1、精選優質文檔-傾情為你奉上機械與電氣工程學院數字電子技術課程設計報告姓 名： 學 號：班 級：10電自2班指導教師：嚴金龍 8路智力競賽搶答器1 設計任務與要求1.1基本功能（1）設計一個智力競賽搶答器，可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽，其編號分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應，分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。（2）給節目主持人設置一個控制開關，用來控制系統的清零（編號顯示數碼管滅燈）和搶答的開始。（3）搶答器具有數據鎖存和顯示功能。搶答開始，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數碼管上顯示選手的編號，同時揚

2、聲器發出音響提示 此外要封鎖輸人電路，禁止其他選手搶答，并將優先搶答選手的編號直保持到主持人將系統清零為止。1.2 擴展功能（1）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間長度可以由主持人設定（如30 s）。當節目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示，同時揚聲器發出短暫的音響，音響持續時間為0.5 s左右。（2）參賽選手在設定的時間內搶答，搶答有效；有效搶答結束定時器停止工作顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統清零為止。（3）如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答，本次搶答無效，系統短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后做無效搶答，時間顯示器上顯

3、示00。2 設計原理定時搶答器的總體框圖如圖1所示，它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答；擴展電路完成定時搶答的功能。圖1 定時器總體框圖圖1所示的定時搶答器的工作過程是：接通電源時，節目主持人將開關置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態，編號顯示器滅燈，定時顯示器顯示設定的時間；當節目主持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”，同時將控制開關撥到“開始”位置，揚聲器發出音響提示，搶答器處于工作狀態，定時器倒計時開始。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統報警，并封鎖輸入電路，禁止選

4、手在超時后搶答。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，搶答器要完成以下四項工作：（1）優先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼電路顯示編號；揚聲器發出短暫音響，提醒節目主持人注意。（2）控制電路要對輸人編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答。（3）控制電路要使定時器停止工作，時間顯示器上顯示剩余搶答時間并保持到主持人將系統清零為止。當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關使系統回復到禁止工作狀態，以便進行下輪搶答。3 設計分析3.1 搶答電路搶答電路的功能有兩個：是能分辨選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效。選用優先編

5、碼器74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，其電路組成如圖2所示。圖2 搶答器電路其工作原理是：當主持人的控制開關處于“清除”位置時，RS觸發器的端為低電平，輸出端（4Q1Q）全部為低電平，于是74LS48的0，顯示器滅燈；74LS48的選通輸入端0， 74LS48處于工作狀態，此時鎖存電路不工作。當主持人將開關撥到“開始”位置時，優先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態，即搶答器處于等待工作狀態，等待輸入端、··· 、輸人信號。當有選手將鍵按下時（如按下S5，74LS148的輸出000，0，經RS鎖存器后，CTR1，B1，74LS279處于工作狀

6、態； 4Q3Q2Q101，經74LS48譯碼，顯示器顯示“5”。此外，CTR1，使74LS148的端為高電平74LSl48處于禁止工作狀態，封鎖了其他按鍵的輸人。當選手按下的鍵松開后，74LS148的為高電平；但由于CTR維持高電平不變，所以，74LS148仍處于禁止工作狀態，其他按鍵的輸入信號不會被接收。這就保證了搶答者的優先性以及搶答電路的準確性。當優先搶答者回答完問題后，由主持人操作控制開關S，使搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。3.2 定時電路節目主持人根據搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間長度，通過預置時間電路對計數器進行預置。現選用十進制同步加減計數器74LS192進行設計，計數

7、器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供，具體電路如圖3所示。電路工作原理請同學們根據數字電路課程所學內容自行分析。圖3 可預置時間的定時電路3.3 報警電路由555定時器和三極管構成的報警電路如圖4所示。其中555定時器構成多諧振蕩器，振蕩頻率為其輸出信號經三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作；反之，電路停振。3.4 時序控制電路時序控制電路是搶答器設計的關鍵。它要完成以下三項功能：（1）主持人將控制開關撥到“開始”位置時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路進人正常工作狀態。（2）當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路停止工作。（3）當設定的搶答時間到，無人搶答

8、時，揚聲器發聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。根據上面的功能要求以及圖2和圖3，設計的時序控制電路如圖5所示。（a）搶答定時電路的時序控制電路 （b）報警電路的時序控制電路圖5 時序控制電路圖中，門G1的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端。圖2-15（a）的工作原理是：主持人將控制開關從“清除”位置撥到“開始”位置時來自于圖2-12中的74LS279的輸出CTR0，經G3反相，Al，則從555輸出瑞來的時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸人端，定時電路進行遞減計時；同時，在定時時間未到時，來自圖2-13中74LS192的借位輸出端1，

