數(shù)字邏輯電路課程設(shè)計(jì)——搶答器

1、西安郵電學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書數(shù)字搶答器學(xué)院名稱：電子工程學(xué)院學(xué)生姓名：專業(yè)名稱：班 級(jí)：實(shí)習(xí)時(shí)間：數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 數(shù)字搶答器一、課程設(shè)計(jì)題目數(shù)字式搶答器二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1搶答器同時(shí)可供4路參賽選手同時(shí)搶答，分別用 4個(gè)按鈕S0S3 來控制。2. 設(shè)置一個(gè)主持人開關(guān)，用來控制搶答的開始和結(jié)束。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)， 并在數(shù)碼管上顯示，選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一 直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間為10秒。當(dāng)主持人 啟動(dòng)開始鍵后，定時(shí)器采用倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)到 0。5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行

2、搶答， 搶答有效， 定時(shí)器停止工作， 綠燈亮，數(shù)碼管上顯示選手的編號(hào)和剩余搶答的時(shí)間， 并保持到主持 人將系統(tǒng)清除為止。6. 如果定時(shí)時(shí)間已到（計(jì)數(shù)至 0），有人搶答，則為超時(shí)搶答。紅 燈亮，并在數(shù)碼管管上顯示該搶答選手。7. 如果主持人未啟動(dòng)“開始”鍵，有人搶答，為提前搶答。顯示其號(hào) 碼，此時(shí)紅燈亮提示。三、數(shù)字搶答器總體方案1. 接通電源后，主持人將開關(guān)撥到 高電平 狀態(tài)，搶答器處于禁止 狀態(tài)，編號(hào)顯示器顯示為 0, 定時(shí)器顯示為 0。此時(shí) , 若有人搶答 , 為 違規(guī)搶答數(shù)碼管顯示其編號(hào) ,并紅燈警告 .定時(shí)器顯示不變 。2. 主持人將開關(guān)置于 ”開始”狀態(tài)，宣布 開始搶答，搶答器工作

3、, 定時(shí)器倒計(jì)時(shí) , 選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成 , 編號(hào)鎖存 , 編號(hào)顯示 , 綠燈亮表示搶答有效。3. 若在 10秒內(nèi)無人搶答， 10秒后搶答器自動(dòng)鎖定， 計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)， 搶答無效。如果再次搶答必須由主持人再次操作 開始 狀態(tài)開關(guān)。四、單元電路設(shè)計(jì)1. 搶答器電路的設(shè)計(jì) （即完成鎖存和顯示功能 ）1）搶答, 鎖存電路 :在這一部分，最主要的是鎖存電路，鎖存電路主要由 74LS75 來實(shí)現(xiàn)，當(dāng)74LS75的4, 13號(hào)管角的信號(hào)為使能端，當(dāng)為“ 0”時(shí)， 它將保持原來的狀態(tài)：輸入輸岀EDQQHHHLHLLHLX保持Q 0Q1Q1E0-1GNDQ2Q2Q316151413121110

4、97475功能表74LS75的管腳圖和真值表：12345787475Q o D o D i E2-3 Vcc D 2 D 3Q3有一組隊(duì)員按下開關(guān)后，Qi，Q2，Q3, Q4中有一個(gè)信號(hào)為0,則它們四個(gè)通過與門后的信號(hào)為0,接入Ei2和E34,7475實(shí)現(xiàn)鎖存功能， 保持狀態(tài)不變。對(duì)于譯碼電路，當(dāng)那個(gè)隊(duì)員搶上后，要顯示他的組號(hào)，必須把次信號(hào)轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼。其關(guān)系為：Q3Q2Q1Q0DCBA00010001001000100011001101000100由上真值表知:(2)譯碼電路用74LS48和數(shù)碼管將74LS75鎖住的數(shù)據(jù)顯示出來,74LS48的功能管教圖為H XLLLLLLL LHHLH

