八路競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)書

1、八路競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)書1 設(shè)計(jì)的意義及要求1.1 設(shè)計(jì)的意義 在很多電視競(jìng)賽和娛樂(lè)節(jié)目中，我們可以看到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(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合 .。1.2設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1.任務(wù)和要求 八路搶答器用于 8 人搶答，并且給出相應(yīng)的編號(hào)為 1、 2、 3、 4、5、 6、 7、 8 ， 為每名選手設(shè)置一個(gè)按鍵。在這里主要用的是 button 開(kāi)關(guān)，設(shè)置一個(gè)給主持人 清零的開(kāi)關(guān)，以便能開(kāi)始新的一輪的搶答。用七段數(shù)碼顯示管顯示獲得優(yōu)先搶答的選手的編號(hào)，搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能， 并將所鎖存的數(shù)據(jù)用數(shù)碼管顯示出來(lái)， 后動(dòng)作的選手的編號(hào)無(wú)法顯示， 一直保持 到工作人員清零結(jié)束為止。2 設(shè)計(jì)的

2、方案2.1 設(shè)計(jì)思路 根據(jù)設(shè)計(jì)的任務(wù)及要求，我主要將系統(tǒng)設(shè)計(jì)分為 3 大功能模塊：主電路、 數(shù)據(jù)采集電路、控制電路。主電路主要是由譯碼、 顯示電路；數(shù)據(jù)采集電路（獲得優(yōu)先搶答選手的編號(hào)） 分為 8 路搶答開(kāi)關(guān)、八 D 數(shù)據(jù)鎖存器（對(duì)搶答的編號(hào)進(jìn)行鎖存）、優(yōu)先編碼器、 加 1 電路；控制電路分為鎖存控制、倒記時(shí)控制、以下是我設(shè)計(jì)的總體框圖：如 圖下所示2.2方案設(shè)計(jì)電路圖如下-L10LR3410kR710LI IR4D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7OELEU1367181974LS3731417342588410kU11R974LS147

3、U374HC303 2 10R1h-GQ fq eq DQ CQ Bq AQU4:A74LS86TL kDR o_b RID cBA器件選擇整個(gè)電路的電子器件有：，74LS48 , 74HC04 , 74LS373 , 74LS147 ,74HC30, 74LS86，七段數(shù)碼管以及若干開(kāi)關(guān)和電阻。我詳細(xì)介紹一下我所設(shè)計(jì)的這兩個(gè)電路中所用到的重要器件（74LS48和74LS373）：74LS37374373八D鎖存器為三態(tài)輸出的8 D透明鎖存器,373的輸出端00-07可直接 與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端 0E為低電平時(shí)，00-07為正常邏輯狀態(tài)，可 用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) 0E為高電平時(shí)，00

4、-07呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線， 也不為總線的負(fù)載，但鎖存器部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí)，0隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時(shí)，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV373引出端符號(hào)：D0D7-數(shù)據(jù)輸入端OE-三態(tài)允許控制端LE-鎖存允許端00-07-輸出端74LS373外部管腿圖、真值表、邏輯圖，如下圖 3所示:Vcc 07 07 Oe 05 Ds D4 04 LELdmiLdLAJlAJIbJLdlAl0E Op Do D 0|0202 D3 O3 GND圖一外部管腳圖5圖二 邏輯圖表一 真值表圖3 74LS37

5、3外部管腿圖、真值表、邏輯圖Q 的電平； G 輸入端，與 8031ALE 連高電平： 暢通無(wú)阻低電平： 關(guān)門鎖存 圖中0E使能端，接地。當(dāng)G=“ 1時(shí)，74LS373輸出端1Q 8Q與輸入端 1D8D 相同；當(dāng) G 為下降沿時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。74LS484線七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器（BCD輸入，有上拉電阻）簡(jiǎn)要說(shuō)明輸出端（Ya-Yg）為高電平有效，可驅(qū)動(dòng)燈緩沖器或共陰極 VLED。當(dāng)要求輸出015時(shí)，消隱輸入（B I ）應(yīng)為高電平或開(kāi)路，對(duì)于輸出為0 時(shí)還要求脈沖消隱輸入（ R B I ）為高電平或者開(kāi)路。當(dāng)B I為低電平時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，Ya Yg均為低電平。當(dāng)RBI和地址端（A0 A

