四路搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、信息科學(xué)技術(shù)學(xué)院自動(dòng)化*班四路搶答器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告一、設(shè)計(jì)任務(wù):1、鞏固和加深對(duì)電子電路基本知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識(shí)的能 力。2、養(yǎng)成根據(jù)設(shè)計(jì)需要選學(xué)參考書籍，查閱相關(guān)手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能 力。3、通過電路方案的分析、論證和比較，設(shè)計(jì)計(jì)算和選取元器件、電路組裝、調(diào) 試和檢測(cè)等環(huán)節(jié)，初步掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。4、 學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和性能指標(biāo)的測(cè)試方法，提高學(xué)生動(dòng)手能力和進(jìn)行 數(shù)字電子電路實(shí)驗(yàn)的基本技能。二、技術(shù)指標(biāo)搶答器是一種具有優(yōu)先輸出的電子電路。它的基本功能是，在四組參賽的 情況下，首先搶答者發(fā)出搶答信號(hào)，此時(shí)其他參賽組的搶答電路即失去控制作 用

2、。在優(yōu)先搶答者解除搶答信號(hào)后，電路才自動(dòng)恢復(fù)到各組又可均等搶答的狀 態(tài)中。1、設(shè)計(jì)一個(gè)可供4人進(jìn)行的搶答器。2、系統(tǒng)設(shè)置復(fù)位按鈕，按動(dòng)后，重新開始搶答。3、搶答器開始時(shí)數(shù)碼管無顯示，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。搶答后顯示優(yōu)先搶答者序號(hào)，同時(shí)發(fā)出音 響。并且不出現(xiàn)其他搶答者的序號(hào)，這樣其它選手無法再搶答，達(dá)到搶答目的。4、搶答器具有定時(shí)搶答功能，本搶答器的時(shí)間設(shè)定為10秒，當(dāng)主持人啟動(dòng)“開 始”開關(guān)后，定時(shí)器開始減計(jì)。5、設(shè)定的搶答時(shí)間內(nèi)，選手可以搶答，這時(shí)定時(shí)器開始工作，顯示器上顯示選手的號(hào)碼和搶答時(shí)間。并保持到主持人按復(fù)位鍵。6當(dāng)設(shè)定的時(shí)間一到，而

3、無人搶答時(shí)，本題報(bào)廢，選手們無法再搶答，同時(shí)揚(yáng) 聲器報(bào)警發(fā)出聲音，定時(shí)器上顯示 0。三、元件清單:器件型號(hào)數(shù)量?器件型號(hào)數(shù)量二極管10BQ0152七段譯碼器74LS482電阻52進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS1611電阻20k1? 四D觸發(fā)器74LS1751電阻1M1同步雙時(shí)鐘加/減計(jì)數(shù)器74LS1921電阻48k2?5552反向器74LS041?四輸入或門40721二輸入與門74LS082?電容10n1三輸入與門74LS112?電容1四輸入與門74LS211?電容1uF1開關(guān)5共陽七段數(shù)碼管7SEG-COM-CATHODE2四、電路框圖如下:搶答按鈕譯碼搶答控制電路*七段 數(shù)碼 管顯示報(bào)警電路1）智能搶

4、答器 總體方框圖如上圖所示。其工作原理為：接通電源后，主 持人將K）撥到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器不 顯示；主持人用開關(guān)K0清零，宣布"開始"并按下K0狀態(tài)開關(guān)搶答器工作。定時(shí) 器計(jì)時(shí)。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯 示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩 余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。具體操 作如下：在主持人宣布開始并按下 K）, Ki、K2、K3、K4四個(gè)組參與搶答。當(dāng)有搶答者首先

