數(shù)字式競(jìng)賽搶答器.docx

博學(xué)篤行 盛德日新電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)課 題： 數(shù)字式競(jìng)賽搶答器 電子技術(shù)綜合設(shè)計(jì)數(shù)電課程設(shè)計(jì)一、課題名稱(chēng)：數(shù)字式競(jìng)賽搶答器二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求（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(hào)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(kāi)始搶答，第一信號(hào)鑒別鎖存電路得到信號(hào)后，由指示燈顯示搶答組的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出23秒的音響。三、設(shè)計(jì)原理顯示電路譯碼電路鎖存器優(yōu)先編碼電路搶答按鈕主電路報(bào)警電路控制電路主持人控制開(kāi)關(guān)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(kāi)始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，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(guò)程是：接通電源時(shí)，主持人將開(kāi)關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈；搶答開(kāi)始時(shí)，主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置，揚(yáng)聲器給出聲響提示，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(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)；（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(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答； 單元電路設(shè)計(jì)：（1）搶答電路搶答電路包括搶答按鈕、優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼顯示電路。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(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無(wú)效。當(dāng)選手進(jìn)行搶答時(shí)，優(yōu)先編碼器74LS148中輸入低電平，優(yōu)先編碼器74LS148對(duì)進(jìn)行優(yōu)先選擇，選擇完畢時(shí)GS輸出低電平，第四個(gè)RS鎖存器的GS輸出低電平，Q則處于低電平，在控制電路中，Q控制優(yōu)先編碼器74LS148的EI，EI為低電平，則優(yōu)先編碼器74LS148不能進(jìn)行工作，其余選手則不能進(jìn)行搶答。當(dāng)優(yōu)先編碼器74LS148優(yōu)先選擇完畢后，輸出信號(hào)給RS鎖存器進(jìn)行鎖存，同時(shí)RS鎖存器輸出信號(hào)給顯示譯碼器，譯碼后輸給共陰極數(shù)碼管，顯示選手相應(yīng)編號(hào)。 另外，當(dāng)8號(hào)選手輸入時(shí)，RS鎖存器輸出0 0 0，在數(shù)碼管顯示數(shù)字8；而顯示譯碼器輸入1 0 0 0時(shí)，才能在數(shù)碼管輸出8。所以，在RS鎖存器后連接一個(gè)三輸入一輸出或非門(mén)，當(dāng)輸出0 0 0時(shí)，通過(guò)或非門(mén)輸出1，或非門(mén)接入顯示譯碼器的D端，同時(shí)A、B、C輸入的為0，此時(shí)當(dāng)8號(hào)搶答時(shí)，數(shù)碼管顯示8； （2）控制電路控制電路主要完成以下功能：主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，控制揚(yáng)聲器發(fā)聲，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)，讓揚(yáng)聲器發(fā)聲，并使搶答電路停止工作。主持人開(kāi)關(guān)一段連接低電平，另一端連接高電平和RS鎖存器的所有的R段。在第四個(gè)RS鎖存器中S端接入優(yōu)先編碼器74LS148的GS端，輸出端Q端接優(yōu)先編碼器74LS148的使能端EI、報(bào)警電路、顯示譯碼器74LS48的使能端RBI和顯示燈。主持人開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，整個(gè)電路處于工作狀態(tài)，選手搶答，搶答完畢后，主持人恢復(fù)，讓開(kāi)關(guān)進(jìn)行“關(guān)開(kāi)”的過(guò)程中，整個(gè)電路被恢復(fù)，第二次搶答進(jìn)行。（3）報(bào)警電路可以用555構(gòu)成的多諧振蕩器推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，當(dāng)有選手搶答時(shí)，在有高電平輸出，同時(shí)輸給555定時(shí)器時(shí)，有報(bào)警。