課程設(shè)計(jì)八路數(shù)字搶答器

1、電子課程設(shè)計(jì) -八路數(shù)字搶答器學(xué)院： 專業(yè)班級(jí)：姓名：學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：2013年12月目 錄一. 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求-2二. 總體框圖-2三. 選擇器件-3四. 功能模塊-6五. 總體設(shè)計(jì)電路圖-9六. 收獲心得與體會(huì)-12八路數(shù)字搶答器第一部分 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求一個(gè)可供八個(gè)人搶答的多路搶答器，可以顯示優(yōu)先搶著的序號(hào)，并同時(shí)有燈光提示。當(dāng)一次搶答完畢，可由主持人按復(fù)位鍵重新開始下一次搶答。 （1）搶答器同時(shí)供8名選手或8組選手比賽，他們的編號(hào)分別是0、1、2、3、4、5、6、7； （2）設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清零和搶答器控制開關(guān)，該開關(guān)由主持人控制； （3）搶答器具有鎖存和顯示功能，即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的

2、編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示。 （4）設(shè)置指示燈，有人搶答則燈亮。第二部分 總體框圖1、 總體框圖 圖1搶答電路原理圖如圖1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器顯示0，主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。選手開始搶答到搶答完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示。當(dāng)一輪搶答之后，禁止二次搶答。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)。2 、 設(shè)計(jì)思路本題目的根本任務(wù)是準(zhǔn)確判斷出第一個(gè)搶答者并將其鎖存。實(shí)現(xiàn)這一功能可選擇使用觸發(fā)器或鎖存器等在

3、得到第一信號(hào)之后應(yīng)立即將電路的輸入封鎖，即使其他組的搶答信號(hào)無(wú)效，同時(shí)還必須注意，第一個(gè)搶答信號(hào)應(yīng)該在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。當(dāng)電路形成第一搶答信號(hào)之后，用編碼、譯碼電路及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答者的組別，同時(shí)該組的指示燈亮。需等主持人清零后開始下一輪搶答。第三部分 選擇器件 選擇的器件如表1所示。表1 器件使用表 器件名稱數(shù)量 集成電路74LS148 1RS觸發(fā)器74LS279 2 非門74LS04 8七段數(shù)碼顯像管 1 電阻1.0 k 9 電阻 10.0 k 1 開關(guān) 9 指示燈 8主要器件說(shuō)明：1、74LS14874LS148邏輯符號(hào)如圖2所示。圖2 74LS148邏輯符號(hào)74LS1

4、48內(nèi)部原理如圖3所示。圖3 74LS148內(nèi)部原理圖74LS148邏輯功能表如表2所示。表2 74LS148邏輯功能表輸入輸出EI01234567A2A1A0GSE01XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100111111111101邏輯功能說(shuō)明：當(dāng)EI輸入高電平時(shí)，輸出全為高電平； 當(dāng)EI輸入低電平時(shí)，對(duì)最大輸入數(shù)字進(jìn)行優(yōu)先編碼，輸出信號(hào) 為低電平有效的3位二進(jìn)制編碼。2、74LS

5、27974LS279邏輯符號(hào)如圖4所示。圖4 74LS279邏輯符號(hào)74LS279內(nèi)部原理圖如圖5所示。 圖5 74LS279內(nèi)部原理圖74LS279邏輯功能表如表3所示。表三 74LS279邏輯功能表輸入輸出S1&S2RQ11Q01110000X邏輯功能說(shuō)明：輸入S1&S2高電平，R高電平，輸出為Q，有保持的功能； 輸入S1&S2低電平，R高電平，輸出為高電平，有置1的功能； 輸入S1&S2高電平，R低電平，輸出為低電平，有置0的功能； 輸入S1&S2低電平，R低電平，輸出為不存在，不允許。3、74LS0474LS04邏輯符號(hào)如圖6所示。 圖6 74L