6、3）均為低電平，并且燈測(cè)試輸入端（ L T ）為高 電平時(shí)，Ya Yg為低電平，脈沖消隱輸出（R B O ）也變?yōu)榈碗娖?。?dāng)B I為高電平或開(kāi)路時(shí)，L T為低電平可使Ya Yg均為高電平。48 與248 的引出端排列、功能和電特性均相同，差別僅在顯示 6 和 9,248 所顯 示的6 和 9 比48 多出上杠和下杠。引出端符號(hào)A0 A3譯碼地址輸入端B I / R B O 消隱輸入（低電平有效） /脈沖消隱輸出（低電平有效）LT 燈測(cè)試輸入端（低電平有效）RB I 脈沖消隱輸入端（低電平有效）Ya-Yg段輸出Vqc f g a b c d e 詞 回nri冋 回nri回 回nnu回辺丨舁m m

7、 mB C LT BI/RBO RBI D A GNDBLANKING INPUT OR RIPPLELAHKING OUTPUTRIPPLE-BLANKING INPUTLAMP-TESTINPUT-OUTPUT雙列直插封裝DECIMAL OR FUNCTIONlFRE?DcBABl'RBOJb£def9NOTE0HHLILLLHIHHHHHHL111HXLLLHHLHHLLLL12HXLL77LHHHL百HH3HXLILHHHIHHHHILILH4HXLHLLHLHLLHH5HXLIHLHHIHITH"hILHH6HXLHIHLHLLHHHHH7HXLHHHHH

8、HLLLL8HXHILrrlHIH '冋HhHHH9HXHLLHHHHHLLHHWHXHLHLHLLLHHLH111HXHILHHHILLHHILILH12HXHHLLHLLLLHHT3HXHHLHHHILLHLHH14HXHHIHLHILLLHHHH15HXHHHHHLLLLLLLbiTX耳TT*LLLLLLLL2RBIHLLLLLLLLLLLLL3LTLXXXXXHHHHHHHH4功能表222方案具體思路基于八路搶答器所要滿足的任務(wù)要求：八路搶答，編碼電路，譯碼顯 示電路，顯示器顯示先搶答者得編號(hào)且后動(dòng)作者無(wú)效，以及裁判的清零作用。從各個(gè)要求來(lái)說(shuō)明我的設(shè)計(jì)思路。1八路搶答在這里準(zhǔn)備

9、8個(gè)按鈕，開(kāi)關(guān)選擇觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，按下去自動(dòng)復(fù)位，避免每次裁判清零的時(shí)候選手還要將開(kāi)關(guān)歸位2編碼電路顯示器顯示1-8號(hào)選手，所以在這里我選擇的是 74LS147,147是十進(jìn)制優(yōu)先編 碼器，一共1-9個(gè)輸入信號(hào)，在這里我取1-8端作為輸入端，輸入輸出都是低電 平有效3譯碼顯示電路由于是 8 線 3 線譯碼器，所以我選擇的是 74LS48 ，其輸入輸出都是高電平有 效，所以編碼器與譯碼器之間通過(guò)非門連接，才能實(shí)現(xiàn)正確的編碼譯碼 顯示器通過(guò)七段數(shù)碼顯示即可4.顯示先搶答者編號(hào)且后動(dòng)作者無(wú)效 在這里我想到使用鎖存器，我選擇 74LS373 八 D 鎖存器，其輸出端直接與總線 相連，使用比較方便，當(dāng)三態(tài)允許

10、控制端 OE 為低電平時(shí)， O0O7 為正常邏輯 狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng) OE 為高電平時(shí)， O0O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū) 動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器部的邏輯操作不受影響，所以讓0E端直接連接低電平，驅(qū)動(dòng)負(fù)載總線。 另外當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時(shí)， O 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) LE 為低電平時(shí)， 0 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。所以通過(guò)控制 LE 端的高低電平狀態(tài)從來(lái)實(shí)現(xiàn)所存功能， 滿足顯示器只顯示先搶答者的編號(hào)， 后動(dòng) 作者無(wú)效。5. 裁判清零功能一旦有人搶答時(shí)，鎖存器鎖存控制端LE處于低電平，裁判按下清零鍵，通過(guò)異或 門連接到LE端的為高電平，此時(shí)8D鎖存器輸出端電平隨輸入端

