數(shù)電實(shí)訓(xùn)報告——五路搶答器

1、報告編號:多展葉石*皖逐/吃數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)綜合課程設(shè)計報告五路數(shù)字搶答器學(xué)生姓名：章楊敏隹晨晨指導(dǎo)教師：曹喜珠所在系：電子工程系所學(xué)專業(yè)：電子信息工程年 級：2011級電子二班2013年6月14日目錄一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1二、設(shè)計要求與內(nèi)容 1三、設(shè)計及原理 23.1 總體方案設(shè)計 23.1.1 設(shè)計思路 23.2 各模塊設(shè)計方案及原理說明 33.2.1 搶答電路 33.2.2 倒計時電路 63.2.3 報警電路 8四、電路仿真 84.1 搶答電路 84.2 倒計時電路 94.3 報警電路 10五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 10六、收獲、體會和建議111. 總電路圖 122. 元件引腳圖 133. 元器件清

2、單 15i五路數(shù)字搶答器摘要搶答器作為一種工具， 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合。 本設(shè)計以八路智力競賽搶答器為基本概念，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā) , 利用電子設(shè)計自動化 ( eda) 技術(shù) , 用數(shù)字、模擬電子器件設(shè)計具有擴(kuò)充功能的搶答器。該搶答器的設(shè)計利用 multisim11 完成了原理圖設(shè)計和電路仿真，具有數(shù)字顯示、倒計時顯示、編碼譯碼功能，應(yīng)用效果良好。關(guān)鍵詞 : 電子設(shè)計自動化 數(shù)字電子技搶答器 仿真、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^五路數(shù)字搶答器的設(shè)計實(shí)驗(yàn)， 要求學(xué)生回顧所學(xué)數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)， 掌握組合電路、 時序電路、 編程器件和任意集成電路的綜合使用及設(shè)計方法， 熟悉掌握優(yōu)先編碼器、

3、 觸發(fā)器、 計數(shù)器、 單脈沖觸發(fā)器、 555 電路、譯碼 / 驅(qū)動電路的應(yīng)用方法，熟悉掌握時序電路的設(shè)計方法。達(dá)到數(shù)字實(shí)驗(yàn)課程大綱所要求掌握的基本內(nèi)容。、設(shè)計要求與內(nèi)容在許多比賽活動中，為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設(shè)置一臺搶答器，通過數(shù)顯、燈光或音響等多種手段指示出第一搶答者。1)可供5名選手或者團(tuán)隊比賽，選用s0s4五個按鈕表示。2)設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答開關(guān)s,并由主持人控制。3) 搶答器具有鎖存與顯示功能，即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚(yáng)聲器發(fā)出響聲提示，并在數(shù)碼管上顯示選手號碼。4) 選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存， 優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。5) 搶答

4、器具有定時搶答功能，即主持人根據(jù)題目的難易程度可設(shè)置搶答時間(如 10秒) 。當(dāng)主持人啟動“開始”鍵后，定時器進(jìn)行減計時。參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6) 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示 00。三、設(shè)計及原理3.1 總體方案設(shè)計3.1.1 設(shè)計思路題本題的根本任務(wù)是準(zhǔn)確判斷出第一搶答者的信號并將其鎖存。實(shí)現(xiàn)這一功能可選擇使用觸發(fā)器或鎖存器等。在得到第一信號之后應(yīng)立即將電路的輸入封 鎖，即使其他組的搶答信號無效。同時還必須注意，第一搶答信號應(yīng)該在主持人

5、發(fā)出搶答命令之后才有效。當(dāng)電路形成第一搶答信號之后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答 者的組別，也可以用發(fā)光二極管直接指示出組別。在主持人沒有按下開始搶答按鈕前， 參賽者的搶答開關(guān)無效；當(dāng)主持人按 下開始搶答按鈕后，開始進(jìn)行10秒倒計時，此時，若有組別搶答，顯示該組別 并使搶答指示燈亮表示“已有人搶答”；當(dāng)計時時間到，仍無組別搶答，則計時 指示燈滅表示“時間已到”，主持人清零后開始新一輪搶答。、3.1.2 總電路框圖圖3-1總電路框圖3.2 各模塊設(shè)計方案及原理說明3.2.1 搶答電路此部分電路主要完成的功能是實(shí)現(xiàn)5 路選手搶答并進(jìn)行鎖存， 同時有相應(yīng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮和數(shù)碼顯示。使用優(yōu)先編碼

