數(shù)電電子技術課程設計之四路搶答器倒計時

1、可編輯集美大學誠毅學院數(shù)字電子技術課程設計題 目：四路智力競賽搶答器專 業(yè) 班 級：機電*91 學 號：2012*25 姓 名：陳志真 二一四年六月 數(shù)字電子技術課程設計報告一、設計任務1.1要求設計一臺可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器并具有定時搶答功能。1.1.1搶答器：能分辨出選手按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，并可通過顯示譯碼器準確的顯示出來；同時，要求其他選手按鈕操作無效即避免其他選手再次搶答；開始搶答和清零由主持人控制。1.1.2定時器：時鐘脈沖由555多諧震蕩器提供；通過主持人控制開始倒計時，定時搶答器可從90；可控制定時器停止工作，顯示譯碼器上顯示的是剩余時間，并可以保持

2、到主持人清零位置；1.1.3整體電路：主持人撥動開關，搶答器可以進行搶答，定時器開始倒計時；某一選手搶答后，搶答器顯示選手編號，定時器停止計時，這時其他選手無法進行搶答，搶答器和定時器停止工作一直保持到主持人清零為止；主持人清零后，系統(tǒng)恢復到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答，當定時時間到后，卻沒有選手搶答時，禁止選手超時后搶答。二、 設計要求2.1基本功能2.1.1搶答器同時供4名選手或4個代表隊比賽，分別用4個按鈕S0 S3表示。2.1.2設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。用來控制系統(tǒng)清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。2.1.3搶答器具有鎖存與顯示功能。即搶答開始后

3、，選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在編號顯示器上顯示該編號。同時封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。2.2擴展功能2.2.1搶答器具有定時搶答功能。要求定時器開始倒計時，并用定時顯示器顯示倒計時時間，同時揚聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5秒。2.2.2參賽選手在設定時間（9秒）內搶答，搶答有效，揚聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5秒，同時定時器停止倒計時，編號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。2.2.3如果定時搶答時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警（音響持續(xù)0.5秒），并封鎖輸入編碼

4、電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0 。三、系統(tǒng)設計3.1設計方案選定設計方案，先列出總體框圖，分模塊設計。分模塊電路設計、功能測試完成后，再把各個組成部分整體測試。先在multisim上仿真，驗證原理圖的正確性，再在面包板上做出搶答器實物。3.2系統(tǒng)設計原理3.2.1搶答器的組成框圖定時搶答器的總體框圖如圖1所示，它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴展電路完成定時搶答的功能。圖1 搶答電路圖1所示的定時搶答器的工作過程是：接通電源時，節(jié)目主持人將開關置于“清除”位置，搶

5、答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時顯示器顯示設定的時間，當節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”，同時將控制開關撥到“開始”位置，揚聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時器倒計時。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，搶答器要完成以下四項工作： 優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號； 揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意； 控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答； 控制電路要使定時器停止工作，時間顯示器上顯示剩余的搶答時間，并保持到主持人

6、將系統(tǒng)清零為止。當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關，使系統(tǒng)回復到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。圖1 定時搶答器總體框圖3.3單元電路設計3.3.1、搶答電路設計搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能。查看優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279的功能表和引腳圖等使用資料。也可以選用其他的器件完成此功能。工作過程：開關S置于清除端時，RS觸發(fā)器的 端均為，個觸發(fā)器輸出置，使74LS148的 ，使之處于工作狀態(tài)。當開關S置于

7、開始時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出 經RS鎖存后，1Q=1, =1,74LS48處于工作狀態(tài)，QQQ=101,經譯碼顯示為。此外，1，使74LS148 ，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的 此時由于仍為，使 ，所以74LS148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將開關重新置“清除”，然后再進行下一輪搶答。4RS觸發(fā)器74LS279管腳圖4RS觸發(fā)器74LS279 功能表3.3.2、定時電路設計節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置

8、時間電路對計數(shù)器進行預置，可以選用十進制同步加/減計數(shù)器74LSl92進行設計，計數(shù)器圖2 可預置時間的定時電路 的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。查看十進制同步加/減計數(shù)器74LSl92的功能表和引腳圖等使用資料。同步十進制可逆計數(shù)器74LS1923.3.3脈沖產生電路：該電路是由555定時器構成的多諧振蕩器，使其產生需要的方波作為觸發(fā)器和計數(shù)器的CP脈沖。圖 3 脈沖產生電路3.3.4、報警電路設計由555定時器和三極管構成的報警電路如圖3所示。其中555構成多諧振蕩器， 振蕩頻率圖4 報警電路3.3.5、搶答器控制電路設計搶答器控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能：主持人將控制開關