四、使用器件及儀器優(yōu)先編碼器：74LS148；RS鎖存器：74LS279；顯示譯碼器：74LS48；555定時(shí)器：NE555；發(fā)光二極管；共陰極數(shù)碼顯示器；輸入一輸出與非門(mén)：74LS27；揚(yáng)聲器（由發(fā)光二極管代替）；開(kāi)關(guān)；電阻：8個(gè)10K， 7個(gè)1K，1個(gè)500K；電容：1uf和50nf各一個(gè)；導(dǎo)線(xiàn)若干。+5直流電源、萬(wàn)用表。五、設(shè)計(jì)內(nèi)容與步驟（1）在Multisim 工具軟件中設(shè)計(jì)電路并進(jìn)行仿真，仿真結(jié)果正確則進(jìn)入下一步驟；（2）安裝調(diào)試各單元電路； （3）測(cè)試定時(shí)搶答器的邏輯功能，以滿(mǎn)足設(shè)計(jì)功能要求；（4）畫(huà)出定時(shí)搶答器的系統(tǒng)邏輯電路圖；（5）寫(xiě)出設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)報(bào)告。六、主要芯片介紹1、優(yōu)先編碼器 74LS14874LS148引腳圖 74LS148管腳徒輸入輸出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1xxxxxxxx11111011111111111100xxxxxxx0000010xxxxxx01001100xxxxx011010100xxxx0111011100xxx01111100100xx011111101100x0111111110100011111111111074LS148 8線(xiàn)3線(xiàn)二進(jìn)制編碼器真值表74LS148工作原理如下： 該編碼器有8個(gè)信號(hào)輸入端，3個(gè)二進(jìn)制碼輸出端。此外，電路還設(shè)置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS。 當(dāng)EI=0時(shí)，編碼器工作；而當(dāng)EI=1時(shí)，則不論8個(gè)輸入端為何種狀態(tài)，3個(gè)輸出端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態(tài)。這種情況被稱(chēng)為輸入低電平有效，輸出也為低電來(lái)有效的情況。當(dāng)EI為0，且至少有一個(gè)輸入端有編碼請(qǐng)求信號(hào)（邏輯0）時(shí)，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS為0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為1。由功能表可知，在8個(gè)輸入端均無(wú)低電平輸入信號(hào)和只有輸入0端（優(yōu)先級(jí)別最低位）有低電平輸入時(shí)，A2A1A0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由GS的狀態(tài)加以區(qū)別，當(dāng)GS1時(shí)，表示8個(gè)輸入端均無(wú)低電平輸入，此時(shí)A2A1A0=111為非編碼輸出；GS0時(shí)，A2A1A0=111表示響應(yīng)輸入0端為低電平時(shí)的輸出代碼（編碼輸出）。EO只有在EI為0，且所有輸入端都為1時(shí)，輸出為0，它可與另一片同樣器件的EI連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編碼器。 從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級(jí)別的次為7，6，0。輸入有效信號(hào)為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級(jí)別高的輸入端無(wú)低電平輸入時(shí)，輸出端才輸出相對(duì)應(yīng)的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級(jí)別比它高的輸入6和輸入7均為1時(shí)，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理。2、鎖存器74LS279 SRQ功能00不定011置1100置011保持 74LS279引腳圖 74LS279真值表鎖存器74LS279原理：圖中端接主持人控制開(kāi)關(guān)，搶答前，控制開(kāi)關(guān)使鎖存器輸出為零。、分別與編碼器的輸出端、和工作狀態(tài)標(biāo)志GS聯(lián)接，當(dāng)有搶答開(kāi)關(guān)按下，編碼器輸出相應(yīng)的二進(jìn)制代碼，經(jīng)鎖存器保持搶答信息。編碼器工作狀態(tài)標(biāo)志GS使鎖存器輸出Q0為“1”，Q0聯(lián)接到編碼器74LS148的輸入使能端EI，封鎖其它路輸入，同時(shí)接譯碼電路74LS247的控制端，當(dāng)其為高電平時(shí)，譯碼器工作，當(dāng)其為低電平時(shí)，字型全“滅”。Q1、Q2、Q3與譯碼顯示電路的輸入端相連，控制開(kāi)關(guān)為主持人所設(shè)，S打向RESET端復(fù)位后才可進(jìn)行下一輪搶答。3、顯示譯碼器74LS48顯示譯碼器74LS48引腳圖 顯示譯碼器74LS48真值表顯示譯碼器74LS48工作原理：74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入（DCBA）和輸出（YaYg）端外，7448還引入了燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出（BI/RBO）端。 由74LS48真值表可獲知74LS48所具有的邏輯功能：（1）7段譯碼功能（LT=1，RBI=1）在燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無(wú)效電平時(shí)，輸入DCBA經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平。