6、S04邏輯符號(hào)74LS04邏輯功能如表4所示。表4 74LS04邏輯功能表輸入輸出0110邏輯功能說(shuō)明：輸入低電平，輸出高電平； 輸入高電平，輸出低電平。第四部分 功能模塊 1.開關(guān)陣列電路 電路如圖7所示，該電路由多路開關(guān)所組成，供搶答者使用，每一搶答者與一個(gè)開關(guān)相對(duì)應(yīng)（開關(guān)J1J8的代號(hào)分別是0、1、2、6、7，即搶答者的組號(hào)，便于主持人看到顯示器上的數(shù)字后，能準(zhǔn)確宣布誰(shuí)是優(yōu)先搶答者）。開關(guān)應(yīng)為常開型，當(dāng)按下開關(guān)時(shí)，開關(guān)閉合；當(dāng)松開開關(guān)時(shí)，開關(guān)自動(dòng)彈出斷開。圖7 開關(guān)陣列電路2觸發(fā)鎖存電路 電路如圖8所示，當(dāng)某一開關(guān)被按下時(shí)，觸發(fā)鎖存的電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電平信息。同時(shí)為了防

7、止其它開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂，讓最先產(chǎn)生的輸出電平返回來(lái)將觸發(fā)鎖存器的電路鎖定。若有多個(gè)開關(guān)同時(shí)按下時(shí)，則在它們之間存在著隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題，結(jié)果只能是它們中的任一個(gè)產(chǎn)生有效輸出，任然達(dá)到了優(yōu)先判斷的效果。圖8 觸發(fā)鎖存電路3數(shù)碼顯示器電路 數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管（ LED ）數(shù)碼管和液晶（ LCD ）數(shù)碼管。LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，它分為共陰管和共陽(yáng)管。一個(gè)LED數(shù)碼管可用來(lái)顯示一位09十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為22.5V，每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在510mA。LE

8、D數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個(gè)專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力。本設(shè)計(jì)提供的為 LED 數(shù)碼管，電路如圖9所示。它顯示最先搶答者的相應(yīng)的代號(hào)，方便主持人宣布最先搶答者。圖9 數(shù)碼顯示器電路4. 指示燈電路 該部分電路由8個(gè)非門及8個(gè)指示燈組成，如圖10所示.當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，輸入的為低電平，通過(guò)非門后變成高電平，燈亮。 圖10 指示燈電路第五部分 總體設(shè)計(jì)電路圖1、總電路圖 搶答器電路如圖11所示。該電路完成三個(gè)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)；二是禁止其他選手操作,使按鍵無(wú)效；三是后邊的指示燈亮。

9、工作過(guò)程：開關(guān)J置于“清除”端時(shí)，RS觸發(fā)器的端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的使能端輸入端為0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)J置于“開始”時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下J3），74LS148的輸出,經(jīng)RS鎖存后,2Q=1,74LS148處于工作狀態(tài)，5Q4Q3Q=101，且1Q=0，則經(jīng)譯碼顯示為“2”，而J3閉合，X3的指示燈也會(huì)亮。此外，2Q，使74LS148的使能端輸入端為1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵按下時(shí)，74LS148的此時(shí)由于仍有2Q，使能輸入端為，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先

10、性。如有再次搶答需由主持人將J9開關(guān)重新置于“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。圖11 總體電路圖2、性能指標(biāo)測(cè)量及記錄 當(dāng)主持人開關(guān)J9閉合再打開時(shí)顯示器“清零”如圖12，此時(shí)仿真電路處于開始搶答狀態(tài)。圖12 “清零”狀態(tài)下的電路 當(dāng)參賽者閉合J8時(shí)顯示器顯示“7”，如圖13所示，此時(shí)其他選手無(wú)論是否搶答顯示數(shù)字已被鎖存不會(huì)在改變，要想再次開始，需要主持人按下開關(guān)“清零”再按“開始”才能進(jìn)行下一輪搶答。圖13 搶答中的電路3、硬件操作 由于條件有限，實(shí)驗(yàn)室并沒(méi)有足夠的全部芯片，所以我不得不使用與非門74LS00，74LS10，來(lái)代替74LS279，這時(shí)問(wèn)題就來(lái)了，因?yàn)槭孪葴?zhǔn)備的不夠充分，并沒(méi)有帶來(lái)