5、HHHHHH X x-lhlhlhlh- X xllhhllhh. X xllllhhe分析可得到搶答鎖存電路的電路圖(如下圖):= E a a g f o a a a o o O爭(zhēng)eU3U1747 1R3100LU15B32D了4匚曲口油Tqqz paazNTTZAZZ 40U2. 倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)此電路用來實(shí)現(xiàn)模10的倒計(jì)數(shù)器，用一片74161來實(shí)現(xiàn)，用同 步置數(shù)法來實(shí)現(xiàn)，由于要求倒計(jì)數(shù)，即從1001到0000,所以可以取反而得到。但是，當(dāng)?shù)箶?shù)到0后，還要有鎖存的功能，鎖住電路，即 計(jì)數(shù)到0后停止在0,若想再次計(jì)數(shù)，必須由主持人按下開始搶答按 鍵，否則為違規(guī)搶答，亮紅燈警示。其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下

6、：DCBA+ r主持人開關(guān)接在161的預(yù)置端，接低電平是代表新一輪開始的比賽， 表示置9端，當(dāng)接通高電平時(shí)代表倒計(jì)時(shí)開始！根據(jù) 161的功能表 可知，通過對(duì)CTP與CTT的控制，可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)和保持。我用搶答電 路74LS75的使能端E12來控制CTP,用(QD*QC8QB*QA)來控 制 CTT。74LS161的管腳圖為vcr Qcc Qa Q 6U51274LS161鼻F1/:PD Di66 EP GND “74LS161的功能表為輸入(岀爲(wèi)LDBPETCPDj Dp D | DuQ* Qt Qk Q0XXyXX X X X(30 J 0J0XXfdj h 山 dedj己2 dt也11tX X

7、 X X同步計(jì)教11DXXX X X X保持110Xx x y x保持(Qtr = 0)有74LS161計(jì)數(shù)到數(shù)碼管顯示之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:計(jì)數(shù)器輸入譯碼器輸入數(shù)碼管的示數(shù)011010019011110008100001117100101106101001015101101004110000113110100102111000011111100000U2CtaaK - st0U7EVCCU174LS161N74LS4&HR1wo74LSQ4DU8A : J74LS08D/ /訂t具體電路如下3. 脈沖的設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)中所用的計(jì)時(shí)器，是和我們的時(shí)鐘的頻率一樣的，因此我們通過555的分頻來實(shí)現(xiàn)我們所需要

8、的時(shí)鐘脈沖以及波形如圖:vcc555_TIMERRATEDLR1：4.7k；-估,R2：150hLI 課 I 4J4-PST - iCtJTDIS -THPTRTcon - C1W 1 J20C2土 T5FUc4. 紅綠燈警告的設(shè)計(jì)此電路是當(dāng)在主持人沒有接上開關(guān)之前，有人搶答，則紅燈亮并 顯示其組號(hào)，當(dāng)主持人接上開關(guān)，綠燈亮表示其正確搶答。當(dāng)記時(shí)器 計(jì)時(shí)停止時(shí)，若有人搶答時(shí)，則紅燈亮。根據(jù)電路結(jié)果的分析，此部 分電路我放在最后把各模塊綜合在一起時(shí)綜合考慮。得出具體的電路圖如下U1741一紅LED1 U9F槪2 74LS04D .Mg綠氏由DU0 O O 0 . u .74LS161D代UU8E

9、-出 7U? -ovohq?日hl國(guó)bl國(guó)13五、實(shí)驗(yàn)器材-H- UL 心片數(shù)量其他器件數(shù)量555一片發(fā)光二極管兩個(gè)74LS75一片電阻七個(gè)74LS48兩片面包板一塊74LS161一片七段顯示管兩個(gè)74LS08一片電容兩個(gè)74LS04兩片導(dǎo)線若干74LS20一片74LS32一片六、總體電路設(shè)計(jì)VCCVI6TEDCEU2ML刪F科M KC T4LS43N ?uii習(xí)U15ra-UE-23HAJPifi4QUH I ULU_ . . . . -U口訓(xùn)齊込0 十卄mHWhlCMNF；HM曲n : M黑羽Ei 1叫74LS161D 二.1 - 12磯ts .4. T_一.1 &D 3um14.腓wJ4