6、器74ls148 和鎖存器 74ls297 來完成。 該電路主要完成兩個功能： 一是分辨出選手按鍵的先后， 并鎖存優(yōu)先搶答者的編號， 同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管） ；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)s 置于 "清除 "端時， rs 觸發(fā)器的 r、 s 端均為0, 4個觸發(fā)器輸出置0,使74ls148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端=0 ,使之處于工 作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)s 置于 " 開始 " 時，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（如按下 s5）, 74ls148的輸出經(jīng)rs鎖存后，ctr=1,rbo =1,

7、七段 顯示電路74ls48處于工作狀態(tài)，4q3q2q=10脩譯碼顯示為“5”。此外，ctr = 1,使74ls148優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端=1 ,處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。 當(dāng)按鍵松開即按下時，74ls148的 此時由于仍為ctr= 1,使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志 端=1, 5所以74ls148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號， 保證了搶答者的優(yōu)先性。 只要有一組選手先按下?lián)尨鹌鳎?就會將編碼器鎖死， 不 再對其他組進(jìn)行編碼。通過74ls48 譯碼器使搶答組別數(shù)字顯示0-4。 如有再次搶答需由主持人將s 開關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。原理圖如下：圖3-2搶答模塊原理圖rs觸發(fā)

8、器：1 .保持狀態(tài)。當(dāng)輸入端接入s = r=1的電平時，如果基本sr觸發(fā)器現(xiàn)態(tài) q=1、q=0,則觸發(fā)器次態(tài)=1、q =0； q若基本sr觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)q =0、q =1, 則觸發(fā)器次態(tài)q=0、q=io即s=r=i時，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。2 .置0狀態(tài)。當(dāng)s=1, r=0時，如果基本sr觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為q=1、q=0, 因r=0,會使q=1,而q=1與s=1共同作用使q端翻轉(zhuǎn)為0;如果基本sr觸 發(fā)器現(xiàn)態(tài)為q =0> q =1,同理會使q=0, q =1 o只要輸入信號s=1, r=0,無 論基本sr觸發(fā)器的輸出現(xiàn)態(tài)如何，均會使輸出次態(tài)置為 0態(tài)。3 .置1狀態(tài)。當(dāng)s=0、r=1時，如果觸發(fā)

9、器現(xiàn)態(tài)為q=0、q=1,因s=0, 會使g1的輸出端次態(tài)翻轉(zhuǎn)為1,而q=1和r=1共同使g2的輸出端q=0;同理當(dāng)q=1、q=0,也會使觸發(fā)器的次態(tài)輸出為 q =1> q =0；只要s=0、r=1,無 論觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)如何，均會將觸發(fā)器置 1。4 .不定狀態(tài)。當(dāng)s = r=0時，無論觸發(fā)器的原狀態(tài)如何，均會使q=1, q=ic 當(dāng)脈沖去掉后，s和r同時恢復(fù)高電平后，觸發(fā)器的新狀態(tài)要看g1和g2兩個門 翻轉(zhuǎn)速度快慢，所以稱s=r=0是不定狀態(tài)，在實(shí)際電路中要避免此狀態(tài)出現(xiàn)。 基本rs觸發(fā)器的邏輯圖、邏輯符號和波形圖如圖 1-7所示。(a)邏輯圖(b)邏輯符號(c)波形圖6圖3-3基本sr觸發(fā)器

10、gisg2rqqsr保持輸 出i si 011i 2i 3i 4丫2丫1y0y exys1xxxxx11111011111111100xxxxx000010xxxxx001010xxxxx010010xxxx0011010xxx01100010xx011101010x01111100100111111101表3-1 74ls148真值表4ls148的輸入端和加出端低電平有效。io i7是輸入信號，y2 yo為三巴 二進(jìn)制編碼輸出信號，is=1時，編碼器禁止編碼，當(dāng)is =0時，允許編碼。ys 是技能輸出端，只有在is=0,而i0i7均無編碼輸入信號時為00yex為優(yōu)先編碼輸出端，在is =0而

