數(shù)字電子線路課程設計數(shù)字搶答器

1、衡陽師范學院物理實驗報告冊實驗課程數(shù)字電子線路課程設計系 別：物理與電子信息科學系2011 級 電工（信）1（2）班姓名學號2013年6月 8日題目：數(shù)字搶答器作 者:指導老師:陳列尊、李志強方案設計（30分）實驗操作(40 分)實驗報告（30 分）總分科學性(10分)規(guī)范性(10分)創(chuàng)新性(10分)實驗能力(36分)儀器設備（4 分）實驗報告（30分）注：90分以上為優(yōu)，8089為良，7079為中，60-69為及格，60分以下為不及格評語:等級:設計要求1、基本部分設計一個智力競賽搶答器，可同時供8名選手或者8名代表參加比賽。給主持設置一個開關，用來控制系統(tǒng)的清

2、零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答器的開始。搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能，搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。2、發(fā)揮部分搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以有主持人設定，（如30S）。當節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時間0.5S左右。參賽選手在設定的時間內搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示的選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。一、方案設計1、搶答電

3、路的設計設計電路如圖1所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS279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：開關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

4、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，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標志端，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CTR，使優(yōu)先編碼工作標志端，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。如有再次搶答需由主持人將S開關重新置“清除”然后再進行下一輪搶答。74LS148為8線3線優(yōu)先編碼器。圖1搶答電路圖搶答電路采用的方案所需要的元件清單如表1所示：表1:搶答電路元件清單:元件名稱型號規(guī)格數(shù)量(個)電阻10 K9數(shù)碼管共陰1芯片74LS148174LS279

5、174LS481開關9發(fā)光二極管12、倒計時電路的設計該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關電路組成。具體電路如圖2所示。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預置數(shù)控制端實現(xiàn)預置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。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DPY_7-SEG上，當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的

6、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，同時以后選手搶答無效。圖2倒計時電路圖倒計時電路采用的方案所需要的元件清單如表2所示：表2:倒計時電路元件清單:元件名稱型號規(guī)格數(shù)量(個)芯片555174LS04174LS192274LS247274LS111電容0.1uF110uF1電阻68K115K11 K1數(shù)碼管共陰2發(fā)光二極管1二、電路結構及工作原理1、搶答電路模塊參考電路如圖3。圖3搶答電路圖本部分電路應用到三塊芯片74LS184、74LS279、74LS247，其功能分別為編碼、鎖存、譯碼。該部分結構框圖如圖4所示。清零選手搶答按 鈕譯 碼電 路鎖 存 器優(yōu)先

7、編碼電 路顯 示電 路主持人控制開關圖4 搶答電路結構框圖該部分電路完成兩個功能： 分辨出選手搶答的先后，同時譯碼顯示出選手的編號，并鎖定最先搶答的選手的編號。禁止其他選手搶答。該部分電路工作原理，以S7為例。當開關SWSPST閉合時，鎖存器所有R端為0，鎖存器清零，鎖存器輸出端Q為0。譯碼器SN74LS247的BIRBO為0，編碼器不工作，數(shù)碼管無顯示。當開關SWSPST閉合后斷開，搶答器處于等待工作狀態(tài)。此時鎖存器的R端為1，在沒有選手按下開關之前，優(yōu)先編碼器的置數(shù)端為1，根據(jù)其真值表可知輸出端（GS、A0、A1、A20）為（1、1、1、1）鎖存器保持先前的工作狀態(tài)不變（即清零），同時對電

8、容C1進行充電。當有選手按下開關時，例如選手S7按下開關，則優(yōu)先編碼器74LS148的4腳為0，其它各輸入端為1。根據(jù)其真值表可知（GS、A0、A1、A20）為（0、0、0、0），再傳人鎖存器的S端，此時鎖存器的R端為1，根據(jù)真值表可知輸出端（1Q、2Q、3Q、4Q）為（1、1、1、1），再將信號傳人譯碼器74LS247進行編碼，此時BIRBQ端為1，譯碼器處于工作狀態(tài)，（A、B、C）為（1、1、1）譯碼輸出（a、b、c、d、e、f、g）為（0、0、0、1、1、1、1），傳人數(shù)碼管，顯示為“7”。同時電容放電使優(yōu)先編碼器74LS148的GS端為1，禁止優(yōu)先編碼器工作，從而達到禁止選手搶答的目的

9、。此時鎖存器的R1、S1端都為1，1Q的輸出狀態(tài)保持其前面的狀態(tài)不變。如再次搶答，則需主持人將開關SW-SPST閉合再次清零，再斷開進入下一輪工作狀態(tài)。 （1為高電平，0為低電平）2、倒計時電路模塊由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由555構成的秒脈沖電路提供?？深A置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器74LS192進行設計，同時74LS247譯碼顯示出來。該部分的電路如圖5所示。圖5倒計時電路圖三、系統(tǒng)測試1、測試儀器表3：測試儀器儀器名稱型號編號萬用表TD9205A+自備直流穩(wěn)壓電源TH-SS302220050780示波器

10、OSCILLOSCOPE MD252 20MHZ200118052、測試數(shù)據(jù)搶答電路中的74HC148、74LS573、74HC247所有引腳在不同狀態(tài)下的電壓數(shù)據(jù)填入下列表格中，并將表5到表12與表四的數(shù)據(jù)進行比較，將發(fā)生變化的數(shù)據(jù)加粗。表4：主持鍵清0后各引腳的電壓（其中VCC V，單位：V）集成電路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表5：1鍵按下后各引腳的電壓（其中VCC V，單位：V）集成電路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表6：2鍵按下后各引腳的電壓（其中VCCV，單位：V）