10、L5T6Dh：:七、 發(fā)生的問題及解決方案在實(shí)際連接電路中會(huì)遇到很多復(fù)雜的問題，即使完全按照電路圖連接 , 也會(huì) 出現(xiàn)一些問題，使結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤， 這就是電路調(diào)試要處理的問題，而這次的課 程設(shè)計(jì)，我?guī)缀醮蟛糠值臅r(shí)間都花在了調(diào)試電路上。 三天就完成了我自己的設(shè) 計(jì)，但是其中有兩天都在調(diào)試。而且，再后來幫同學(xué)們調(diào)試的過程中，我又遇到 了很多很多不同的問題，這些問題主要集中在以下幾點(diǎn)。第一點(diǎn)是出在在設(shè)計(jì)上的，我首先拿到一分同學(xué)的電路圖，分析一下他設(shè)計(jì) 的是否合理，找出邏輯的混亂和錯(cuò)誤，就基本解決了設(shè)計(jì)上的問題。第二是電路板得問題，我自己還是比較幸運(yùn)，我連接自己的電路時(shí)，沒有出 現(xiàn)電路板內(nèi)部短路登多種意

11、想不到的問題。 原因是， 當(dāng)我拿到一塊板子時(shí)， 我用 萬用表把每排插孔都測(cè)量一邊。 找到斷路的地方用導(dǎo)線接好， 確保板子不會(huì)出現(xiàn) 問題。然后才開始連接電路。 在給一個(gè)同學(xué)調(diào)試時(shí)， 我發(fā)現(xiàn)他的設(shè)計(jì)倒是沒有任 何問題，但是一連到板子上，就是出現(xiàn)胡亂的錯(cuò)誤，更可氣的是，有些時(shí)候，有 的芯片的整個(gè)管腳還出現(xiàn)全都是到電平的危險(xiǎn)現(xiàn)象。 這是我就意識(shí)到應(yīng)該是板子 的問題了， 我建議他換一塊板子重新連一遍， 結(jié)果問題就迎刃而解。 這里我想到 一個(gè)插芯片的技巧， 就是拿到每一片新的芯片是， 可以稍微把它的兩排管腳向內(nèi) 摁一下，但是要一排一起向內(nèi)按。 保證兩排管腳剛好插在兩排插孔上而不出現(xiàn)松 動(dòng)這也是調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的

12、一個(gè)普遍的問題。還有第三是接線和芯片連接問題，接線一定要合適，露出的插進(jìn)插孔的端子一定 要足夠，在調(diào)試過程中我找到了很多的由于接線不夠長(zhǎng)而發(fā)生的斷路現(xiàn)象 就是連線不要交叉，這樣很不利于調(diào)試并且也很容易造成接線短路，出現(xiàn)問題。 對(duì)于連接芯片及芯片的布局， 芯片定要插緊。 不能出現(xiàn)松動(dòng)。 芯片松動(dòng)直接造成 接觸不良。在調(diào)試過程中，我遇到了好多次的 2.6V 左右的電平（一般的數(shù)字電 路高低電平區(qū)分為 2.7V ），它因該算是高電平?？墒窃诰唧w的電路中，就不是那 么回事了，比如我測(cè)到一個(gè)二極管兩端的電壓分別為 2.6V 和 3.5V 。這就很難辦 了，理論上，它們都應(yīng)該算是高電平，可是，它不能出現(xiàn)我

13、們想要的結(jié)果兩 端高電平是二極管是不亮的。 這個(gè)問題的解決方法有兩種： 一是檢查芯片是否松 動(dòng)，把芯片插緊， 二是在高電壓端串聯(lián)一個(gè)電阻限壓。 芯片問題還造成很多意想 不到的問題，比如，我給一位同學(xué)調(diào)試時(shí)， 161 的計(jì)數(shù)總是顯示出不來，我查了 好幾個(gè)小時(shí)， 從第一天的晚上十一點(diǎn)到凌晨 3點(diǎn)，沒查出來只有睡覺， 第二天又 弄了一個(gè)早上， 到十點(diǎn)多的時(shí)候， 我終于想到一個(gè)辦法， 在 161 的輸出端接四個(gè) 發(fā)光二極管，可以輕松看出 161輸出是否出錯(cuò)， 確保 161是好的以后，再測(cè)量每 個(gè) 74LS02 輸入和輸出是否出錯(cuò)，直到最后，一個(gè)芯片一個(gè)芯片的查找，直到最 后，才發(fā)現(xiàn)是因?yàn)檫@個(gè)同學(xué)的數(shù)碼

