數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)-九路搶答器

1、黎明職業(yè)大學(xué) 信息與電子工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì)報(bào)告數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)九路搶答器小組成員： 學(xué)號(hào)：班 級(jí)： 指導(dǎo)老師： 目錄1引言32設(shè)計(jì)任務(wù)與要求33設(shè)計(jì)方案 43.1方案圖及原理43.2電路圖及其原理54單元電路設(shè)計(jì)方法6 4.1聲響電路 6 4.2搶答電路 7 4.3數(shù)碼管 10 4.4定時(shí)電路 115仿真結(jié)果126實(shí)焊電路圖137軟硬件結(jié)合測(cè)試步驟及結(jié)果148設(shè)計(jì)收獲和體會(huì)149元器件清單1510參考文獻(xiàn)161、引言隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多競(jìng)爭(zhēng)場(chǎng)合要求有快速公正的競(jìng)爭(zhēng)裁決，例如證券、股票交易及各種智力競(jìng)賽等。在現(xiàn)代社會(huì)生活中，智力競(jìng)賽更是作為一種生動(dòng)活潑的教育形式和方法能夠引

2、起觀(guān)眾極大的興趣。而在競(jìng)賽中往往分為幾組參加，這時(shí)針對(duì)主持人提出的問(wèn)題，各組一般要進(jìn)行必答和搶答，對(duì)必答一般有時(shí)間限制，到時(shí)有聲響提示；對(duì)于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，這就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。一般搶答器由很多門(mén)電路組成，線(xiàn)路復(fù)雜，可靠性低，特別是搶答路數(shù)增多時(shí)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)更加困難。本文介紹了一種利用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。 數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開(kāi)關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開(kāi)始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存

3、，并數(shù)碼管上顯示選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出聲音提示；同時(shí)封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間為9秒。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，要求定時(shí)器立即進(jìn)行減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示通過(guò)定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止；如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，而沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，定時(shí)顯示器上顯示0并閃爍。經(jīng)過(guò)布線(xiàn)、焊接、調(diào)

4、試等工作后數(shù)字搶答器成形。2、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1)、測(cè)試選手的反應(yīng)能力，可為不同人數(shù)，最多為9人，以9人為例，選手每人一個(gè)按鈕，分別用S0S8表示；2)、設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)清零和搶答控制開(kāi)關(guān)S，由主持人控制；3)、用LED數(shù)碼顯示器顯示搶答成功者的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出提示聲音（叮咚或音樂(lè)）；4)、設(shè)定搶答時(shí)間，當(dāng)主持人宣布搶答開(kāi)始，計(jì)時(shí)器開(kāi)始以秒為單位進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，同時(shí)揚(yáng)聲器有短暫的聲響提示。在搶答時(shí)間內(nèi)，選手搶答成功，這時(shí)計(jì)時(shí)器停止工作，顯示器上顯示參賽者的編號(hào)，保持到主持人按復(fù)位鍵為止。當(dāng)規(guī)定的時(shí)間到，仍無(wú)人搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，揚(yáng)聲器報(bào)警發(fā)出聲音，并禁止搶答，計(jì)時(shí)器上顯示“0”；3、設(shè)計(jì)方案3.

5、1方案圖及其原理圖1、反應(yīng)測(cè)試器方案圖如圖1所示為總體方框圖。接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到“清零”狀態(tài)，反應(yīng)測(cè)試器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈；主持人將開(kāi)關(guān)置“開(kāi)始”狀態(tài)，宣布“開(kāi)始”反應(yīng)測(cè)試器工作。選手開(kāi)始搶答，選手在搶答時(shí)，反應(yīng)測(cè)試器做出優(yōu)先判斷是哪位選手，反應(yīng)測(cè)試器具有編號(hào)鎖存和編號(hào)顯示的功能，即顯示出選手的號(hào)碼，每次選手搶答，聲響電路都會(huì)發(fā)出響聲。當(dāng)一輪測(cè)試之后，定時(shí)器停止、禁止二次測(cè)試。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開(kāi)始"狀態(tài)開(kāi)關(guān)。3.2、電路圖及其原理圖2、反應(yīng)測(cè)試器電路圖工作原理:通過(guò)編碼二極管編成BCD碼，將高電平加到CD4

6、511所對(duì)應(yīng)的輸入端。從CD4511的引腳可以看出，引腳6、2、1、7分別為BCD碼的D、C、B、A位（D為高位，A為低位，即D、C、B、A分別代表BCD碼8、4、2、1位）。當(dāng)電路上電，主持人按下復(fù)位鍵，選手就可以開(kāi)始按鍵了。數(shù)碼管起初顯示為0，當(dāng)選手1按下S1測(cè)試鍵，高、低電平通過(guò)編碼二極管加到CD4511集成芯片，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0001”，數(shù)碼管顯示為1；當(dāng)選手2按下S2測(cè)試鍵，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0010”，數(shù)碼管顯示為2；當(dāng)選手3按下S3測(cè)試鍵，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0011”，數(shù)碼管顯示為3；當(dāng)選手4按下S4測(cè)試鍵，此時(shí)CD4511輸入BCD

