八人搶答器實驗報告

1、八人搶答器實訓報告一、實驗?zāi)康?二、設(shè)計要求及內(nèi)容 三、設(shè)計及原理 4.1 總體方案設(shè)計 4.1.1 設(shè)計思路 4.1.2 原理框圖 4.2 單元模塊及說明 4.2.1 倒計時模塊 4.2.2 搶答模塊 四、仿真調(diào)試過程中的部分顯示 五、實驗結(jié)果顯示 六、設(shè)計體驗及收獲 七、 附 錄一、相關(guān)介紹初始條件要求對數(shù)字電路里 555 電路的運用有所了解，同時 熟悉 計數(shù)電路和譯碼電路 的運用，還要能夠運用 protel 軟件 進行電 路的仿真 , 能夠運用 multisim 軟禁多 自己設(shè)計的 電路進行仿真， 檢驗 自己所設(shè)計的電路是否正確。要求完成的主要任務(wù)1. 運用數(shù)字電路設(shè)計一個能夠滿足特定要

2、求的八路搶答器2. 運用protel 繪制電路原理圖3. 按照所畫的原理圖，在實驗室對根據(jù)所設(shè)計的原理圖結(jié) 合相關(guān)材料對設(shè)計進行連接和調(diào)試。搶答器作為一種工具，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種智力和知識 競賽場合。本文介紹了一種用74系列常用集成電路及常 用芯片設(shè)計的數(shù)碼顯示 八路搶答器的電路組成、設(shè)計思路 及功能。該搶答器除具有基本的搶 答功能外，還具有定時、 計時和報警功能。主持人通過時間預(yù)設(shè)開關(guān) 預(yù)設(shè)供搶答的 時間，系統(tǒng)將完成自動倒計時。若在規(guī)定的時間內(nèi)有人 搶 答，則計時將自動停止；若在規(guī)定的時間內(nèi)無人搶答，則 系統(tǒng)中的 發(fā)光二極管，提示主持人本輪搶答無效，實現(xiàn)報 警功能。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞 八路，搶答

3、器,設(shè)計，定時，計時， 報警二、實驗?zāi)康耐ㄟ^本次電工電子課程設(shè)計希望學生能很好的利用自己所 學的 理論知識，將理論運用于實踐，從實踐中了解到自己所學知 識 的用處，培養(yǎng)學生的實踐能力，對實際問題的理解和對設(shè)計的 跟 好認識。同時學會對protel 和multisim 的運用。三、設(shè)計要求及內(nèi)容在許多比賽活動中，為了準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設(shè)置一臺搶答器，通過數(shù)顯、燈光或音響等多種手段示出第一搶答者（ 1）設(shè)計制作一個可容納 8 組參賽的數(shù)字式搶答器， 每組 設(shè) 置一個搶答按鈕供搶答者使用。（ 2）電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。 在主持人 系統(tǒng) 發(fā)出搶答指令后，若參賽者按

4、搶答開關(guān)，則該組指示燈亮并 用 組別顯示電路顯示出搶答者的組別， 同時指示燈 （發(fā)光二極管 ） 亮。 此時， 電路應(yīng)具備自鎖存功能， 使別組的搶答開關(guān)不起 作用。（3）若超時仍無人搶答，則報警指示燈熄滅。四、設(shè)計及原理4.1 總體方案設(shè)計4.1.1 設(shè)計原理本題的根本目的在于準確判斷出第一搶答者的信號并將其 鎖存。實現(xiàn)這一功能可選擇使用鎖存器實現(xiàn)。 在得到第一信號之 后應(yīng) 立即將電路的輸入封鎖，即使其他組的搶答信號無效。但 是，第一搶 答信號應(yīng)該在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。 當電路形成第一搶答信號之后， 用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路 顯示出搶答者的序號，也可以用發(fā)光二極管直接指示出序號。在主

5、持人沒有按下開始搶答按鈕前，參賽者的搶答開關(guān)無效； 當主持人按下開始搶答按鈕后，開始進行 30 秒倒計時，此時， 若有 選手搶答，顯示該組別并使搶答指示燈亮表示“已有人搶 答” ；當計 時時間到，仍無選手搶答，則計時指示燈滅表示“時間已到”，主持 人清零后開始新一輪搶答4.2單元模塊及說明421 倒計時模塊該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步可逆計 數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù) 碼管 及相關(guān)電路組成。完成的功能是當主持人按下開始搶答按 鈕后，進行30s倒計時，到Os時倒計時指示燈亮。當有人搶 答時，計時停止。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過

6、譯碼電路 74LS48顯示到數(shù)碼管 上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。 74LS192的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn) 預(yù)置數(shù)30s，計數(shù)器的時鐘脈沖 由脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時，輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報 警，同 時宣布此后選手搶答無效。555構(gòu)成的是多諧振蕩器，為電路提供脈沖信號，保證倒計時電路即有74LS192可逆計數(shù)器構(gòu)成的倒數(shù)功能正常顯示。兩片可逆計數(shù)器74LS192實現(xiàn)30s倒計時功能，同時通過發(fā)光二極管提示時間即將截止時選手應(yīng)該抓緊時間了。

