數(shù)電電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告之四路搶答器倒計(jì)時(shí)

-.z.集美大學(xué)誠毅學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目：四路智力競賽搶答器專業(yè)班級：機(jī)電**91**：2012******25**：陳志真二〇一四年六月數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告一、設(shè)計(jì)任務(wù)1.1要求設(shè)計(jì)一臺可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器并具有定時(shí)搶答功能。搶答器：能分辨出選手按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，并可通過顯示譯碼器準(zhǔn)確的顯示出來；同時(shí)，要求其他選手按鈕操作無效即防止其他選手再次搶答；開場搶答和清零由主持人控制。定時(shí)器：時(shí)鐘脈沖由555多諧震蕩器提供；通過主持人控制開場倒計(jì)時(shí)，定時(shí)搶答器可從9~0；可控制定時(shí)器停頓工作，顯示譯碼器上顯示的是剩余時(shí)間，并可以保持到主持人清零位置；整體電路：主持人撥動開關(guān)，搶答器可以進(jìn)展搶答，定時(shí)器開場倒計(jì)時(shí)；*一選手搶答后，搶答器顯示選手編號，定時(shí)器停頓計(jì)時(shí)，這時(shí)其他選手無法進(jìn)展搶答，搶答器和定時(shí)器停頓工作一直保持到主持人清零為止；主持人清零后，系統(tǒng)恢復(fù)到制止工作狀態(tài)，以便進(jìn)展下一輪搶答，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到后，卻沒有選手搶答時(shí)，制止選手超時(shí)后搶答。設(shè)計(jì)要求2.1根本功能搶答器同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用4個(gè)按鈕S0~S3表示。設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)去除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。用來控制系統(tǒng)清零〔編號顯示數(shù)碼管滅燈〕和搶答的開場。搶答器具有鎖存與顯示功能。即搶答開場后，選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在編號顯示器上顯示該編號。同時(shí)封鎖輸入編碼電路，制止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)去除為止。2.2擴(kuò)展功能搶答器具有定時(shí)搶答功能。要求定時(shí)器開場倒計(jì)時(shí)，并用定時(shí)顯示器顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5秒。參賽選手在設(shè)定時(shí)間〔9秒〕內(nèi)搶答，搶答有效，揚(yáng)聲器發(fā)出音響，音響持續(xù)0.5秒，同時(shí)定時(shí)器停頓倒計(jì)時(shí)，編號顯示器上顯示選手的編號，定時(shí)顯示器上顯示剩余搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。如果定時(shí)搶答時(shí)間已到，卻沒有選手搶答時(shí)，本次搶答無效。系統(tǒng)揚(yáng)聲器報(bào)警〔音響持續(xù)0.5秒〕，并封鎖輸入編碼電路，制止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器顯示0。三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)3.1設(shè)計(jì)方案選定設(shè)計(jì)方案，先列出總體框圖，分模塊設(shè)計(jì)。分模塊電路設(shè)計(jì)、功能測試完成后，再把各個(gè)組成局部整體測試。先在multisim上仿真，驗(yàn)證原理圖的正確性，再在面包板上做出搶答器實(shí)物。3.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理搶答器的組成框圖定時(shí)搶答器的總體框圖如圖1所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩局部組成。主體電路完成根本的搶答功能，即開場搶答后，中選手按動搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號，同時(shí)能封鎖輸入電路，制止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。圖1搶答電路圖1所示的定時(shí)搶答器的工作過程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開關(guān)置于"去除〞位置，搶答器處于制止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說一聲"搶答開場〞，同時(shí)將控制開關(guān)撥到"開場〞位置，揚(yáng)聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，制止選手超時(shí)后搶答。中選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動搶答鍵時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進(jìn)展鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；控制電路要對輸入編碼電路進(jìn)展封鎖，防止其他選手再次進(jìn)展搶答；控制電路要使定時(shí)器停頓工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。