11、電平，所以8輸入 與非門輸出的為低電平， 而在觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)復(fù)位之后， 異或門兩輸入端分別為高低電 平，所以輸出為高電平，所以LE連接為高電平，可以實(shí)現(xiàn)下一輪的搶答。方案二 電路圖如下2.3方案比較我的方案中是用鎖存器74LS373作為鎖存電路，另一組方案中是用2片四D 觸發(fā)器作為鎖存電路；我的方案中是通過(guò)鎖存器 373的使能端LE來(lái)控制清零， 而小組方案中是控制四D觸發(fā)器的清零端來(lái)實(shí)現(xiàn)清零；我的編碼電路和另一種方 案均是采用147芯片，是10位編碼器，；譯碼顯示電路都一樣，用7448譯碼然 后通過(guò)七段數(shù)碼管顯示。相比于方案二，我的方案用到的門電路以及芯片較少， 做成實(shí)物的難度稍小 點(diǎn)，調(diào)試過(guò)程中出

12、現(xiàn)的問(wèn)題也會(huì)少些。3.各功能模塊說(shuō)明根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，我初步將系統(tǒng)分為3大功能模塊：主電路、數(shù)據(jù)采集電路和控制電路3.1.主電路由譯碼、顯示電路兩部分組成。譯碼器我選擇的是74LS48七段譯碼，顯示部分采用七段數(shù)碼管，如下圖所示32控制電路由鎖存控制和門電路兩部分組成。鎖存電路：八D數(shù)據(jù)鎖存器采用八D數(shù)據(jù)鎖存器74LS373，搶答前應(yīng)使鎖存允許LE=1，此時(shí)允許選手搶 答，當(dāng)有選手搶答有效時(shí)，要利用控制電路中的 LE=0，使數(shù)據(jù)被鎖存，其它選 手就搶答無(wú)效了。U133 D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7OELE 1274LS373I 1514 krr1 -6-9

13、-U133D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7OELE74LS373害T6-T9-12-16 19搶答后門電路的主要由搶答前8輸入的與非門和異或門組成，開(kāi)始搶答前，八個(gè)高電平輸入到與非門，出來(lái)的是低電平，與裁判控制處的高電平異或，輸出高電平，所以鎖存器在搶答前是連接高電平的，一旦有人搶答，8輸入與非門輸出高電平，通過(guò)與高電平的異或，輸出低電平，鎖存器實(shí)現(xiàn)所存功能，所以后搶答的人無(wú)效。當(dāng)裁判按下觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，鎖存被打開(kāi)，LE端低電平變?yōu)楦唠娖?，?shí)現(xiàn)清零功能R3-R5二10二R610kR710k"R8 ' - R9R1U13D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3

14、D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7OELE374LS373-2 苜5 6I"9盲12-15 二16 19TO14U4:A310k4 *R9R5J=L. 樂(lè)6 AJ=L. 條7 A3D0Q0D1Q1D2Q2D3Q3D4Q4D5Q5D6Q6D7Q7-OELE7U13U1174LS147U4:A=11274LS863 .數(shù)據(jù)采集電路(1) .八路搶答開(kāi)關(guān)為8位選手提供8個(gè)搶答的按鈕，這樣可以在松開(kāi)按鈕后及時(shí)復(fù)位，為下次做 準(zhǔn)備。這部分我利用的是試驗(yàn)儀上的 8個(gè)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。U13347813141718111DOD1D2D3D4D5D6D7)QOQ1Q2Q3Q4Q5Q6優(yōu)先編碼器25691215