7、5V5 口R 17 口R 13 NR 1 1JI6 口R 1Iti2 口R 1wv-?1 口R 1 rL«<?8 口R 1I? p4 N R 1A-KA 一一=KA一一眉KA yy4 aA-K亠_IFflD0A0D1A1D2A2D3D4GSD5EOD6D7ElU174LS148D976141112R10100| ?15LEI13R11 100| ?16LEIR12R13100|? 100|?1718LED4 也 LED5企IE坯Iff-II-E*IUli -1J4I1|卻11rj|j -151141 |l曲j1 iLTUiMLS2WD13IH2TOT71()AVM0r該部分是由

8、開關(guān)和優(yōu)先編碼器74LS148和鎖存器74LS279以及七 段譯碼器 74LS48 構(gòu)成的搶答電路，當主持人按下?lián)尨痖_ 關(guān)時，前面 介紹的倒計時電路開始計計時時， 選手在 30s 時間 內(nèi)可以搶答，若即 使時間內(nèi)沒有搶答，則主持人將清零從新開 始新的搶答，若有選手搶 答，則鎖存器將鎖著該選手序號，并 保證其他選手不能再搶答。 使用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。 該電路主 要完成兩個功能： 一是分辨出選手 按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的 編號，同時譯碼顯示電路顯 示編號（顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示 管） 二是禁止其他選 手按鍵， ； 其按鍵操作無效。工作過程：

9、開關(guān)S置 于"清除"端時，RS觸發(fā)器的R、S端 均為 0， 4 個觸發(fā)器輸出置 0， 使 74LS148 的優(yōu)先編碼工作標 志端=0 ,使之處于工作狀態(tài)。當開關(guān)S置于"開始"時，搶答 器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按 鍵按下時 （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)先編碼工作標志端=1, 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

10、CTR= 1,使優(yōu)先編碼工作標志端= 1, 5 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。只要有一組選手先按下?lián)?答器,就會將編碼器鎖死, 不再對其 他組進行編碼。通過 74LS48 譯碼器使搶答組別數(shù)字顯示 0-7 。如有 再次搶答需由主持人將S 開關(guān)重新置“清除”然后再進行下一輪搶 答。 RS 觸發(fā)器（ 74LS279） ： 1. 保持狀態(tài)。當輸入端接入 S = R =1 的電平 時，如果基本SR觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)Q =1、Q=0,則觸發(fā)器次態(tài)Q =1、 Q=0;若基本SR觸發(fā)器的 現(xiàn)態(tài)Q =0、Q =1,則觸發(fā)器次態(tài)Q =0、 Q =1 。

11、即 S = R =1 時，觸發(fā)器保 持原狀態(tài)不變。 2. 置 0 狀態(tài)。當 S =1, R=0 時, 如果基本 SR 觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為 Q =1、 Q =0,因 R =0,會使 Q =1,而 Q =1 與 S =1 共同作用使 Q 端 翻轉(zhuǎn)為 0 ; 如果基本 SR 觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為 Q =0、 Q =1,同理會使 Q =0, Q =1。只要輸 入信號 S =1 , R =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)。 3. 置 1 狀態(tài)。 當 S =0、 R =1 時,如果觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為 Q =0、 Q =1,因 S =0, 會使 G1 的輸出端次態(tài)翻轉(zhuǎn)為 1 ,而 Q

12、=1 和 R =1 共同使 G2 的輸 出端 Q =0 ; 同理當 Q =1 、 Q =0, 也會使觸發(fā)器的次態(tài) 輸出為 Q =1、 Q=0; 只要 S =0、 R =1,無論觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)如何, 均會將觸發(fā)器置 1 。 4. 不定狀態(tài)。當 S = R =0 時,無論觸發(fā) 器的原狀態(tài)如何,均會使 Q =1, Q =1。當脈沖去掉后, S 和 R 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 S = R =0 是不定狀態(tài), 在實際電路中要 避免此狀態(tài)出現(xiàn)。 I Y 4LS148 的輸入端和輸出端低電平有效。 0 I 7 是輸入信號, 2 Y0 為三位二進制編碼

13、輸出信號, I S = 1時，編碼器禁止編碼，當IS = 0時，允許編碼。YS是 技能輸出端，只有在I S = 0,而I 0 I 7均無編碼 輸入信號時為0。YEX為優(yōu)先編碼輸出端，在I S = 0而I 0 I 7 的其中之一有信號時，YEX = 0。I 0 I 7 各輸入端的優(yōu)先順 序為：I 7級別最高，I 0級別最低。如果I 7 = 0 （有信號）， 則其它輸入端即使有輸入信號，均 不起作用，此時輸出只按I 7 編碼，Y2 Y1Y0 = 000。優(yōu)先編碼被廣泛用 于計算機控制系統(tǒng) 中，當有多個外設(shè)申請中斷時，優(yōu)先編碼器總是給優(yōu)先級別高的設(shè)備先編碼。A/ft7-h7t7.1XXXXXXXXi