7、碼為“0100”，數(shù)碼管顯示為4；當(dāng)選手5按下S2測(cè)試鍵，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0101”，數(shù)碼管顯示為5；當(dāng)選手6按下S6測(cè)試鍵，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0110”，數(shù)碼管顯示為6；當(dāng)選手7按下S7測(cè)試鍵，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0111”，數(shù)碼管顯示為7；當(dāng)選手8按下S8測(cè)試鍵，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“1000”，數(shù)碼管顯示為8；當(dāng)選手9按下S9測(cè)試鍵，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“1001”，數(shù)碼管顯示為9；選手每按下一次按鍵，聲響電路響一聲。4、單元電路設(shè)計(jì)方法4.1、聲響電路4.1.1、聲響電路原理及原理圖由555集成電路和三極管構(gòu)成，其中555集

8、成電路構(gòu)成多諧振蕩器，震蕩頻率f0=1.43/(R1+2R2)C,周期T=0.7（R1+2R2）】C，其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器響聲。當(dāng)555集成電路的4腳外加的控制信號(hào)為高電平時(shí)，多諧振蕩器的工作，在3腳輸出脈沖信號(hào)，揚(yáng)聲器發(fā)出提示聲；反之，多諧振蕩器停振蕩。聲響電路原理圖如下所示：圖3、聲響電路圖4.1.2、555定時(shí)器引腳圖圖4、555引腳圖 1腳接地GND 2腳為觸發(fā) 3腳為輸出 4腳復(fù)位 5腳控制電壓 6腳門(mén)限(閾值）7腳放電 8腳接電源電壓Vcc4.1.4產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)電路圖圖 5、脈沖信號(hào)電路圖4.2、搶答電路該部分主要完成兩個(gè)功能：一是分辨選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編

9、號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；二是禁止其他選手按鍵操作無(wú)效。選用芯片CD4511可以完成上述功能。4.2.1、CD4511引腳圖圖 64.2.2、CD4511引腳功能BI:4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)是什么的，七段數(shù)碼管都會(huì)處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。當(dāng)LE=1時(shí)譯碼器是鎖定 保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。LT：3腳是測(cè)試控制端，當(dāng)BT=1時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮全部顯示，它主要用來(lái)檢測(cè)數(shù)7段碼管是否有物理?yè)p 壞。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。A、b、c

10、、d、e、f、g、為譯碼器輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的里面有上拉電阻，可直接或者接一個(gè)電阻與七段數(shù)碼管接口。4.2.3、CD4511的工作原理圖7、CD4511工作真值表鎖存功能：譯碼器的鎖存電路由傳輸門(mén)和反相器組成，傳輸門(mén)的導(dǎo)通或截止由控制器LE的電平狀態(tài)。當(dāng)LE為“0”電平導(dǎo)通，TG2截止；當(dāng)LE為“1”電平時(shí)，TG1截止，TG2導(dǎo)通此時(shí)有鎖存作用譯碼：CD4511譯碼用兩級(jí)或非門(mén)擔(dān)任，為了簡(jiǎn)化線(xiàn)路，先用二輸入端與非門(mén)對(duì)輸入數(shù)據(jù)B、C進(jìn)行組合，得出四項(xiàng)，然后將輸入的數(shù)據(jù)AD一起用或非門(mén)譯碼。消隱：BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。4.2.4

11、搶答電路原理圖圖 84.3數(shù)碼管此次試驗(yàn)選用的是共陰數(shù)碼管SM4205圖9、數(shù)碼管原理圖數(shù)碼管管腳：1腳為g 2腳為f 3腳與電容相連接VCC 4腳為a 5腳為b 6腳為e 7腳為d 8腳接地 9腳為c4.4定時(shí)電路由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，74LS192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)。計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒(méi)有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)， 輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無(wú)效。

12、74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，具備雙時(shí)鐘輸入，同時(shí)具備清零和置位功能。4.4.1、74LS192引腳圖及其功能圖10、 74LS192的引腳排列及邏輯符號(hào)（a）引腳排列 (b) 邏輯符號(hào)圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端， 為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。4.4.2功能表5、仿真結(jié)果利用仿真軟件proteus 對(duì)電路進(jìn)行仿真。按照總體的電路圖，將各個(gè)元件，芯片，電源等排好，用導(dǎo)線(xiàn)連接，開(kāi)始仿真，首先按下復(fù)位鍵，進(jìn)行測(cè)試，先按S1鍵，數(shù)碼管顯示1，蜂鳴器響，再按其他鍵，每按一次蜂鳴器響一下，數(shù)

