四路搶答器設(shè)計(jì)報(bào)告

一、 設(shè)計(jì)目的掌握四人智力競(jìng)賽搶答器電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)和使用方法。二、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)可供4名選手參加比賽的智力競(jìng)賽搶答器。選手時(shí)，數(shù)碼管顯示選手組號(hào)，同時(shí)對(duì)應(yīng)的LED燈亮。設(shè)計(jì)要求1） 四名選手編號(hào)為：1,2,3,4。各有一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的組號(hào)對(duì)應(yīng)，也分別為1,2,3,4。2） 給主持人設(shè)計(jì)一個(gè)控制按鈕，用來(lái)控制系統(tǒng)清零（搶答顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答開(kāi)始。3） 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開(kāi)始后，若有選于按動(dòng)搶答按鈕，該選手編號(hào)立即被鎖存，并在搶答器上顯示該編號(hào)，同時(shí)LED燈給出燈光提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手編號(hào)一直保持到主持人清零為止。4） 用555產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號(hào)，作為定時(shí)計(jì)數(shù)器的CP信號(hào)。三、四人智力競(jìng)賽搶答器的電路原理及設(shè)計(jì)方案一：四人智力競(jìng)賽搶答器的原理仿真圖如下其工作原理為：接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)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；主持人將開(kāi)關(guān)置開(kāi)始”狀態(tài)，宣布”開(kāi)始”搶答器工作。選手按搶答按鈕搶答時(shí)，信號(hào)通過(guò)D觸發(fā)器鎖存并輸出到后級(jí)得CD4511BCD譯碼器和發(fā)光二極管；根據(jù)信號(hào)點(diǎn)亮發(fā)光二極管和數(shù)碼管顯示按鈕的編號(hào)。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(kāi)始”狀態(tài)開(kāi)關(guān)。vccc34 74S0'0'NTJ3R1174LS48H-|R2-10kQ1&1N3208D1一-1N320BD2-| D3.13U7510Qvccc34 74S0'0'NTJ3R1174LS48H-|R2-10kQ1&1N3208D1一-1N320BD2-| D3.13U7510QI37 ^5_TIMEICRATED10'O'kO—cos%酩Tl—葉—0.01葉單元電路的原理分析:1）搶答器電路其功能主要有74LS175D觸發(fā)器和74LS20和74LS00完成。該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨出選于按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，;二是禁止其他選手按鍵操作無(wú)效。工作過(guò)程：開(kāi)關(guān)J2置于〃清除〃端時(shí)，74LS17Q5D觸發(fā)器的CLR端均為0,Q端均為0, =1,所以數(shù)碼管顯示0所有發(fā)光二管Q不亮；。當(dāng)開(kāi)關(guān)J2不接地即打開(kāi)時(shí)搶答開(kāi)始，當(dāng)無(wú)人按搶答開(kāi)關(guān)時(shí)鎖存器輸出全為高電平經(jīng)為幾個(gè)非門仍為高電平鎖存器處于等待接收觸發(fā)狀態(tài)當(dāng)選于按Q下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)時(shí)（如第一個(gè)搶答開(kāi)關(guān)）1D=1， =0，使得CP=1這樣使得無(wú)論輸入何種信號(hào)輸出將保持不變（脈沖信號(hào)不能進(jìn)入觸發(fā)器）從而禁止了其他選手的按鍵操作，當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74LS175的鎖存保持功能，此時(shí)由于仍為1Q=1，使CP=1，所以74LS175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)先性。