5、 按下?lián)尨痖_關(guān)時(shí)，顯示相應(yīng)的序號(hào)并伴有聲響，同時(shí)，搶答器不再接收其它組的 搶答干擾。顯示搶答者組號(hào)。在限定時(shí)間9秒后無人搶答時(shí)，該題作廢，用聲響提示，并顯示順計(jì)時(shí)的時(shí) 間。五. 總電路圖如下（附錄）：六、單元電路的設(shè)計(jì)1、搶答部分電路該電路完成的功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼 顯示電路顯示編號(hào)；工作過程：當(dāng)主持人表示開始作答時(shí)，按下復(fù)位鍵即清零。當(dāng)有選手搶答時(shí)，通過顯示電路顯示組號(hào)，及報(bào)警電路發(fā)出聲響。其中，74LS175起到鎖存作用，74LS48起到譯碼作用。2.七段數(shù)碼管顯示電路此電路是通過74LS48譯碼，將所搶答組號(hào)顯示在七段數(shù)碼管上。通過以下原理實(shí)現(xiàn)

6、：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(jì)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3V, 驅(qū)動(dòng)電流為幾十毫安。圖5-2是七段LED數(shù)碼管的引線圖和顯示數(shù)字情況。74LS48 譯碼驅(qū)動(dòng)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。圖3-3(a)是共陰式LED數(shù)碼管的原理圖，使用時(shí)，公陰極接地，7個(gè)陽極a,b,c,d,e,f,g 由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動(dòng)，如圖3-3(b)所示。(a)引線圖(b)七段字形組合情況圖3-3共陰式LED數(shù)碼管的原理圖和驅(qū)動(dòng)電路a

7、 b±u ±u Xu nuE1/直GKDGND圖3-3(c )七段LED數(shù)碼管(2) 74LS48是輸出高電平有效的中規(guī)模集成 BCD七段顯示譯碼驅(qū)動(dòng)器，它 的真值表見表下圖所示74LS48的輸入端是A3A2AA0四位二進(jìn)制信號(hào)(8421BCD碼)，a、b、c、d、e、f、g是七段譯碼器的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高電平有效?？芍苯域?qū)動(dòng)共陰極七段數(shù)碼管，lt，Ibr,IB/Ybr是使能端，起輔助控制作用。（3）使能端的作用如下：a LT是試燈輸入端，當(dāng)LT =0，Ib/Ybr=1時(shí)，不管其它輸入是什么狀態(tài)，ag 七段全亮；b滅燈輸入Ib，當(dāng)Ib=O,不論其它輸入狀態(tài)如何，ag均為0,顯

8、示管熄滅；c動(dòng)態(tài)滅零輸入I br，當(dāng)Lt =i, I br =0時(shí)，如果A3a2aiAo =0000時(shí)，ag均為各段熄滅；d動(dòng)態(tài)滅零輸出Ybr，它與滅燈輸入1B共用一個(gè)引出端。當(dāng)Ib=0或Ibr =0且LT =1, A3a2aiAo=0000時(shí)，輸出才為0。片間Ybr與Ibr配合，可用于熄 滅多位數(shù)字前后所不需要顯示的零。設(shè)計(jì)中有三處要用到顯示器的，倒計(jì)顯示按照順序接線就可以了，讓1、3路相與后接入7448A0端，2、3路相與后接入A1端，而4直接接入A2端。讓A3端懸空。這樣就可以實(shí)現(xiàn)邏輯功能的轉(zhuǎn)換。3、廢題計(jì)時(shí)電路本電路通過555做多諧振蕩器，74LS192計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)和BCDt段譯碼器74

9、LS48 （其輸出是驅(qū)動(dòng)七段字形的七個(gè)信號(hào)），實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)廢題功能，當(dāng)主持人宣布開始 答題時(shí)，計(jì)數(shù)器順時(shí)計(jì)數(shù)，若無人搶答，計(jì)數(shù)器計(jì)到零時(shí)，通過報(bào)警電路發(fā)出聲 響。該題作廢。（1）通過定時(shí)器555接成多諧振蕩器，工作原理：其基本工作原理如下：多諧振蕩器有兩個(gè)暫態(tài)。假設(shè)當(dāng)電源接通后，電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)，電容C1 Ucc上電壓UC略低于3 時(shí)，Ub輸出高電平，V截止，電源UCc通過R、R給電U cc U c U cc容C充電。隨著充電的進(jìn)行UC逐漸增高，但只要33，輸出電壓UO就一直保持高電平不變，這就是第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。2 2 U CCU CC當(dāng)電容C上的電壓UC略微超過3 時(shí)（即U和U2均大于等于3 時(shí)

