數(shù)字式競賽搶答器實(shí)驗(yàn)

1、數(shù)電實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電子科學(xué)系 11電氣信息工程(1) 姓名: 田鴻亮 110705132 林少錦 110705124 余森 110705144 指導(dǎo)老師: 李衛(wèi)平 1 / 16 實(shí)驗(yàn)時(shí)間:2013.12.31一、設(shè)計(jì)任務(wù)及系統(tǒng)功能簡介1、基本功能：（1）設(shè)計(jì)一個(gè)可容納8組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)一個(gè)按鈕，供搶答使用。（2）搶答器具有第一信號鑒別和鎖存功能，使除第一搶答者外的按鈕不起作用。（3）設(shè)置一個(gè)主持人“復(fù)位”按鈕。（4）主持人復(fù)位后，開始搶答，第一信號鑒別鎖存電路得到信號后，由指示燈顯示搶答組的編號，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出23秒的音響。2、選做擴(kuò)展功能：（5） 設(shè)置一個(gè)計(jì)分電路，每組開始預(yù)制100分

2、，由主持人計(jì)分，答對一次加10分，答錯(cuò)一次減10分。2、 實(shí)現(xiàn)的原理與電路1、 設(shè)計(jì)原理 圖1 搶答器總體框圖定時(shí)搶答器的總體框圖如圖1所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分構(gòu)成，主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成各選手的得分顯示功能。定時(shí)搶答器的工作過程是：接通電源時(shí)，主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈；搶答開始時(shí)，主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置，發(fā)光二極管燈亮，搶答器處于工作狀態(tài)，這時(shí)，搶答器完成以下工作：（1）優(yōu)先編碼器電路立即分辨出搶答者編號，并由鎖存器進(jìn)行鎖

3、存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；（2）揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒主持人注意；（3）控制電路要對輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答；（4）當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作計(jì)分開關(guān)，計(jì)分電路采用十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器、數(shù)碼管顯示。本輪搶答完畢，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。2、單元電路設(shè)計(jì)：（1） 搶答電路 設(shè)計(jì)電路如圖1.1所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。該電路主要完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并通過74LS279鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時(shí)通過74LS48譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼

4、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(guān)J3為主持人開關(guān)，將開關(guān)按兩次之后（實(shí)驗(yàn)中采用的是彈簧開關(guān)，即會自動(dòng)復(fù)原，只需摁一次），搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如5號），74LS148的輸出（101）經(jīng)74LS279鎖存，同時(shí)將輸出二進(jìn)制碼（0101)經(jīng)過譯碼器74LS48譯碼后將譯碼顯示電路顯示編號5（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）。表1.2為鎖存器74LS279引腳圖與功能表，其中74LS279中兩個(gè)S端都連在一起，所以不會有什么影響。圖1.3 為優(yōu)先編碼器74LS48引腳圖以及功能真值表，表1.4為74LS148的引腳圖以及功能真值表。圖1.1

5、搶答電路圖1.2鎖存器74LS279的引腳圖與功能表 圖1.3 74LS48功能真值表 圖1.3 74LS48引腳圖 表1.4 74LS148的引腳圖以及功能真值表 （2）控制電路 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路圖如圖2.1所示，控制電路主要完成以下功能：主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，可以用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器使發(fā)光二極管閃爍，使搶答電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)；當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，二極管再次發(fā)亮，并使搶答電路停止工作。工作過程：當(dāng)優(yōu)先編碼器74LS148開始工作，其引腳GS=0接到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121的4腳，而根據(jù)其工作原理，當(dāng)3、4腳都為低電平時(shí)，5腳的上升沿會使74LS121有輸出（其

6、5腳是在主持人開關(guān)摁下兩次之后，才會有的上升沿），且輸出Q為低電平，此時(shí)，555定時(shí)器構(gòu)成的多些振蕩器復(fù)位，開始工作，從而，發(fā)光二極管的燈亮。圖2.2為555定時(shí)器的引腳圖和組成框圖以及功能表，圖2.3為555定時(shí)器組成的多諧振蕩器，2.4為74LS121的引腳圖和功能表。2.1 控制電路 圖2.2 555定時(shí)器的原理圖功能表 555定時(shí)器的原理圖和功能表如圖2.2它是由3個(gè)阻值為5K歐的電阻組成的分壓器，兩個(gè)電壓比較器C1和C2，基本RS觸發(fā)器，放電BJT TD以及緩沖器G4組成。定時(shí)器的主要功能取決于比較器,比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電TD的狀態(tài).圖中Rd為復(fù)位輸入端,當(dāng)Rd為低電平時(shí)