15、1619R2OE采用優(yōu)先編碼器74LS147是十進(jìn)制專用編碼器集成芯片，編碼輸入為L(zhǎng)EI1 -9 , 一共9個(gè)編碼輸入信號(hào)，無(wú)零輸入端，我在這里選用1-8號(hào)輸入端，控制74LS373數(shù)碼管顯示0-8這八個(gè)數(shù)字，輸入輸出端均為低電平有效。987654321U113 2 10 Q Q Q Q4電路的裝配與檢測(cè)調(diào)試4.1電路的裝配1由圖中所示的八路搶答器的總體方框圖，按照各個(gè)模塊的流向分單元裝 配，逐級(jí)級(jí)聯(lián)。2我接好電路后，開(kāi)始檢驗(yàn)我的結(jié)果。3檢測(cè)完電路后，開(kāi)始驗(yàn)證，首先 8 位選手進(jìn)行搶答，一旦有人搶答后再 有人搶答，顯示管不顯示后動(dòng)作者（與設(shè)計(jì)要求相符） 4另外，按下裁判的清零鍵，顯示數(shù)據(jù)清零，

16、下一輪搶答可以開(kāi)始。（與設(shè)計(jì) 要求相符）4.2 調(diào)試方法電子電路調(diào)試方法有兩種：分塊調(diào)試和整體調(diào)試（ 1）分塊調(diào)試法分塊調(diào)試是把總體電路按功能分成幾個(gè)模塊， 對(duì)每個(gè)模塊分別進(jìn)行調(diào)試。 模 塊調(diào)試的順序最好按信號(hào)的流向， 一塊一塊進(jìn)行， 逐步擴(kuò)大調(diào)試圍， 最后完成總 調(diào)。實(shí)施分塊調(diào)試有兩種方法一種邊安裝邊調(diào)試； 另一種是總體電路一次組裝完 畢后再分塊調(diào)試。分塊調(diào)試的優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)栴}出現(xiàn)圍小，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)，易于解決。（2）整體調(diào)試此種方法是把整個(gè)電路組裝完畢后，不進(jìn)行分塊調(diào)試，實(shí)行一次性總調(diào)。43 調(diào)試步驟1）檢查電路對(duì)照電路圖認(rèn)真檢查電路， 首先查看電源是否接錯(cuò)或與地短接， 然后檢查各 芯片是否安裝牢固

17、， 最后對(duì)照電路圖認(rèn)真查看各芯片的管腳是否接錯(cuò)、 漏接或出 現(xiàn)多接線的現(xiàn)象。（2）接通電源觀察在檢查電路無(wú)誤后， 接通電源， 如果出現(xiàn)異?，F(xiàn)象立即關(guān)閉電源，觀察各個(gè) 單元電路是否能夠正常工作， 找出出錯(cuò)的單元電路， 如果有錯(cuò)， 則用萬(wàn)用表對(duì)各 個(gè)電路逐個(gè)檢查，直至查出錯(cuò)誤，并加以改正。（3）對(duì)各個(gè)功能電路的檢測(cè)閉合工作開(kāi)關(guān)，觀察顯示結(jié)果是否正確，如果存在問(wèn)題繼續(xù)調(diào)試。調(diào)試結(jié)束 后觀察調(diào)試后的結(jié)果是否符合設(shè)計(jì)要求。4.4 調(diào)試結(jié)果接通電源后，第一次的調(diào)試的結(jié)果是，置數(shù)不是 24 并且不能計(jì)數(shù)。我們根 據(jù)可以正常工作的部分來(lái)進(jìn)行分析， 一步一步的檢查， 分析哪部分的設(shè)計(jì)是沒(méi)有 問(wèn)題的，然后根據(jù)出問(wèn)

18、題的部分再進(jìn)行分析， 然后繼續(xù)調(diào)試， 最終得到了正確的 電路。最后調(diào)試到各部分電路。45 調(diào)試中故障及解決辦法 由于電路中的芯片、插線、面包板的質(zhì)量、接觸等都存在一定的問(wèn)題，故 調(diào)試中出現(xiàn)問(wèn)題是不可避免的。 在調(diào)試的過(guò)程中， 發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能置數(shù)， 不能完 整顯示搶答者編號(hào)， 逐個(gè)單元電路檢查線路后發(fā)現(xiàn)弄反了高低輸入端， 改正后發(fā) 現(xiàn)能實(shí)現(xiàn)電路所要求的所有功能。經(jīng)過(guò)檢測(cè)電路出現(xiàn)了一點(diǎn)故障， 但是經(jīng)過(guò)耐心檢查， 電路能實(shí)現(xiàn)所要求所有功 能，實(shí)驗(yàn)比較成功。5 仿真操作步驟及使用說(shuō)明1 運(yùn)行仿真軟件 proteus2 進(jìn)入操作界面，新建工程界面如下3根據(jù)對(duì)象類型選擇圖標(biāo)，選擇所需要的元件吟擇原理圖對(duì)彖