13、碼管不變。測(cè)試完，再按復(fù)位鍵，進(jìn)行其他鍵測(cè)試，現(xiàn)象同第一次測(cè)的，這里給出S3鍵的結(jié)果如圖所示。圖11、電路仿真圖6、實(shí)焊電路圖圖 12圖 137、軟硬件結(jié)合測(cè)試步驟和結(jié)果焊接完畢后，在接通電源前，先用萬(wàn)用表仔細(xì)檢查各管腳間是否有短路，虛焊、漏焊現(xiàn)象。檢查無(wú)誤后，先不要把各個(gè)集成塊插入芯片插座中，然后接通電源，用手觸摸橋碓,看看是否發(fā)熱,或者用萬(wàn)用表測(cè)試其兩端的電壓是否在10V左右。如果發(fā)熱或者電壓為零則說(shuō)明電路中有短路的現(xiàn)象，要立刻切斷電源，再做仔細(xì)的檢查，改正后再進(jìn)行同樣的測(cè)試，直到正常為止。再測(cè)試各個(gè)芯片的電壓是否正常，正常的話(huà)可以把各個(gè)集成塊芯片插入芯片插座中。以上檢查無(wú)誤后,再進(jìn)行調(diào)試

14、。首先按下復(fù)位鍵，用萬(wàn)用表測(cè)試芯片的電平，看電路連接是否正確，如有問(wèn)題，要切斷電源檢查。如果沒(méi)有的就再按下?lián)尨鸢粹oS1，數(shù)碼管的顯示數(shù)字是否為“1”。不是的話(huà)再仔細(xì)地檢查電路中的連接，再看看蜂鳴器是否響。是的話(huà)就依次按下S2、S3S9，按照相同的操作，進(jìn)行檢查。經(jīng)檢查和改正，電路板正確，進(jìn)行測(cè)試。首先給電路板VCC端接上8V的電壓，接地端接地，電路板顯示0,按下復(fù)位鍵，再按下S1鍵，數(shù)碼管顯示1，且蜂鳴器響，再按其他鍵，每按一次，蜂鳴器響一次，且數(shù)碼管顯示的數(shù)字為1不變。按下復(fù)位鍵，再按下S2鍵，數(shù)碼管顯示2，且蜂鳴器響，再按其他鍵，每按一次，蜂鳴器響一次，且數(shù)碼管顯示的數(shù)字為2不變。按復(fù)位鍵

15、，再按下S3鍵，數(shù)碼管顯示3，且蜂鳴器響，再按其他鍵，每按一次，蜂鳴器響一次，且數(shù)碼管顯示的數(shù)字為3不變。其他的按鍵測(cè)試同上述過(guò)程。由硬件測(cè)得的結(jié)果可看出，硬件測(cè)試出的結(jié)果與軟件仿真出的結(jié)果相同。8、設(shè)計(jì)收獲和體會(huì)通過(guò)這次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了很多，了解了很多，而且學(xué)會(huì)了很多課本上學(xué)不到的知識(shí)，鍛煉并提高了我的動(dòng)手實(shí)踐能力和獨(dú)立思考能力，真的做到了學(xué)以致用。之前都是在課堂上聽(tīng)老師講，這一次要親手去操作，去焊接電路板等，還是感覺(jué)很興奮。首先要理解題目要求，通過(guò)查閱書(shū)籍以及相關(guān)的資料等，作為參考，設(shè)計(jì)出電路圖。在這個(gè)過(guò)程中，會(huì)發(fā)現(xiàn)有很多的問(wèn)題，也充分的體現(xiàn)了自己學(xué)習(xí)的知識(shí)的不足，也使我感覺(jué)到只學(xué)課本

16、上的知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要理論和實(shí)踐相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)看書(shū)或者向老師同學(xué)請(qǐng)教，而且鞏固了以前所學(xué)的知識(shí)，對(duì)其有了更深一步的理解，在焊接電路板的過(guò)程中，一定要細(xì)心，注意不要漏焊、虛焊等，因?yàn)檫@是很重要的一步，因?yàn)榻酉聛?lái)的實(shí)驗(yàn)是否成功，焊接的電路板起著決定性的作用。在調(diào)試的過(guò)程中，我的電路板的計(jì)時(shí)數(shù)碼管顯示的倒計(jì)時(shí)為奇數(shù)，當(dāng)時(shí)很疑惑，因?yàn)榉抡娴慕Y(jié)果是正確的，然后我仔細(xì)檢查了一下電路板，原來(lái)是我把數(shù)碼管的管腳資料弄錯(cuò)了，所以細(xì)心真的很重要，因?yàn)轳R虎就能導(dǎo)致結(jié)果出不來(lái)或是更嚴(yán)重的后果，如果出現(xiàn)了問(wèn)題，一定要靜下心來(lái)，弄清楚到底是哪里出現(xiàn)了問(wèn)題，而不是著急和煩躁，越是那樣越檢查不出錯(cuò)誤在哪里。總之，這一次的課程設(shè)計(jì)，我收獲頗多，對(duì)我來(lái)說(shuō)很有意義。9、元器件清單序號(hào)元件數(shù)量二極管1N414811開(kāi)關(guān)11電阻10K6電阻2K1電阻2201電阻5102電阻1K1電阻15K2電阻68K2芯片74LS1921芯片CD40681芯片CD45112芯片74LS001芯片5552電解電容10uf1電解電容100uf1瓷片電容1032瓷片電容1042NPN90131數(shù)碼管SM4