9、撥到“開始”位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)。當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。 圖6時序控制電路3.3.6器件管腳圖3.3.7讀出電阻阻值（1）色環(huán)標志法表2.1.2 色環(huán)的基本色碼及意義色別第一環(huán)第二環(huán)第三環(huán)第四環(huán)第五環(huán)第一位數(shù)第二位數(shù)第三位數(shù)應乘倍率精度棕111101F1%紅222102G2%橙333103黃444104綠555105D0.5%藍666106C0.2%紫777107B0.1%灰888108白999109黑000100K10%金10-1J5%銀

10、10-2K10%色環(huán)標志法用各種顏色的色環(huán)，環(huán)繞在電阻器表面，有五色環(huán)和四色環(huán)等形式，其各道色環(huán)的含義表2.1.2所示。（2）文字符號直標法標稱電阻 電阻單位：（歐）、K（千歐）、M（兆歐）、G（吉歐）、T（太歐），其數(shù)量關系為：K=103、M=106、G=109、T=1012。遇到小數(shù)時，常以、K、M取代小數(shù)點，例如：0.5可標為5，5.1K可以標為5K1。精度 精度也可以用不同的字母表示，如表2.1.3所示。表2.1.3 字母表示精度的含義%.001%0.002%0.005%0.01%0.02%0.05%0.1%符號EXYHUWB%0.2%0.5%1%2%5%10%20%符號CDFGJKM

11、四、軟件仿真4.1仿真電路4.1.1四路搶答器4.1.2倒計時4.1.3整體電路4.2仿真結果按照原理圖進行電路仿真測試，仿真正常，沒有出現(xiàn)什么錯誤問題，只是數(shù)碼管倒計時部分速度稍微快了一點，估計是電容的問題，換了下其它值的電容，也就正常了。五、安裝調試5.1安裝調試結果5.1.1先按照搶答器電路仿真圖連接面包板，并對電路的性能及波形進行測試，發(fā)現(xiàn)搶答器不具有搶答功能，首先先排查電路，確認電路連接是否有問題，檢查了下發(fā)現(xiàn)二輸入四與非門芯片74LS00P忘記接電源和接地線了，從新連接好，繼續(xù)調試電路，問題又出現(xiàn)了，搶答器只有0和1能搶答且具有鎖存功能，但是2和3能搶答卻不能鎖存，就猜測是4RS觸

12、發(fā)器74LS279出現(xiàn)問題，用萬用表檢查芯片，發(fā)現(xiàn)芯片連接部分斷路了，從新?lián)Q了下芯片，搶答器功能正常。5.1.2再按照倒計時電路仿真圖連接面包板，并對電路的性能及波形進行測試，看倒計時功能是否能實現(xiàn)，一經調試，發(fā)現(xiàn)倒計時不能正常實現(xiàn)，檢查了下電路，發(fā)現(xiàn)電路仿真只能顯示9卻不能倒計時，首先數(shù)碼管能顯示9證明數(shù)碼管可能不在影響范圍之內，然后檢查了下同步十進制加減法74LS192芯片是否正常，用萬用表檢查發(fā)現(xiàn)沒有問題，檢查了下三輸入四與非門芯片74LS10P的連接，與仿真電路圖比較發(fā)現(xiàn)仿真三輸入與非門電路還得經過一次二輸入四與非門芯片74LS00P功能方能實現(xiàn)，從新連接好電路，倒計時能實現(xiàn)從90倒計

13、時，功能正常實現(xiàn)。5.1.3按照仿真電路連接整體電路，并對性能進行測試，通過上面的一系列問題出現(xiàn)和排查、解決，整體電路一連接好也就能實現(xiàn)設計所要求的搶答倒計時功能了。5.2故障分析5.2.1搶答器電路首先你得看下電路的功能是在搶答器部分出現(xiàn)問題還是倒計時出現(xiàn)問題，然后根據(jù)出現(xiàn)德具體問題進行電路測試，比如說：如果是數(shù)碼管顯示不缺的話，你先看下數(shù)碼管電路連接是否正確，地線是否都有接，還有就是數(shù)碼管連接是否齊全，看是否有的管腳沒有連接，都沒問題就用數(shù)字萬用表檢查看是否數(shù)碼管壞掉，都沒問題的話就考慮74LS48優(yōu)先譯碼器是否正常，確認無誤后考慮編碼器74LS148編碼是否正常工作，如果不能鎖存的話，那