7、,不管其他輸入端的狀態(tài)如何,輸出Vo為低電平。由圖可知,當(dāng)5腳懸空時(shí),比較器C1和C2和比較電壓分別為2/3Vcc和1/3Vcc。由功能表可知: 當(dāng)VI12/3Vcc,VI21/3Vcc時(shí),比較器C1輸出低電平,比較器C2輸出高電平,基本RS觸發(fā)器被置0,放電三極管TD導(dǎo)通,輸出端Vo為低電平。 當(dāng)VI12/3Vcc,VI21/3Vcc時(shí),比較器C1輸出高電平,比較器C2輸出低電平,基本RS觸發(fā)器被置1,放電三極管TD截止,輸出端Vo為高電平。 當(dāng)VI11/3Vcc時(shí),基本RS觸發(fā)器R=1,S=1,觸發(fā)器狀態(tài)不變,電路亦保持原狀態(tài)不變。圖2.3(多諧振蕩電路)由555組成的多諧振蕩電路如圖11

8、所示. 電阻和電容構(gòu)成一個(gè)RC積分電路，其輸入端接施密特觸發(fā)器的輸出端，其輸出端接施密特觸發(fā)器的輸入端。用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器就是這個(gè)思路。于是，先用555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)施密特觸發(fā)器，再把這個(gè)施密特觸發(fā)器改接成多諧振蕩器。R1與555定時(shí)器內(nèi)部的放電管TD構(gòu)成了一個(gè)反相器。邏輯上，這個(gè)反相器的輸出與555定時(shí)器的輸出完全相同。因此，這個(gè)施密特觸發(fā)器有兩個(gè)輸出端，分別為555定時(shí)器的3號腳和7號腳。我們看到，電阻R2和電容C構(gòu)成了RC積分電路，施密特觸發(fā)器的一個(gè)輸出端（7號腳）接RC積分電路的輸入端，RC積分電路的輸出端接施密特觸發(fā)器的輸入端。這樣，一個(gè)多諧振蕩器就成了。 多諧振蕩器用在報(bào)

9、警電路中,主要是用于發(fā)光二極管的閃爍頻率。經(jīng)計(jì)算得到多諧振蕩器各參數(shù)如下: R1=3.3千歐 R2=4.7千歐 C1=100納法 C2=10納法 圖2.4 74LS121的引腳圖和功能表（3）計(jì)分電路計(jì)分電路與主電路相互獨(dú)立，由主持人控制進(jìn)行加、減計(jì)數(shù)。工作過程：主持人撥兩次J1開關(guān)（實(shí)驗(yàn)中用到的是彈簧開關(guān)，摁下之后會自動(dòng)復(fù)原，只要摁一次即可）數(shù)碼管就會質(zhì)數(shù)為100，摁一次加法器，在原來分?jǐn)?shù)的基礎(chǔ)上會加10分，減法器則是在原來分?jǐn)?shù)基礎(chǔ)上減10分。圖3.1 計(jì)分電路 圖3.2 74LS192的引腳排列及邏輯符號圖3.4 74LS192的功能表3、 整機(jī)電路原理圖 搶答電路計(jì)分電路4、 所用原件列

10、表 序號編號名稱數(shù)量說明1NE555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1片工作電壓5V274LS48七路顯示譯碼器4片工作電壓5V374LS148優(yōu)先編碼器1片工作電壓5V474LS279觸發(fā)器1片工作電壓5V574LS121單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1片工作電壓5V674LS192十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器2片工作電壓5V774LS04反相器1只工作電壓5V8DPY_7-SEG共陰極七段數(shù)碼顯示管4片工作電壓5V974LS00與非門一片工作電壓5V10R1K/3.3K/4.7K/10K5/1/9/1只11C10nF/100nF/1uF/100uF1/1/1/1只13SW彈片開關(guān)12只14LED發(fā)光二極管1只5、 心得體會 本報(bào)告詳細(xì)介紹

11、了搶答器的設(shè)計(jì)方案，功能及在設(shè)計(jì)過程中所做的改進(jìn)。這種搶答器主要是基于74系列集成芯片，成本較低，且基本能夠使用于學(xué)校的一些活動(dòng)中。在做本實(shí)驗(yàn)前，我對mutisim可以說是一點(diǎn)都不知道，但經(jīng)過自己親手仿真，我感覺真的學(xué)會很多，而說到這次焊接電路板我有很多的感想和體會。它給了我們一個(gè)很好的提高動(dòng)手能力的機(jī)會。平常我們只是在頭腦中去抽象的記憶、理解那些課本上的理論知識。有的理論知識很好懂，但是有的理論知識確是晦澀難懂的，甚至只是靠自己的死記硬背去記住。但是我們都知道，那樣的記憶只是一時(shí)的，很快你就會忘記。而這次卻給了我們一個(gè)在實(shí)踐中靈活運(yùn)用知識的機(jī)會，我們通過在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問題，進(jìn)而去書本中找相關(guān)的