如有再次搶答需由主持人將J2開(kāi)關(guān)重新置清除端，然后再進(jìn)行下一輪搶答。74LS175其功能表如下：0 74LS175的功能表清零時(shí)鐘輸入輸出工作模式CRCP1D2D3D4D1Q2Q3Q4Q0XXXXX00 001f1D2D3D4D1D2D3D4D數(shù)碼寄存11XXXX保持?jǐn)?shù)據(jù)保持10XXXX保持?jǐn)?shù)據(jù)保持2）數(shù)碼管顯示電路采用CD4511BCD譯碼器和七段數(shù)碼管來(lái)實(shí)現(xiàn)。CD4511的真值表如下：CD4511真值表:InputsOutputsLEBlItdcBAabcdergDl&phyXX0XXXX1111111 BX0 1XXXX0 0 0 0 0 0 00 1 1 0 0 0 011111 10 00 1 1 0 0 0 10 1 1 0Q0 0 10 110 0 101 10 110 1 20 1100 1111 110 0 1 30 110 10 00 110 0 11 40 110 10 110 110 11 50 110 11000 1111 1 60 110 1111 110 0 0 0 70 1110 0 01111111 80111°七段數(shù)斗管的管腳如圖°11 90 1110 10Q0 0 0D000 1110 110 0 0 0 0 0 00 11110 00 0 0 0G0 00 111 1 0 10 0 0 0 0 0 00 1111100 0 0 0 0 000 1111110 0 0 0 0 0 01 1 1XXXXt ih

gf共ab1Q|!I&I址gf共ab1Q|!I&I址irnsTE路3）脈/1 2 456 7 9 10QQQQQQQQ6 O3 S <：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：T1?中時(shí)間 苔-二-工44,953ms 12 * 44.953 msT2-T1 0.000s <：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：T1?中時(shí)間 苔-二-工44,953ms 12 * 44.953 msT2-T1 0.000s：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：：時(shí)間軸-比例IzmsAJiviv■:■■■：：：：：：■：■：：：：■：■：：：：■：■：：：：■：■：：：：■：■：X位置Q. FvJT'II+1F1鹽I[p/A1[AJt!I通道5.000V5.000V0.000V通道一巳反向Ext.Triggi「通道.A比例［』gY位置0IftpIInIInr1觸發(fā)電平宜米刑 薄1宿杰4)LED電路主要用發(fā)光二極管和三極管來(lái)實(shí)現(xiàn)。四、安裝與調(diào)試過(guò)程首先應(yīng)對(duì)整個(gè)電路在電路上布好局，畫出電路的布局圖表上芯片各封裝管腳號(hào)，方便焊接和連線。

BS2C1BS202BS2C1BS202口「Iedch圖2!3BS20I型LED數(shù)碼管VrVr/if ahcde畫"■iB.iH.nl■而J CC451If cUJUJUJL±ll±lL±JLd'LiJ'BC濟(jì)皮LDA圖2-1-5 CC45U外引線排列圖先把所有元件都插到電路板上（通過(guò)把管腳彎曲使其稍微固定）而后一個(gè)模塊一個(gè)模塊的焊接，焊接時(shí)盡量能借助各元件的管腳（有的管腳比較長(zhǎng)）來(lái)實(shí)現(xiàn)元件的來(lái)連接，無(wú)法避免的交叉處和夠不著在使用導(dǎo)線連接。各模塊焊接完后在焊接模塊間的連接。調(diào)試，開(kāi)始每一個(gè)燈亮，后來(lái)發(fā)現(xiàn)555定時(shí)器沒(méi)節(jié)5V電源;又有只兩個(gè)燈，且開(kāi)關(guān)失效，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)控制開(kāi)關(guān)和74LS175輸入端的電阻一端沒(méi)接地。接好后仍然有兩燈亮著，按下控制開(kāi)關(guān)能讓兩者的燈滅松開(kāi)后又亮；這因該是74LS175芯片上出錯(cuò)了，就是有兩個(gè)輸出始終為高點(diǎn)平，兩個(gè)始終為低電平。排除故障的方法；1）首先用萬(wàn)用表調(diào)到測(cè)各該聯(lián)通的地方有沒(méi)連上接上或是否有地方短路了。