19、的枚置類型“卜 一放r:在匸只粗選中器件，在編輯窗移動(dòng)竄標(biāo)，點(diǎn)擊左犍放置器件、 卜-放宣節(jié)點(diǎn)當(dāng)兩天連線交庚時(shí)，迪冒一個(gè)節(jié)點(diǎn)衷示連通.獨(dú) -放置網(wǎng)給標(biāo)號(hào)；電路連線可以用網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)替代寰真有相同標(biāo)號(hào)飽線是連通的。 s -放置文本說(shuō)朗此內(nèi)容是對(duì)電躋的說(shuō)明*與曲路仿真無(wú)關(guān)°T 一放置總線：肖爭(zhēng)銭并押時(shí)為商化連線可以用總線表示.i -放置子電路：肖圖班較小時(shí)，可以將部分電路以子電踣理式畫在另一張圖紙上。 L -移動(dòng)亂標(biāo)二點(diǎn)擊此鍵后*収消左健的啟冒功肚*但仍可以編輯對(duì)尊“I *4加載元件庫(kù)選擇器件5完成電路圖纟士審五結(jié)束語(yǔ)心得體會(huì)在設(shè)計(jì)之前，參考了許多相關(guān)的資料。在設(shè)計(jì)中又參考了以前講過(guò)的搶答器的

20、原 理圖，所以我初步有了基本的思路。但著手設(shè)計(jì)時(shí)，又出現(xiàn)了許多未預(yù)料到的問(wèn)題，首先就是元器件的選擇，在選 擇編碼器時(shí)，是采用普通編碼器還是優(yōu)先編碼器。 普通編碼器中，任何時(shí)刻只允 許輸入一個(gè)編碼信號(hào)，否則輸出將發(fā)生混亂。所以選擇了優(yōu)先編碼器。但是74LS 系列中眾多不同管腳的類型，選擇哪個(gè)作編碼器?？紤]到顯示顯示1-8號(hào)，經(jīng)過(guò)查找，選擇了 74LS147，因?yàn)橄胗脭?shù)字的形式顯示搶答者的編號(hào)，所以選擇了 數(shù)碼顯示管，但數(shù)碼顯示管不能直接連接，數(shù)碼顯示管需要由TTL或CMOS集成電路驅(qū)動(dòng)，所以在TTL還是CMOS集成電路上又進(jìn)行了比較和選擇。最后選擇了數(shù)顯譯碼器， 用它將輸出的二進(jìn)制代碼譯成相對(duì)應(yīng)

21、的高、 低信號(hào)， 用其作為 數(shù)碼顯示管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，數(shù)碼顯示管顯示出相對(duì)應(yīng)的選手編號(hào) 在一些設(shè)計(jì)原理上也遇到了許多新問(wèn)題。 發(fā)現(xiàn)當(dāng)電源接通后， 數(shù)碼顯示管不能顯 示編號(hào)，有幾段不能顯示，經(jīng)同學(xué)以及老師的指證，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)通的原因，并及時(shí)的 改正。通過(guò)這次八路搶答器的設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了以往學(xué)習(xí)中的許多不足，也讓我掌握了 以往許多在數(shù)電掌握的不太牢的知識(shí)，感覺(jué)學(xué)到了很多東西。二周的課程設(shè)計(jì)， 讓我知道 ，要設(shè)計(jì)出一個(gè)完整的電路必須要有耐性和堅(jiān)持下去的毅力。在整個(gè) 電路的安裝調(diào)試的過(guò)程中， 花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)元件電路的連接， 電路的細(xì)節(jié) 設(shè)計(jì)以及連完線路后的檢查工作上， 其中在連接電路是出現(xiàn)問(wèn)題比較多， 在各元 件的連接的調(diào)試的時(shí)候出現(xiàn)了問(wèn)題在老師的指導(dǎo)和講解下我門有了更深刻的認(rèn) 識(shí)，同時(shí)對(duì)元件的原理的功能了解的更多更深刻。在這次過(guò)程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要反復(fù)實(shí)踐