12、知識去解決問題，從而鞏固了理論知識。那樣的知識是你從根本上去認(rèn)識它，理解它，所以你的記憶時(shí)間會很長。我想簡單的說以下幾點(diǎn): （） 我們設(shè)計(jì)的作品主要用mutisim仿真，剛做好自己的初步設(shè)計(jì)交給老師檢查時(shí)，老師就指出我設(shè)計(jì)中的一個(gè)明顯缺點(diǎn)，我的數(shù)碼顯示是0-7，事實(shí)上，一般選手的編號會是1-8，在幾個(gè)一起做搶答器的同學(xué)的共同努力下，我們成功地解決了這個(gè)問題，我們只是將本該輸出為零的那開關(guān)改為輸出八，開始的設(shè)計(jì)中，74LS48的D端是接地，在A、B、C均輸入為零時(shí)，數(shù)碼顯示管因輸入端ABCD=0000會顯示為零，現(xiàn)在我們在此基礎(chǔ)上加一個(gè)三輸入的或非門，其輸入端分別接A、B、C端，只有在ABC=0

13、00時(shí)，D端才會為為1（否則D端均為0），此時(shí)數(shù)碼管將顯示為8，解決這個(gè)問題后，我們只需在焊板子的時(shí)候注意排好序就可以了。（） 其實(shí)說到這次的焊接電路除了有很多的興奮之余，畢竟也是進(jìn)入大學(xué)里第一次焊接電路板，以前只是聽老師說，了解很多理論的東西，這次是真正將自己學(xué)到的東西融入到設(shè)計(jì)焊接中來。說到焊接的過程中，首先，起碼是經(jīng)過一個(gè)小時(shí)的時(shí)間，我才學(xué)會焊接而不會出現(xiàn)虛焊，同時(shí)焊接時(shí)候不會和其他點(diǎn)的焊接連到一起。另外我認(rèn)為比較糾結(jié)的是芯片的引腳，在我們做仿真圖的時(shí)候，mutisim上得芯片沒有按引腳排好，而是按照非常方便我們布板的方式來排列引腳，痛苦也就來了，連線的時(shí)候非常的麻煩。老師開始說，如果可

14、以，盡量把線布置在正面，但是后來我發(fā)現(xiàn)我的不太可能全部布置在正面，當(dāng)然絕大部分是因?yàn)槲也及宀缓侠怼２贿^這次焊接電路也有遺憾，一開始我是想讓電路具有一下擴(kuò)展功能的，但是在開始的時(shí)候由于我布板不是很合理，我最終還是沒有完成這些擴(kuò)展功能的。（） 早就聽已經(jīng)做過的同學(xué)說說過了，焊接電路板不難，但是要一次性焊接成功就不簡單了。果然不出所料，焊了將近三天后我的主電路已經(jīng)基本上可以了，只要接上5V高電壓和地就可以運(yùn)行了。一看結(jié)果大失所望，我的數(shù)碼管上顯示不正常，它只顯示器7，隨你按哪個(gè)按鈕都是一樣。對著仿真圖看了老半天，沒有發(fā)現(xiàn)什么錯(cuò)誤來，后來我用萬用表對著仿真圖一個(gè)點(diǎn)一個(gè)點(diǎn)的查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)自己還有幾條線忘記

15、連，連好之后，再去接上5V和地，結(jié)果還是有錯(cuò)誤，搶答開關(guān)根本不是按順序來，而且還有些號碼重復(fù)，再次檢查之后，我是實(shí)在檢查不出來，后來還是在老師提醒下，我開始檢查最先接好的地與高電平，結(jié)果終于讓我發(fā)現(xiàn)了那個(gè)錯(cuò)誤，在74LS148上一個(gè)焊接的點(diǎn)沒有弄好，本來不要接地的結(jié)果也接地了，改正之后，我的電路板也終于可以正常運(yùn)行了。（） 最后我還想總結(jié)一下，我這次焊接電路板的感覺，簡單的來說，痛并快樂著。焊板子這三四天天天熬到很晚，而且午覺也取消了，許多時(shí)候都是餓到不行了才出去吃飯，那個(gè)時(shí)候已經(jīng)兩三點(diǎn)了，但是，當(dāng)看到板子正常運(yùn)行的時(shí)候，覺得一切都值了。在這里，非常感謝學(xué)校給我們這次機(jī)會真正的實(shí)踐，我希望以后有更多這樣的課程設(shè)計(jì)，同時(shí)，非常感謝盛老師，首先，她在給我們檢查仿真的時(shí)候非常認(rèn)真，指出每個(gè)同學(xué)仿真設(shè)計(jì)中需要改進(jìn)的部分