11、74LS279的內(nèi)部原理圖，通過(guò)上網(wǎng)查找搞懂如何用與非門來(lái)正確的組成74LS279，這也成了本次硬件操作實(shí)驗(yàn)的最大問(wèn)題，而當(dāng)這個(gè)問(wèn)題搞定以后，其他的就一馬平川的完成了，另外在硬件操作實(shí)驗(yàn)中適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化了此電路。實(shí)驗(yàn)結(jié)果很好的驗(yàn)證了本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性，可以進(jìn)行清零搶答及亮燈顯示等功能。第六部分 收獲與心得體會(huì) 本次我課程設(shè)計(jì)完成了設(shè)計(jì)的要求，能夠?qū)崿F(xiàn)全部的功能，能八路搶答，能清零，能亮燈。首先我安裝好軟件后參考相關(guān)資料熟悉了一下軟件，通過(guò)學(xué)習(xí)知道了軟件的基本操作后，開始尋找關(guān)于搶答器的相關(guān)資料了。經(jīng)過(guò)整理相關(guān)的資料畫出了搶答器的原理圖，整個(gè)過(guò)程選手開始搶答到搶答完成經(jīng)過(guò)：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯

12、示。我們參考資料經(jīng)過(guò)在軟件上的連線出現(xiàn)了基本的實(shí)驗(yàn)電路框架，結(jié)果有點(diǎn)失望，雖然感覺(jué)電路沒(méi)問(wèn)題，但是不知道什么原因數(shù)碼管就是沒(méi)有顯示，由于沒(méi)有做過(guò)類似的實(shí)驗(yàn)，有點(diǎn)摸不著頭腦了，不知道該怎么樣才能讓數(shù)碼管出現(xiàn)數(shù)字，于是我又開始在網(wǎng)上找資料，閱讀關(guān)于優(yōu)先編碼器74LS148的相關(guān)知識(shí)，了解到是使能輸入端接錯(cuò)了，于是我嘗試了幾次終于出現(xiàn)了數(shù)字，而且令人興奮的是可以按照按下開關(guān)的編號(hào)顯示相應(yīng)的數(shù)字了，以為大功告成了，但好景不長(zhǎng)，仿真出現(xiàn)部分模塊失靈。于是又開始了改電路，可是找的資料很多，方法也很多很復(fù)雜，可是出來(lái)的效果一直不怎么好，沒(méi)辦法只好向老師同學(xué)求助，在他們的指導(dǎo)下才知道原來(lái)電路沒(méi)有想的那么復(fù)雜。

13、經(jīng)過(guò)改進(jìn)電路簡(jiǎn)單了很多，而且本以為數(shù)碼管必須接譯碼器才能顯示，沒(méi)想到RS輸出端可以直接接到數(shù)碼管，這下省去了一個(gè)譯碼器電路減少很多看著也清晰了許多，可是又有一個(gè)問(wèn)題了，那就是換了一個(gè)4接口的顯像管后（原來(lái)8接口1個(gè)接地7個(gè)直接與譯碼器對(duì)應(yīng)連接）顯示的數(shù)字不按順序了，于是在老師和同學(xué)的一起幫助下最后顯示成功了?？墒穷^疼的是電路一直沒(méi)有鎖存效果，試過(guò)很多連接都不起作用。沒(méi)辦法只好找老師同學(xué)指導(dǎo)了，最后在他們的指導(dǎo)下終于完成了。沒(méi)想到最后的一個(gè)問(wèn)題竟然是主持人的開關(guān)問(wèn)題，一直以為開關(guān)閉合就是開始搶答了，結(jié)果開關(guān)閉合只是“清零”，再次斷開時(shí)才是“開始”按鈕?？磥?lái)以后還是不能不先理解一些基本的知識(shí)了，要不然設(shè)計(jì)不出正確的電路。還要感謝老師的指導(dǎo)，認(rèn)真負(fù)責(zé)的態(tài)度，同學(xué)相互的幫助，這次課設(shè)才能順利完成。這次課程設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，學(xué)到了很多平時(shí)書本中沒(méi)有的知識(shí)，提高了自己的動(dòng)手能力，對(duì)