14、管和 74LS74之間連線錯(cuò)了一個(gè)位置。這樣， 才找到問題所在。第四就是器件問題了，這個(gè)其實(shí)可以再連線前就檢查出來，但是由于我們事 先沒有經(jīng)驗(yàn)，找到最后，發(fā)現(xiàn)這個(gè)芯片是壞的，沒辦法，只有換了。八、 分析和總結(jié)在這次數(shù)字搶答器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中， 我不僅掌握了課程設(shè)計(jì)的一般 步驟和基本方法， 了解了各種集成數(shù)字芯片的功能和使用方法， 而且我感覺自己 對(duì)數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)這門課程的課本內(nèi)容有了更深刻的理解， 并且這次課程設(shè)計(jì) 也提高了我理論聯(lián)系實(shí)際的能力， 培養(yǎng)了我基本的設(shè)計(jì)思想， 鍛煉了我的實(shí)際動(dòng) 力。 這次的課程設(shè)計(jì)，我受益匪淺，不僅在數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)上有了很大的 提高而且也學(xué)到了一些書本

15、上沒有的知識(shí)。 尤其是電路調(diào)試的本領(lǐng)有了很多的經(jīng) 驗(yàn)。在進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)時(shí)， 首先我們要做的是對(duì)系統(tǒng)要達(dá)到的功能要做深入的了 解。通過這次課程設(shè)計(jì)， 我學(xué)到了更多的電路實(shí)際操作的技能， 這些是我在課本 上不能學(xué)到的。由于喜歡硬件電路，喜歡動(dòng)手。我更是珍惜這次機(jī)會(huì)。努力鍛煉 自己的電路調(diào)試本領(lǐng)。 經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)， 我總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)， 這些都是我以后 要注意的。就是，在連接具體電路之前，我們一定要確保電路板是好的，用萬用 表逐一測(cè)量一遍各個(gè)插孔，當(dāng)然，一塊板子，只用測(cè)一遍就行了。確保元器件都 是完好的；在電路連接時(shí)，連線要做到橫豎走線，不能交叉，盡量避免斜線。插 芯片時(shí)要確保芯片插緊。 新篇布局時(shí)

16、要合理， 疏密有致。 最好在軟件上仿真后自 動(dòng)布線，看著原理圖的走線連接。 電路連接好以后先用萬用表檢查一遍整個(gè)的電 路的正負(fù)極是否分別接好，正負(fù)極是否短路。再打開電源，檢查錯(cuò)誤。因?yàn)?，?般情況下，我們很難一次性就成功，所以，最好分模塊測(cè)試，分模塊完成，最后 到每個(gè)模塊都能單獨(dú)完成后在綜合在一起， 整體考慮，整體測(cè)試。 這樣成功的可 能性就會(huì)大很多。 在分模塊測(cè)試過程中， 用到的最主要的工具是萬用表， 接通電 源后，如果沒有出現(xiàn)我們現(xiàn)要的結(jié)果，不要慌張，用萬用表從輸入信號(hào)開始，逐 一測(cè)量每個(gè)管腳的電壓，一般的數(shù)字電路高低電平區(qū)分為 2.7V ，如果沒看出什么問題，再把實(shí)際連接的電路跟蹤一邊，

17、接通電源，用萬用 表從輸一一測(cè)量各個(gè)芯片的管腳電平， 看是否是所預(yù)想的， 這樣就很好找到錯(cuò)誤，在這個(gè)世界上，沒有任何事情是做一遍就會(huì)如愿地成功的，失敗、挫折是永遠(yuǎn)也 無法避免的。電路設(shè)計(jì)也不例外。因此，面對(duì)設(shè)計(jì)的電路中存在的問題，我們必 須學(xué)會(huì)冷靜地思考，想辦法去解決它們。在這次電路設(shè)計(jì)中，我就遇到了好多的 問題，但是從這些問題中我也學(xué)到了好多。好多同學(xué)都是把電路圖都連好之后這， 連上電源，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示的是亂碼，或是二極管無緣無故的就亮了。 就心煩意 亂，手忙腳亂的不知道該怎么辦。我在幫他們檢查時(shí)又照著電路圖重新檢查了一 遍，沒有發(fā)現(xiàn)什么問題，但數(shù)碼管的顯示還是不對(duì)。之后，我又拿萬用表對(duì)每個(gè)