（2）消隱功能（BI=0）此時(shí)BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1倒數(shù)第3行，無(wú)論LT 和RBI輸入什么電平信號(hào)，不管輸入DCBA為什么狀態(tài)，輸出全為“0”，7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。（3）燈測(cè)試功能（LT = 0）此時(shí)BI/RBO端作為輸出端， 端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表1最后一行，與 及DCBA輸入無(wú)關(guān)，輸出全為“1”，顯示器7個(gè)字段都點(diǎn)亮。該功能用于7段顯示器測(cè)試，判別是否有損壞的字段。（4）動(dòng)態(tài)滅零功能（LT=1，RBI=1）此時(shí)BI/RBO端也作為輸出端，LT 端輸入高電平信號(hào)，RBI 端輸入低電平信號(hào)，若此時(shí)DCBA = 0000，表1倒數(shù)第2行，輸出全為“0”，顯示器熄滅，不顯示這個(gè)零。DCBA0，則對(duì)顯示無(wú)影響。該功能主要用于多個(gè)7段顯示器同時(shí)顯示時(shí)熄滅高位的零。4、555定時(shí)器NE555555定時(shí)器引腳圖5、共陰極七段數(shù)碼管七、仿真電路圖八、實(shí)物圖 九、系統(tǒng)調(diào)試把上面所設(shè)計(jì)的單元電路連接起來(lái)可得到整機(jī)電路。然后可在印刷電路板上焊接分立元件并進(jìn)行調(diào)試。在調(diào)試的過(guò)程中可能會(huì)遇到由于邏輯門(mén)傳輸延時(shí)的存在而帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)問(wèn)題 ,主要表現(xiàn)在當(dāng)按鍵按下 時(shí) ,在連續(xù)按鍵的情況下大約有50 %的可能性誤顯示為7或4和當(dāng)選手搶答后，數(shù)碼管、報(bào)警器和顯示燈不顯示。1測(cè)試使用的主要的儀器儀表是萬(wàn)用表。2、測(cè)試的電壓顯示為5伏。3調(diào)試電路的方法和技巧是用紅黑表筆測(cè)試接電源處是否有電壓顯示，再用表筆分別測(cè)試各集成塊和電阻，電容的電壓，注意用手背觸摸一下，檢查各儀器是否發(fā)熱工作。 4、用萬(wàn)用表檢測(cè)線(xiàn)路的接線(xiàn)時(shí)否正確或是否虛焊的情況，根據(jù)仿真原理圖，測(cè)兩相連芯片的引腳，若電阻為“0”，則接線(xiàn)正確和無(wú)虛焊，否則接線(xiàn)錯(cuò)誤或有虛焊現(xiàn)象，進(jìn)行檢查。5、測(cè)試電路是否有短路或斷路的情況。6、報(bào)警電路功能測(cè)試，按圖在實(shí)驗(yàn)上連線(xiàn)，出現(xiàn)電阻和電容的德參數(shù)不正確，電阻和電容太大，方法是換小電阻、小電容進(jìn)行調(diào)試。7、檢測(cè)芯片是否有損壞，監(jiān)測(cè)方法在工作電路中檢測(cè)相應(yīng)的高低電平。十、心得體會(huì)一個(gè)星期多星期的艱苦奮斗，我終于完成了傳說(shuō)中的數(shù)字式搶答器，雖然熬了幾個(gè)通宵，甚至手都被燙了幾次，樣子也很丑，但總算是完成了，短短的這一個(gè)星期，讓我學(xué)會(huì)了很多。剛開(kāi)始做仿真設(shè)計(jì)時(shí)連仿真軟件都安不上去，都快愁死了，下來(lái)一想到做這個(gè)東西，大二學(xué)的知識(shí)又要重新復(fù)習(xí)一遍，頭就大了，一臉的迷茫。什么編碼器，譯碼器都忘了長(zhǎng)什么樣子，但還是硬著頭皮翻開(kāi)了書(shū)仔細(xì)復(fù)習(xí)深入了解，但底子還是有的，越看越有精神，慢慢深陷其中，也感覺(jué)到親自操刀的快樂(lè)，讓我跟開(kāi)心的是當(dāng)初在學(xué)這門(mén)課程時(shí)沒(méi)理解的內(nèi)容這次也徹底理解掌握了，讓我懂得了更多的知識(shí)。梳理了理論知識(shí)后對(duì)于搶答器的設(shè)計(jì)也就有了一個(gè)大致的思路，使自己茅塞頓開(kāi)。下來(lái)就開(kāi)始做仿真，一個(gè)器件一個(gè)器件的理解后，仿真也就很容易的做出來(lái)了。但是僅有理論知識(shí)的鋪墊，在實(shí)際操作起來(lái)還是有難度的，比如整體布局，如果器件胡亂的擺放，到最后聯(lián)線(xiàn)就很麻煩。又比如線(xiàn)路的短路和開(kāi)路，自己覺(jué)的可行的，但在實(shí)際中還是有一定的差距。我的搶答器線(xiàn)路連得不好看，但都費(fèi)了很大的功夫，這都不算，在板子上面連好后，進(jìn)入測(cè)試時(shí)顯示器上的數(shù)字卻是缺胳膊少腿的，愁死人了，自己用萬(wàn)用表仔細(xì)的檢查，也查出了一些問(wèn)題，想七段顯示器的兩邊中間的引腳都是要接地的，但我的卻只有一邊接了，還有最后的開(kāi)關(guān)也沒(méi)有接電阻，編碼器與鎖存器之間有一根線(xiàn)也接錯(cuò)了，但在我把這些搞好后，數(shù)字有了一些改變，但還存在問(wèn)題，最好同學(xué)幫我仔細(xì)看了一下，發(fā)現(xiàn)我要的顯示編號(hào)是從07就要把譯碼器的6引腳也接地來(lái)將高電平置零，這樣總算好了。在以后的學(xué)習(xí)中我不僅要學(xué)習(xí)理論知識(shí)，更重要的是要加強(qiáng)實(shí)踐的鍛煉。而且在這次設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)中，我不僅在這設(shè)計(jì)當(dāng)中學(xué)會(huì)了很多芯