2）對(duì)著電路板（焊接面）把焊接的電路畫了出來(lái)，再對(duì)照原理圖查。五、元件清單數(shù)字集成電路74LS175、CD4511、74LS20、74LS00各一片，NE555定時(shí)器一片，510歐姆的電阻8各，10K的電阻10個(gè)，100K的電阻1個(gè)，三極管4個(gè)，發(fā)光二極管4個(gè)，0.01uF電容2個(gè)，4個(gè)二極管。五個(gè)開(kāi)關(guān)。方案二：我自己通過(guò)在圖書館和網(wǎng)絡(luò)上查閱資料，自行設(shè)計(jì)出了一個(gè)四路搶答器，我通過(guò)原理檢查和模擬仿真證實(shí)我自己設(shè)計(jì)出來(lái)的電路是可以實(shí)現(xiàn)搶答功能的。下圖就是我自己設(shè)計(jì)出來(lái)的搶答器電路通過(guò)仿真后的仿真原理圖：我設(shè)計(jì)出來(lái)的電路圖實(shí)現(xiàn)了搶答功能，即當(dāng)?shù)谝晃贿x手摁下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)并不放的時(shí)候，其他選手再搶答為無(wú)效，同時(shí)指示燈顯示第一位搶答選手的位置，如果再接入基于cd4511的七路數(shù)碼管顯示器就能顯示搶答選手的序號(hào)。我自己設(shè)計(jì)的電路圖與老師給我們的示例原理圖相比，優(yōu)點(diǎn)是所用的元器件少而且簡(jiǎn)單此原理圖是通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)電邏輯推導(dǎo)出來(lái)的，因此，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、所用元器件少是它的一個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。由于我設(shè)計(jì)的思路不是很完善，設(shè)計(jì)出來(lái)的搶答器電路有一些缺陷:由于沒(méi)有使用鎖存電路導(dǎo)致我設(shè)計(jì)的搶答器不能實(shí)現(xiàn)鎖存功能，以至于需要選手們?cè)趽尨鸬臅r(shí)候要按著搶答開(kāi)關(guān)一直不放，這是我在設(shè)計(jì)搶答器的過(guò)程中犯下的一個(gè)致命的錯(cuò)誤，也是我在課程設(shè)計(jì)中沒(méi)有用此簡(jiǎn)單的方案二設(shè)計(jì)電路而改用方案一的主要原因。六、心得體會(huì)通過(guò)本次數(shù)字電子實(shí)習(xí)加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考、解決問(wèn)題的能力。在整個(gè)實(shí)習(xí)過(guò)程中，我們通過(guò)自己的努力設(shè)計(jì)出了一些搶答器的原理圖，但是由于考慮不周全導(dǎo)致一些電路雖然實(shí)現(xiàn)了搶答功能，但由于原理上的不完善而不具備基本的實(shí)用功能。通過(guò)分析比較我們選出了最佳的設(shè)計(jì)電路。這是一種自我批判和積極進(jìn)取的精神。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，我們培養(yǎng)了一種認(rèn)真細(xì)致，思維嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神，我們通過(guò)自己的行動(dòng)來(lái)讓自己明白了這些精神在我們以后的學(xué)習(xí)和生活中必不可少。我們?cè)诤附拥倪^(guò)程中只要稍稍的不留神就很有可能接錯(cuò)線和管腳，由于一時(shí)的不細(xì)致將導(dǎo)致整個(gè)搶答器不能工作，將要花費(fèi)我們大量的時(shí)間去發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤排除錯(cuò)誤，這將大大的延期我們完成作品時(shí)間。這就是所謂的欲速則不達(dá)。通過(guò)實(shí)習(xí)我們對(duì)這些幾本的芯片的功能有了一定的了解，能夠熟知他們的封裝管腳圖和實(shí)現(xiàn)的基本功能。對(duì)各種搶答器的電路原理已經(jīng)爛熟于心，還有對(duì)每種不同的搶答器的原理區(qū)別和電路設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)已經(jīng)有了一些了解。我們?cè)趯W(xué)習(xí)了模電之后對(duì)