11、i0 i7的其中之一有信號時，yex =0。i 0i7各輸入 端的優(yōu)先順序?yàn)椋篿7級別最高，i0級別最低。如果i7 =0 (有信號)，則其它輸 入端即使有輸入信號，均不起作用，此時輸出只按 i7編碼，y2y1y0 =000。優(yōu) 先編碼被廣泛用于計算機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)有多個外設(shè)申請中斷時，優(yōu)先編碼器總 是給優(yōu)先級別高的設(shè)備先編碼。c c q s qu274ls4bd g圖3-4譯碼顯示電路二進(jìn)制譯碼器是將輸入的二進(jìn)制代碼的各種狀態(tài)按特定含義翻譯成對應(yīng)輸出信號的電路。也稱為變量譯碼器。若輸入端有 n位，代碼組合就有2n個，當(dāng) 然可譯出2n個輸出信號。顯示譯碼器由譯碼輸出和顯示器配合使用，最常用的是b

12、cd七段譯碼器其輸出是驅(qū)動七段字形的七個信號，常見產(chǎn)品型號有74ls48、74ls47等。字符顯示器：分段式顯示是將字符由分布在同一平面上的若干段發(fā)光筆劃組 成。電子計算器，數(shù)字萬用表等顯示器都是顯示分段式數(shù)字。而led數(shù)碼顯示器是最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。led的死區(qū)電壓較高，工作電壓大約1.53v,驅(qū)動電流為幾十毫安。圖1-3是七段led數(shù)碼管的引線圖和顯示數(shù) 字情況。74ls47譯碼驅(qū)動器輸出是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管須采用共陽 極接法；而74ls48譯碼驅(qū)動器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管須采用 共陰極接法。數(shù)碼管常用型號有 bs201、bs202等。圖1-4 (a)

13、是共陰式led 數(shù)碼管的原理圖，使用時，公陰極接地， 7個陽極ag由相應(yīng)的bcd七段譯碼 器來驅(qū)動。3.2.2倒計時電路原理圖如下:u1ou12(5701融；.r14 iao ;*口口74ls4bd =六二一 2算初174l s4bd 1圖3-5倒計時模塊原理圖該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計數(shù)器74ls192 減法計數(shù)電路、74ls48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。 完成的 功能是當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕后，進(jìn)行30s倒計時，到0s時倒計時指示燈亮。當(dāng)有人搶答時，計時停止。兩塊74ls192實(shí)現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74ls48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時

14、鐘產(chǎn)生電路提供。74ls192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)30s,計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計 數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當(dāng)有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控 制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。-10 t1r185叱vcc555a2rtual12：r19】膽圖3-6 555定時器連接圖70 , ,c3+th- tmnf由555定時器和三極管構(gòu)成報警電路。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率 fo= 1.43/ (ri + 2r2) c,其輸出信號經(jīng)三極管推動揚(yáng)聲器。pr

15、為控制信號, 當(dāng)pr為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振?？刂戚斎胄盘枮榻?jīng)過編碼的搶答選手的信號，當(dāng)有人在有效時間內(nèi)搶答時， 定時時間到時無人搶答時，輸入信號為高電平，報警電路發(fā)出報警信號；反之， 輸入信號為低電平時，報警器不工作。將連接好的555定時器的輸出端接在示波器上，呈現(xiàn)如下符合要求的方波。圖3 -7 555定時器輸出波形3.2.3報警電路搶答器具有鎖存與顯示功能，即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚(yáng)聲器發(fā)出響聲提示；如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答；四、電路仿真4.1 搶答電路搶答器搶答后的顯示，同時發(fā)光二極管指示燈發(fā)光，如下圖:8u& :74

16、ls48d74ls279d”3dm "二”e士一|.nti之二|3.67hc:sc74ls04d1115a圖4-1搶答電路仿真4.2 倒計時電路倒計時開始后開始計數(shù)，同時倒計時指示燈亮直到倒數(shù)到 0秒熄滅，如下圖:a b c d e f ou10#9 ：qr14：鹿秘 t ： 1bo, 56：北；二e三卷?4ls48q"電：h c o e f 9723),c7： -ir16.180-jo74l548d ii fr： s s * dg m s： t t jsia &-a圖4-2倒計時電路仿真4.3報警電路如果定時時間已到,無人搶答,本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答。-