9、門G2的輸出0，使74LS148處于正常工作狀態，從而實現功能（1）的要求。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，CTR1，經G3反相，A0，封鎖CP信號，定時器處于保持工作狀態；同時，門G2的輸出1，74LS148處于禁止工作狀態，從而實現功能（2）的要求。當定時時間到時，來自74LS192的0，1，74LS148處于禁止工作狀態，禁止選手進行搶答。同時，門G1處于關門狀態，封鎖CP信號，使定時電路保持00狀態不變，從而實現功能（3）的要求。74LS121用于控制報警電路及發聲的時間。4 電路實驗與調試4.1焊接 通過實驗原理圖進行實物焊接，焊接時能深刻體會到焊接工藝的重要性：各個芯片的引腳功能不

10、能混淆，必須了解各個芯片的使用方法，內部結構以及使用時的注意事項，該接電源的一定要接電源，該接地的一定要接地，且不能有懸空。同時在電路板上要預先確定電源的正負端，便于區分及焊接。正確焊接各芯片個管腳連接必須查閱各種資料并記錄，以確保在焊接過程和調試過程中芯片不被燒壞，同時確保整個電路的正確性。在焊接完后每塊芯片都用萬用表檢測，看是否有短接等，還有焊接時要盡量使布線規范清晰明了，這樣才有利于在調試過程中檢查電路。4.2 調試中出現的問題及解決方法（1） 顯示電路不穩定問題在完成電路的焊接進入調試階段時發現搶答器數碼管顯示選手編號不穩定。主要表現在單選手按下搶答鍵后數碼管顯示的不是選手當前號碼。因

11、此著手對電路進食檢查，首先檢查數碼管看是否是關節焊接錯誤，后又檢查電路各個芯片管腳接錯均未發現問題，最后發現當觸動某按鍵連線時顯示正常由此判斷可能是因為出現了虛焊，遂將電路各焊點又仔細焊接了一遍，此時電路顯示正常。（2） 控制開關無法控制電路在調試是發現當按下主持人開關時電路斷電，當松開后數碼管顯示始終為7，經過一個多小時對電路用萬用表逐個檢查，發現是開關觸焊接錯誤，通過改正焊接后電路能正常工作。（3）數碼管不能正常倒計時在進入定時電路調試時，發現數碼管不能正常倒計時，出現亂碼。對這問題我們檢查了芯片是否完好，電路界限是否正確均未發現問題，后發現是由于在焊接時焊線有些地方出現部分短接，于是就將

12、焊線重新理清，數碼管也能正常工作了。5 設計體會針對課設題目八路搶答器，一開始還沒有頭緒，不會運用所學知識進行有效設計，但通過上網查閱各種類似的設計，查閱所提供的芯片功能，確定基本設計方案，又通過仿真驗證試驗方案的可實行性，雖說比較煩雜但卻對設計一個電路有了基本的經驗。調試工作是個精細工作。在調試過程中，有些問題是芯片本身損壞引起的，也有些是因為焊接問題引起的等因此排查過程需要特別有耐心，通過對芯片功能的檢驗，對焊點的檢查最后檢查出問題所在。當最后解決問題時，電路的正確是非常振奮，也很有成就感和滿足感。自己的不足之處：效率低，焊接水平不足導致電路穩定性不高，布線比較混亂。總之，在設計過程中學到

13、了許多。作為現代的大學生，如果僅停留在以往的層次上，是遠遠跟不上時代的步伐，也無法使自己立足在競爭如此激烈的社會里，通過此次實習，看到了自己的水平和差距。這次實驗是數電實驗的一個綜合性實驗，通過這次實驗，使我們將以前我們所學習到的芯片知識綜合應用到這個實驗上，從結構、功能、用法上都有了全面的認識，加強了我們的思考和動手能力。七 參考文獻（1） 閻石等編，數字電子技術基礎（第五版）M,高等教育出版社2011年11月朱清慧等編，Proteus教程電子線路設計、制版與仿真M，北京：清華大學出版社 元器件的使用列表序號類型數量174LS279（RS鎖存器）1274LS48（4線7段譯碼驅動器）3374LS148（8線3線優先編碼器）1474LS192（十