中選手將問題答復(fù)完畢，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到制止工作狀態(tài)，以便進(jìn)展下一輪搶答。圖1定時(shí)搶答器總體框圖3.3單元電路設(shè)計(jì)、搶答電路設(shè)計(jì)搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能。查看優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279的功能表和引腳圖等使用資料。也可以選用其他的器件完成此功能。工作過程：開關(guān)S置于"去除"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＝０，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于"開場"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S5〕，74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，1Q=1,=1,74LS48處于工作狀態(tài)，４Q３Q２Q=101,經(jīng)譯碼顯示為"５"。此外，1Ｑ＝１，使74LS148＝１，處于制止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS148的此時(shí)由于仍為１Ｑ＝１，使＝１，所以74LS148仍處于制止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時(shí)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(guān)重新置"去除〞，然后再進(jìn)展下一輪搶答。4RS觸發(fā)器74LS279管腳圖4RS觸發(fā)器74LS279功能表、定時(shí)電路設(shè)計(jì)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，通過預(yù)置時(shí)間電路對計(jì)數(shù)器進(jìn)展預(yù)置，可以選用十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LSl92進(jìn)展設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器圖2可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。查看十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LSl92的功能表和引腳圖等使用資料。同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192脈沖產(chǎn)生電路：該電路是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，使其產(chǎn)生需要的方波作為觸發(fā)器和計(jì)數(shù)器的CP脈沖。圖3脈沖產(chǎn)生電路、報(bào)警電路設(shè)計(jì)由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖3所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率圖4報(bào)警電路、搶答器控制電路設(shè)計(jì)搶答器控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：①主持人將控制開關(guān)撥到"開場〞位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。②當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停頓工作。③當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停頓工作。圖6時(shí)序控制電路器件管腳圖讀出電阻阻值〔1〕色環(huán)標(biāo)志法表2.1.2色環(huán)的根本色碼及意義色別第一環(huán)第二環(huán)第三環(huán)第四環(huán)第五環(huán)第一位數(shù)第二位數(shù)第三位數(shù)應(yīng)乘倍率精度棕111101F±1%紅222102G±2%橙333103——黃444104——綠555105D±0.5%藍(lán)666106C±0.2%紫777107B±0.1%灰888108——白999109——黑000100K±10%金——————10-1J±5%銀——————10-2K±10%色環(huán)標(biāo)志法用各種顏色的色環(huán)，環(huán)繞在電阻器外表，有五色環(huán)和四色環(huán)等形式，其各道色環(huán)的含義表所示。〔2〕文字符號直標(biāo)法①標(biāo)稱電阻電阻單位：Ω〔歐〕、KΩ〔千歐〕、MΩ〔兆歐〕、GΩ〔吉?dú)W〕、TΩ〔太歐〕，其數(shù)量關(guān)系為：K=103、M=106、G=109、T=1012。遇到小數(shù)時(shí)，常以Ω、K、M取代小數(shù)點(diǎn)，例如：0.5Ω可標(biāo)為Ω5，5.1KΩ可以標(biāo)為5K1。②精度精度也可以用不同的字母表示，如表所示。表2.1.3字母表示精度的含義%±.001%±0.002%±0.005%±0.01%±0.02%±0.05%±0.1%符號E*YHUWB%±0.2%±0.5%±1%±2%±5%±10%±20%符號CDFGJKM四、軟件仿真4.1仿真電路四路搶答器倒計(jì)時(shí)整體電路4.2仿真結(jié)果按照原理圖進(jìn)展電路仿真測試，仿真正常，沒有出現(xiàn)什么錯(cuò)誤問題，只是數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)局部速度稍微快了一點(diǎn)，估計(jì)是電容的問題，換了下其它值的電容，也就正常了。