14、么就考慮4RS觸發(fā)器74LS279連接及芯片是否正常。5.2.2倒計時電路首先也是看下數(shù)碼管的顯示，看是哪里出現(xiàn)問題，數(shù)碼管及74LS148的檢測和搶答器的一樣，然后看下數(shù)碼管是否能倒計時，如果不能的話，可能是同步十進制加減法74LS192芯片的問題，看電源、地線是否連接及管腳是否正常，特別是CR切記記得接地，然后要是沒問題的話就可能是二輸入四與非門74LS00P的問題，還是先看下電源、地線是否連接，然后檢查管腳、電路連接是否有誤，還有就是555的電路連接。5.2.3整體電路整體電路連接基本上全面搶答器、倒計時連接沒有錯誤的話這邊問題也較少，主要記得倒計時和搶答器的連接部分74LS00P與74

15、LS10P連接部分好好看下連接問題，特別是記得74LS10P接線后還有還得經過74LS00P與非門電路，這些也就是連接電路會出現(xiàn)德基本電路問題了。六、心得體會經過這次課程設計的學習，我確實學習了很多知識，真正的感受到了理論聯(lián)系實際的重要性，以及這之間莫大區(qū)別，到最后看著自己的結果心里還是感到很欣慰的。首先擺在我們面前的是要先弄懂所要設計電路的原理，于是最開始我們在拿到題目之后就查找了大量的相關的資料，再加上平時理論課的學習以及充分利用了網絡資源和在圖書館借了相關的書籍資料，在仔細分析了這個題目所要達到的目的之后。接下來的是單元電路的設計，以及進一步的分析其原理，實現(xiàn)哪些功能需要哪些電路，在此之

16、間我們用到了以前沒有用到過的芯片，但最終我們還是弄清楚了其原理。經過幾天的與大家的一起討論，做種確定好了符合要求的電路?？此坪軓碗s的電路就這樣被我們攻克了。接下來的是實驗的仿真，這階段剛開始以為原理圖都設計好了，那就應該很簡單了，首先是確定用何種軟件，接下來碰到的問題是雖然是按著原理圖來接線畫的，可就是達不到期望的結果，經過了N次的摸索最終還是解決了，對照設計的原理圖，發(fā)現(xiàn)仿真的圖形與設計的有小小的出入，總之最后總算達到了目的，心里很是高興。在原理圖設計和電路仿真完成后就是焊接電路板了，我認為這個階段很好的鍛煉了我們的動手能力。由于之前的電工實習讓我簡單的接觸到了焊接實物，以為會比較輕松，但實

17、際焊接起來才發(fā)現(xiàn)此次與電工實習中的焊接實物有很大的不同，首先要自己對焊板上元件進行布置和焊接電路元件連線，增加了很大的難度。由于采用了電路板，為了使步線美觀、簡潔，還真是費了我們不少精力，經過不斷的修改與討論，雖然做出來的板子不太令人滿意，但也是我們自己一步一步做出來的。在這次課程設計過程中，我發(fā)現(xiàn)給我留下了很深的印象。由于沒有接觸，開始學得很費力，但到后來就好了。在每次的課程設計中，遇到問題，最好的辦法就是問別人，因為每個人掌握情況不一樣，不可能做到處處都懂，發(fā)揮群眾的力量，復雜的事情就會變得很簡單。這一點我深有體會，在很多時候，我遇到的困難或許別人之前就已遇到，向他們請教遠比自己在那冥思苦

18、想來得快。通過這次課程設計，我明白了學會與大家合作的重要性，因為從開始到最后，都是大家一起出主意，一起來解決中間出現(xiàn)的各種問題。從原理圖的最終確定，到波形的仿真，再到元器件的選擇與購買，到最后實物的焊接與調試，這都是大家分工合作的結果，正是因為大家相互配合，才使我們很快的完成了任務。經過這些天的學習我深刻的體會到實際與理論有很大的區(qū)別。在我們學習的過程中，不僅考驗了我們對知識的吸收和掌握，而且也考驗了我們的細心和耐心。特別是在仿真過程中對參數(shù)的改進和電路圖的查找過程中，我深有體會。我認為這次實習不僅僅學習了軟件知識，還提高了我們專業(yè)素質。作為一個機械電子工程專業(yè)的學生，我深知課程設計的重要性。這次課程設計我從剛開始的什么都不懂不會，到現(xiàn)在的基本了解了一個電路元件是如何構成的，完成這次課程設計我覺得收獲很多，不但進一步掌握了數(shù)電的知識及相關專業(yè)仿