14、L1Ii0L11111II1I00KXXXXXXDuUoui廿XXXXXKu1t)<JIui0XXXXX0I101000XXXX01110i10iXX01I1110即0i0X0111111fI0i0X011111111uLIi001L1111I11I0i74LS148的輸入端和輸出端低電平有效。I 0 I 7是輸入信號，Y2 Y0為三位二進制編碼輸出信號，IS = 1時，編碼 器禁止編碼，I S 當=0時，允許編碼。YS是技能輸出端， 只有在I S = 0,而I 0 I 7均無編碼輸入信號時為0。YEX 為優(yōu)先編碼輸出端，在I S = 0而I 0 I 7 的其中 之一有 信號時，YEX

15、= 0。I 0 I 7各輸入端的優(yōu)先順序為：I 7級別最高，I 0級別最低。如果I 7 = 0 （有信號），則其它輸 入端即使有輸入信號，均不起作用，此時輸出只按I 7 編碼，Y2 Y1 Y0 = 000。優(yōu)先編碼被廣泛 用于計算機控制系統(tǒng)中，當 有多個外設(shè)申請中斷時，優(yōu)先編碼器總是 給優(yōu)先級別高的設(shè)備 先編碼。 二進制譯碼器是將輸入的二進制代碼的各種狀態(tài)按特 定含義翻 譯成對應(yīng)輸出信號的電路。也稱為變量譯碼器。若輸 入端有 n 位，代 碼組合就有 2n 個，當然可譯出 2n 個輸出信 號。 顯示譯碼器由譯碼輸出和顯示器配合使用， 最常用的是 BCD 七 段譯碼器。其輸出是驅(qū)動七段字形的七個信

16、號，常見產(chǎn)品型 號有 74LS48、74LS47 等。 字符顯示器： 分段式顯示是將字符 由分布在同一平面上的若干段 發(fā)光筆劃組成。電子計算器，數(shù) 字萬用表等顯示器都是顯示分段式數(shù) 字。而 LED 數(shù)碼顯示器是 最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。 LED 的死區(qū)電壓較高，工 作電壓大約 1.53V ，驅(qū)動電流為幾十毫安。 圖 1-3 是七段 LED 數(shù)碼管的引線圖和顯示數(shù)字情況。 74LS47 譯碼驅(qū)動 器輸出是低 電平有效，所以配接的數(shù)碼管須采用共陽極接法； 而 74LS48 譯 碼驅(qū)動器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管須采用 共陰 極接法。數(shù)碼管常用型號有 BS201、BS202等。圖

17、1-4 (a)是 共 陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖， 使用時，公陰極接地， 7 個陽極 ag 由 相應(yīng)的 BCD 七段譯碼器來驅(qū)動。 五、產(chǎn)品實物圖六、設(shè)計體驗及收獲這次課程設(shè)計的電路是比較復(fù)雜的。雖然以前在模電中接觸過一些電子電路，但在初期還是感到無從下手。在整個電路的設(shè)計 過程 中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié) 設(shè)計上，在 方案的選擇中，我們仔細分析其原理以及可行的原 因，最后還是在仿 真多次對電路的改進，終于使整個電路可穩(wěn) 定工作。設(shè)計過程中，我 深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反 復(fù)實踐， 其過程很可能相當煩瑣， 有時花很長時間設(shè)計出來的 電路還是需要重做， 那時心中未

18、免有點灰 心，有時還特別想放 棄，此時更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計思路 是最重要的， 只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一 半。因 此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準備， 像查找詳細的資料， 為 我 們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。 設(shè)計單元電路階段， 這個階段 可以說是考察數(shù)電書本知識的階段。 所有的設(shè)計方法還有步驟 在數(shù)電書上都有， 而且還有例題。 這個階段遇 到的主要問題 就是以前的知識忘記不少， 所以做設(shè)計的時候要常隨手翻 閱課 本，等于是做了幾道數(shù)電作業(yè)題。這個階段的難度也不是很大， 一 般翻課本就可以找到答案并解決問題。 實驗階段可以說是這 次設(shè)計中最重要的部分，因為以前的只

19、是理 論而不是真正的實 體。 所以說它是最重要的。 實驗階段我們遇到的問題 有：對 軟件不熟悉； 對實驗過程中信號的測量知識學習很少； 因為各個 模塊是分開做而后又組裝到一起的， 所以兼容性不是很好 （也 就是不能 融合為一個整體，部分工作能行但是接到一起就會出 現(xiàn)問題），而且在 接連電路板時， 還應(yīng)該仔細考慮， 合理安排芯 片的位置，這樣在接線路 時才能方便，接好的電路才美觀，符 合要求。 制作過程是一個考驗人耐心的過程， 不能有絲毫的急 躁， 電路的焊 接要一步一步來，焊點多，走線復(fù)雜。這又要我 們要靈活處理，一邊操 作一邊構(gòu)思，在不影響試驗的前提下加 快進度。 另外就是要熟練地掌握課本上的知識， 這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問 題進行分析解決。這是應(yīng)用課本知識的大好時機。 總之，通過這