18、 管教進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)有很多地方的實(shí)際電位與本來要實(shí)現(xiàn)的不等而且我們用的面 包板也有很多問題，對(duì)芯片的管腳和穩(wěn)定程度有嚴(yán)重影響。 很多芯片再插入電路 板上后根本就不穩(wěn)定，松松垮垮的，每次試驗(yàn)，都需要用手死死按住按住某些芯 片才可以。在這次數(shù)字搶答器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中，我不僅掌握了課程設(shè)計(jì)的一 般步驟和基本方法，了解了各種集成數(shù)字芯片的功能和使用方法， 而且我感覺自 己對(duì)數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)這門課程的課本內(nèi)容有了更深刻的理解，并且這次課程設(shè)計(jì)也提高了我理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)了我基本的設(shè)計(jì)思想，鍛煉了我的實(shí)際 動(dòng)力。這次的課程設(shè)計(jì)，我受益匪淺，不僅在數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)上有了很大 的提高而且也學(xué)到了

19、一些書本上沒有的知識(shí)。尤其是電路調(diào)試的本領(lǐng)有了很多的 經(jīng)驗(yàn)。在進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)時(shí)，首先我們要做的是對(duì)系統(tǒng)要達(dá)到的功能要做深入的 了解。并且要分析該如何實(shí)現(xiàn)這些功能，了解有關(guān)器件的功能和管腳圖，進(jìn)行構(gòu) 思，并作整體的布局。其中，最重要的一步就是要有一個(gè)良好的構(gòu)思，這個(gè)構(gòu)思包括對(duì)要實(shí)現(xiàn)的電路的各個(gè)部分具體功能的設(shè)想， 以及整個(gè)電路的總體布局。 決不是簡(jiǎn)單的把幾個(gè)芯片湊在一塊面包板上，然后再把線連一連就好了。其次，在構(gòu)思完成后，就應(yīng)該開始動(dòng)手畫電路圖了。我基本上是先通過軟 件仿真再檢查錯(cuò)誤。 電路圖畫出來后， 就可以開始電路的連接了。 帶領(lǐng)我們?cè)O(shè)計(jì) 這次實(shí)驗(yàn)的老師在開始時(shí)便聲明一點(diǎn)： 不要把所有片子都

20、連好了再對(duì)電路進(jìn)行調(diào) 試，這樣的話成功的概率幾乎為零， 最好是連好一個(gè)功能部分， 便立即對(duì)該部分 電路進(jìn)行檢測(cè)，若成功則繼續(xù)，若不成功就檢查錯(cuò)誤，甚至要重新連。這一點(diǎn)無 疑是給我們一個(gè)提醒， 讓我們的電路成功又有了一層保障。 在這一過程中必須有 一個(gè)好的開始， 想清楚各個(gè)片子的布局， 線的插法， 否則空間利用率不高可是一 件相當(dāng)頭疼的事情。 由于線路多， 因此必須得時(shí)刻保持小心謹(jǐn)慎， 否則萬一一根 線連錯(cuò)，就必須檢查一大片電路，這顯然是得不償失。還有在這次的課程設(shè)計(jì)過程中， 我們要注意的問題為： 防止器件的燒毀本系統(tǒng)的 輸入電壓為+5V,每一個(gè)輸入端應(yīng)接一個(gè)小電阻，尤其是發(fā)光二極管的兩端，必須 接一個(gè)小電阻 , 不能直接接地或接電源。各個(gè)器件的不能懸空在理論中 , 懸空表示輸入為低電平 , 但在實(shí)際中未必是這樣 . 應(yīng)當(dāng)接 0的就接地,應(yīng)當(dāng)接 1的就接電源。所以對(duì)于每個(gè)芯片的輸入管腳，該接 高電平的就一定要接電源，不可以懸空。片工作時(shí)間過長(zhǎng) ,會(huì)升溫,導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)其基本功能 .當(dāng)電路全部連好后