五、安裝調(diào)試5.1安裝調(diào)試結(jié)果先按照搶答器電路仿真圖連接面包板，并對電路的性能及波形進(jìn)展測試，發(fā)現(xiàn)搶答器不具有搶答功能，首先先排查電路，確認(rèn)電路連接是否有問題，檢查了下發(fā)現(xiàn)二輸入四與非門芯片74LS00P忘記接電源和接地線了，從新連接好，繼續(xù)調(diào)試電路，問題又出現(xiàn)了，搶答器只有0和1能搶答且具有鎖存功能，但是2和3能搶答卻不能鎖存，就猜想是4RS觸發(fā)器74LS279出現(xiàn)問題，用萬用表檢查芯片，發(fā)現(xiàn)芯片連接局部斷路了，從新?lián)Q了下芯片，搶答器功能正常。再按照倒計(jì)時(shí)電路仿真圖連接面包板，并對電路的性能及波形進(jìn)展測試，看倒計(jì)時(shí)功能是否能實(shí)現(xiàn)，一經(jīng)調(diào)試，發(fā)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)不能正常實(shí)現(xiàn)，檢查了下電路，發(fā)現(xiàn)電路仿真只能顯示9卻不能倒計(jì)時(shí)，首先數(shù)碼管能顯示9證明數(shù)碼管可能不在影響*圍之內(nèi)，然后檢查了下同步十進(jìn)制加減法74LS192芯片是否正常，用萬用表檢查發(fā)現(xiàn)沒有問題，檢查了下三輸入四與非門芯片74LS10P的連接，與仿真電路圖比擬發(fā)現(xiàn)仿真三輸入與非門電路還得經(jīng)過一次二輸入四與非門芯片74LS00P功能方能實(shí)現(xiàn)，從新連接好電路，倒計(jì)時(shí)能實(shí)現(xiàn)從9～0倒計(jì)時(shí)，功能正常實(shí)現(xiàn)。按照仿真電路連接整體電路，并對性能進(jìn)展測試，通過上面的一系列問題出現(xiàn)和排查、解決，整體電路一連接好也就能實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所要求的搶答—倒計(jì)時(shí)功能了。5.2故障分析搶答器電路首先你得看下電路的功能是在搶答器局部出現(xiàn)問題還是倒計(jì)時(shí)出現(xiàn)問題，然后根據(jù)出現(xiàn)德具體問題進(jìn)展電路測試，比方說：如果是數(shù)碼管顯示不缺的話，你先看下數(shù)碼管電路連接是否正確，地線是否都有接，還有就是數(shù)碼管連接是否齊全，看是否有的管腳沒有連接，都沒問題就用數(shù)字萬用表檢查看是否數(shù)碼管壞掉，都沒問題的話就考慮74LS48優(yōu)先譯碼器是否正常，確認(rèn)無誤后考慮編碼器74LS148編碼是否正常工作，如果不能鎖存的話，則就考慮4RS觸發(fā)器74LS279連接及芯片是否正常。倒計(jì)時(shí)電路首先也是看下數(shù)碼管的顯示，看是哪里出現(xiàn)問題，數(shù)碼管及74LS148的檢測和搶答器的一樣，然后看下數(shù)碼管是否能倒計(jì)時(shí)，如果不能的話，可能是同步十進(jìn)制加減法74LS192芯片的問題，看電源、地線是否連接及管腳是否正常，特別是CR切記記得接地，然后要是沒問題的話就可能是二輸入四與非門74LS00P的問題，還是先看下電源、地線是否連接，然后檢查管腳、電路連接是否有誤，還有就是555的電路連接。整體電路整體電路連接根本上全面搶答器、倒計(jì)時(shí)連接沒有錯(cuò)誤的話這邊問題也較少，主要記得倒計(jì)時(shí)和搶答器的連接局部74LS00P與74LS10P連接局部好好看下連接問題，特別是記得74LS10P接線后還有還得經(jīng)過74LS00P與非門電路，這些也就是連接電路會出現(xiàn)德根本電路問題了。六、心得體會經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我確實(shí)學(xué)習(xí)了很多知識，真正的感受到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，以及這之間莫大區(qū)別，到最后看著自己的結(jié)果心里還是感到很欣慰的。后就查找了大量的相關(guān)的資料，再加上平時(shí)理論課的學(xué)習(xí)以及充分利用了網(wǎng)絡(luò)資源和在圖書館借了相關(guān)的書籍資料，在仔細(xì)分析了這個(gè)題目所要到達(dá)的目的之后。過幾天的與大家的一起討論，做種確定好了符合要求的電路。看似很復(fù)雜的電路就這樣被我們攻克了。接下來的是實(shí)驗(yàn)的仿真，這階段剛開場以為原理圖都設(shè)計(jì)好了，那就應(yīng)該很簡單了，首先是確定用何種軟件，接下來碰到的問題是雖然是按著原理圖來接線畫的，可就是達(dá)不N與設(shè)計(jì)的有小小的出入，總之最后總算到達(dá)了目的，心里很是快樂。在原理圖設(shè)計(jì)和電路仿真完成后就是焊接電路板了，我認(rèn)為這個(gè)階段很好的鍛煉了我們的動手能力。由于之前的電工實(shí)習(xí)讓我簡單的接觸到了焊接實(shí)物，以為會比擬輕松，但實(shí)際焊接起來才發(fā)現(xiàn)此次與電工實(shí)習(xí)中的焊接實(shí)物有很大的不同，首先要自己對焊板上令人滿意，但也是我們自己一步一步做出來的。在這次課程設(shè)計(jì)過程中，我發(fā)現(xiàn)給我留下了很深的印象。由于沒有接觸，開場學(xué)得很費(fèi)力，但到后來就好了。在每次的課程設(shè)計(jì)中，遇到問題，最好的方法就是問別人，因請教遠(yuǎn)比自己在那冥思苦想來得快。通過這次課程設(shè)計(jì)，我明白了學(xué)會與大家合作的重要性，因?yàn)閺拈_場到最后，都是大家一起出主意，一起來解決中間出現(xiàn)的各種問題。從原理圖的最終確定，再到元器件的選擇與購置，到最后實(shí)物的焊接與調(diào)試，這都是大家分工合作的結(jié)果，正是因?yàn)榇蠹蚁嗷ヅ浜希攀刮覀兒芸斓耐瓿闪巳蝿?wù)。經(jīng)過這些天的學(xué)習(xí)我深刻的體會到實(shí)際與理論有很大的區(qū)別。在我們學(xué)習(xí)的過程中不僅考驗(yàn)了我們對知識的吸收和掌握，而且也考驗(yàn)了我們的