p><p>　　總之，在設(shè)計過程中學(xué)到了許多。作為現(xiàn)代的大學(xué)生，如果僅停留在以往的層次上，是遠遠跟不上時代的步伐，也無法使自己立足在競爭如此激烈的社會里，通過此次實習(xí)，看到了自己的水平和差距，學(xué)要在今后的學(xué)習(xí)中又進一步的提高。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 閻石.數(shù)字電子技術(shù)

40、基礎(chǔ)（第五版）.北京：高等教育出版社，2006</p><p>　　[2] 錢培怡.電子電路實驗及課程設(shè)計.西安電子科技大學(xué)出版社，1992</p><p>　　[3] 高吉祥.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與課程設(shè)計.電子工業(yè)出版社，2002</p><p>　　[4] 范文兵.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).清華大學(xué)出版社，2007</p><p>　　[5] 王毓

41、銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計（第三版）.高等教育出版社，2005</p><p>　　[6] 崔葛瑾.數(shù)字電路實驗基礎(chǔ).同濟大學(xué)出版社，2005</p><p>　　[7] 董玉冰.Multisim9在電工電子技術(shù)中的應(yīng)用.清華大學(xué)出版社，2008</p><p>　　[8] 陳先龍.電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗. 北京：國防工業(yè)出版社，2006</p><p>