17、 buzzes- 1而0 hz36：u15a ：74ls04d圖4-3報警電路仿真五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析接通電源，開關(guān)打到預(yù)置端，倒計時數(shù)碼管顯示 30。主持人撥動開關(guān)后， 倒計時電路開始從30秒倒數(shù)，5路觸點(diǎn)開關(guān)處于待命狀態(tài)。若有選手按下所在開關(guān)（搶答），搶答電路顯示選手所在編碼（04）,倒計 時電路停止計時。同時其他選手所在的開關(guān)被鎖定，搶答無效。如果10秒倒計時結(jié)束后仍無人搶答，lew熄滅，倒計時電路鎖定為00, 搶答不再有效。這時只需主持人重新將開關(guān)打到預(yù)置段， 整個電路全部回到初態(tài)。準(zhǔn)備進(jìn)行下一輪搶答。六、收獲、體會和建議這次課程設(shè)計的電路是比較復(fù)雜的。雖然以前在模電、 protel 課

18、程設(shè)計中接觸過一些電子電路， 但在初期還是感到無從下手。 接觸 multisim 軟件， 感覺它比protel 更靈活易用，熟練以后十分順手。在整個電路的設(shè)計過程中，花費(fèi)時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計上， 在多種方案的選擇中， 我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因， 最后還是在通多次對電路的改進(jìn)， 上機(jī)仿真以及接線調(diào)試， 終于使整個電路可穩(wěn)定工作。 設(shè)計過程中， 我深刻的體會到在設(shè)計過程中， 需要反復(fù)實(shí)踐， 其過程很可能相當(dāng)煩瑣， 有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做， 那時心中未免有點(diǎn)灰心， 有時還特別想放棄， 此時更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)

19、計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。 因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準(zhǔn)備， 像查找詳細(xì)的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。設(shè)計單元電路階段，這個階段可以說是考察數(shù)電書本知識的階段。所有的設(shè)計方法還有步驟在數(shù)電書上都有， 而且還有例題。 這個階段遇到的主要問題就是以前的知識忘記不少， 所以做設(shè)計的時候要常隨手翻閱課本， 等于是做了幾道數(shù)電作業(yè)題。這個階段的難度也不是很大，一般翻課本就可以找到答案并解決問題。實(shí)驗(yàn)階段可以說是這次設(shè)計中最重要的部分，因?yàn)橐郧暗闹皇抢碚摱皇钦嬲膶?shí)體。所以說它是最重要的。實(shí)驗(yàn)階段我們遇到的問題有：對軟件不熟悉；對實(shí)驗(yàn)過程中信號的測量知識學(xué)習(xí)很少；因?yàn)楦鱾€模

20、塊是分開做而后又組裝到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合為一個整體，部分工作能行但是接到一起就會出現(xiàn)問題） ;針對以上幾個問題我們作出了以下的“對策”:軟件不熟悉，就借來參考書，一步一步的對著學(xué)，而且老師給的資料上也有軟件的使用說明，所以隨著接觸的增加軟件也就越來越熟悉， 這方面的問題不是太難因?yàn)橐贿吚碚撘贿厡W(xué)習(xí)正好是學(xué)習(xí)的好方法，而且也學(xué)的特別快。制作過程是一個考驗(yàn)人耐心的過程， 不能有絲毫的急躁， 電路的焊接要一步一步來，焊點(diǎn)多，走線復(fù)雜。這又要我們要靈活處理，一邊操作一邊構(gòu)思，在不影響試驗(yàn)的前提下加快進(jìn)度。另外就是要熟練地掌握課本上的知識， 這樣才能對試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決

21、。這是應(yīng)用課本知識的大好時機(jī)?？傊?通過這次練習(xí)我有了很多收獲。 在摸索該如何設(shè)計電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增強(qiáng)了動手能力。在改進(jìn)電路的過程中，同學(xué)們共同探討，最后的電路已經(jīng)比初期設(shè)計有了很大提高。在讓我體會到了設(shè)計電路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。電路的改進(jìn)方案在計時電路中加入運(yùn)放和蜂鳴器運(yùn)放外接12v 電源并單獨(dú)接地，搶答時間結(jié)束時可以發(fā)出“滴, ”的聲音表示報警。18附錄:1.總電路圖1es?7 = j11buzzer1000 hzu15a ：；' 74ls04d o"< = j 口工工。ml543q jf4ls4bd=一在占11年珍就皿il£192r金7e :74ls2&d2.元件引腳圖1615 h 1312 ii 109圖 附2-3 74ls148引腳圖vc( ys y圈 1312 ii 10 yd74ls148m 15 析 17 s(e) y2 yl gninnmr"l±ltcd tcu pt p274ls192圖 附2-4 74ls192弓唧圖ldujl2jl±j|jjl±jldlajpl qt qo cp 口 cpu q2 oj gn 口v