10、），RS觸發(fā)器置0,使輸出電壓UO從原來的高電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即 Ub =0，V1導(dǎo)通飽 和，此時(shí)電容 C通過 R和Vi放電。隨著電容 C放電，UC下降，但只要|Ucc U3Ucc，UO就一直保持低電平不變，這就是第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)丄Ucc當(dāng)a下降到略微低于3 時(shí)，rs觸發(fā)器置i，電路輸出又變?yōu)閡o=1，v截止，電容c再次充電，又重復(fù)上述過程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖。振蕩周期計(jì)算為：廠=石+石二°7広1 + 2RM =1 （秒）圖5-4-1 555定時(shí)器內(nèi)部框圖Vec放 電 端閾值端控端g76555id234圖 5-4-1 555定時(shí)器引腳排列真值表5-4-2如下:輸入輸出RDVI

11、1VI2VOTD狀態(tài)0低導(dǎo)通1>2VCC/3>VCC/3低導(dǎo)通1<2VCC/3>VCC/3不變不變1<2VCC/3<VCC/3高截止1>2VCC/3<VCC/3高截止外部管腳圖:(2)字符顯示原理同上電路圖如下4、報(bào)警電路該電路通過555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。如下圖所示電路中,七、問題及解決1、由總電路可以看到，本次課程設(shè)計(jì)的接線十分之多，因?yàn)樵诮泳€時(shí)要十分細(xì) 心，如果不小心就會(huì)接錯(cuò)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)體連接的過程中，每一步都小心翼 翼地做。一條線接錯(cuò)或者一條線在過程中不小心被動(dòng)到，都有可能讓整個(gè)電 路沒有反應(yīng)，所以每一步都必須要小心，沒有人

12、希望重新連接一次，器件和 線路實(shí)在是多，最好能夠先把電路劃分清晰，就是盡量明顯的把個(gè)各塊獨(dú)立 的電路組成部分分開得明顯些，這樣就算接錯(cuò)了也可以大概檢查各塊輸出就 知道哪里出問題，減少檢查的范圍和數(shù)量，更省時(shí)省力。2、555脈沖源時(shí)應(yīng)該用LED燈作顯示，測(cè)試脈沖信號(hào)輸出輸入情況，電阻在接入 前要測(cè)試保證其可以正常工作。最好就是把輸出接在LED燈上，一直接線，一直觀察它的燈亮情況，直到它會(huì)正常閃爍為止。說明脈沖源正常工作。3. 仿真測(cè)試必須與實(shí)際相符，可以保證測(cè)試出來的是正確的結(jié)果，測(cè)試正確之 后便可以無后顧之憂地做電路圖，讓設(shè)計(jì)更加順利。不宜在此工作花費(fèi)太多 時(shí)間容易影響接下來的設(shè)計(jì)。八、心得體會(huì):通過這次的課程設(shè)計(jì)，讓我看到了自己知識(shí)掌握的的程度，發(fā)現(xiàn)基礎(chǔ)薄弱， 但通過對(duì)此次課程設(shè)計(jì)加深了對(duì)相關(guān)知識(shí)的理解， 對(duì)相關(guān)器件的實(shí)際使用有了更 深一步的認(rèn)識(shí)。1.在做電路設(shè)計(jì)之前，大量的前期工作是非常必要而且是值得花大量時(shí)間去 做的，了解芯片的引腳和功能，然后是電路圖的設(shè)計(jì)，在電腦上模仿以及修改，仿真，這是一個(gè)相當(dāng)費(fèi)時(shí)間的工作。但當(dāng)正確的測(cè)試結(jié)果出來時(shí)，確實(shí)非常讓人 有成就感。2、在連接實(shí)物電路時(shí)，要注意分步完成電路，而不是將所有一起接起來。 結(jié)果當(dāng)把線接好時(shí)，不知道哪里出錯(cuò)，不工作了。由于線接得比較多，人也亂了, 很難檢查錯(cuò)誤。調(diào)試后發(fā)