11、集成電路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表7：3鍵按下后各引腳的電壓（其中VCC V，單位：V）集成電路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表8：4鍵按下后各引腳的電壓（其中VCC V，單位：V）集成電路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表9：5鍵按下后各引腳的電壓（其中VCC V，單位：V）集成電路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表10：6鍵按下后各引腳的電壓 （其中VCC V

12、，單位：V）集成電路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表11：7鍵按下后各引腳的電壓（其中VCC4.97 V，單位：V）集成電路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表12：0鍵按下后各引腳的電壓（其中VCC4.97 V，單位：V）集成電路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247通過上述9個數(shù)據(jù)表格數(shù)的比較，再畫出每塊集成電路的功能表。74LS148的功能表見表13:表13：74LS148的功能表輸入輸出EI01234567A2A1A0GSEO

13、H××××××××HHHHHLHHHHHHHHHHHHLL×××××××LLLLLHL××××××LHLLHLHL×××××LHHLHLLHL××××LHHHLHHLHL×××LHHHHHLLLHL××LHHHHHHLHLHL×LHHHHH

14、HHHLLHHHHHHHHHHHHHHH74LS279的功能表見表14:表14：74LS279的功能表輸入輸出QLLLhL×HH×LHHHHLLHHH74LS247的功能表見表15：表15：74LS247的功能表輸入BI/RBO輸出字形LTRBIDCBAabcdefgHHLLLLHLLLLLLH0H×LLLHHHLLHHHH1H×LLHLHLLHLLHL2H×LLHHHLLLLHHL3H×LHLLHHLLHHLL4H×LHLHHLHLLHLL5H×LHHLHLHLLLLL6H×LHHHHLLLHHHH7H

15、×HLLLHLLLLLLL8倒計時電路時序電路時序圖，其中必須包括NE555的Q端，個位74LS192的QA、QB、QC、QD、，十位74LS192的QSA、QSB、QSC、QSD、S。圖6 倒計時電路時序圖四、結論通過數(shù)字搶答的方案的設計、電路板的焊接、元件各引腳之間的連線、分模塊對電路板進行調試和測試過程，比較完善地完成了數(shù)字搶答器。從總體上來說，該設計讓自己在書上學習到的東西應用到實踐中來；鍛煉了焊接技術，提高了自己的動手能力，培養(yǎng)了電子制作的興趣。為以后自己制作電子產(chǎn)品鍛煉了基礎，也學到了許多電路檢測方面的知識，為自己分析電路、改進電路打下了基礎。在制作的同時也復習了一下&#

16、171;數(shù)字電路»，提高了自己的理論水平。最重要的是讓自己學到了許多分析問題、解決問題的方法。五、實驗總結及心得體會1、整個設計過程所做的工作將數(shù)電設計實驗搶答器的搶答部分的電路圖重畫了一遍，對元件進行了位置調整。對元件進行了測試，包括數(shù)碼管各引腳所對應的數(shù)碼顯示部分，以及開關各引腳在開關中所起的作用。焊接了搶答部分。對所焊的搶答部分進行了測試。焊接了搶答器的時序部分。分析了一下時序部分的原理。解決怎樣把“0”變成“8”對電路進行了測試，使電路穩(wěn)定性提高了；測試了搶答部分的芯片的一部分引腳的工作電壓值，并把測量值填入了自己所畫的表格中。用示波器觀察時序電路部分工作時電壓的變化；把測試

17、好所有數(shù)據(jù)的電路板交給老師檢查；完成好實驗報告。2、通過設計后的收獲鍛煉了焊接技術。重溫元件的保存問題：電路板未使用時可用書夾住或者用紙包住，已經(jīng)使用可以用一個小塑料袋密封保存。接線問題：電源線應盡量留長一點，負電源線應做出標記（可以繞一個圈），以便于分辨。芯片的焊接：先焊好底座，由于芯片腳與腳之間的距離很近，焊接時應防止短路。焊接時盡量不要燙傷導線的外皮，導線應先上錫以免焊接時產(chǎn)生毛刺。畫電路圖時要盡量規(guī)范化，合理化，要注意結點。元件布局：芯片和底座的缺口要一致向左或向上；數(shù)碼管的底座要裝在頂上，一個數(shù)碼管對應一個插孔；注意電阻大小，不要擺放錯誤，電容的正負端別弄錯。數(shù)碼管的測試：中間兩根長

18、引腳為共陰端或共陽端。本實驗為共陽極。圖7共陽極數(shù)碼管對芯片的功能有了進一步的認識。完成了搶答器的自動消隱功能。學到了一些簡單的電路檢測方法。完成實驗報告。3、設計過程中存在的問題及解決的方法芯片底座缺口的方向弄錯了一個，缺口應朝左或者朝上。不細心，漏掉幾根線未連接。由于電路圖中數(shù)碼管先未畫，后來接線時忘記接51的限流電阻。測試時未清理桌面，桌面上殘留了許多的焊錫碎片，造成短路，出現(xiàn)亂碼現(xiàn)象。沒有注意芯片的引腳的個數(shù)，74LS00是14個腳，自己焊了一個16個腳的座?！?”轉變?yōu)椤?”的方法：把74LS247的14腳、74LS148的15腳以及開關S8同時接到一個三端的與門上，再將與門的輸出端接到數(shù)碼管的g腳上。自動消隱功能實現(xiàn)的具體方法為：將74LS148的15腳與74LS192的BO2輸出腳接到74LS00的與非門輸出腳，再將與非門的輸出腳接到另外一個與非門的兩個輸入腳，實現(xiàn)74LS184的15腳與74LS192的BO2腳相與，再將輸出腳接到三個