四路搶答器課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　四路搶答器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　1、鞏固和加深對(duì)電子電路基本知識(shí)的理解，提高綜合運(yùn)用本課程所學(xué)知識(shí)的能力。</p><p>　　2、養(yǎng)成根據(jù)設(shè)計(jì)需要選學(xué)參考書(shū)籍，查閱相關(guān)手冊(cè)、圖表和文獻(xiàn)資料的自學(xué)能力。</p><p>　　3、通過(guò)電路

2、方案的分析、論證和比較，設(shè)計(jì)計(jì)算和選取元器件、電路組裝、調(diào)試和檢測(cè)等環(huán)節(jié)，初步掌握簡(jiǎn)單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　4、學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的實(shí)驗(yàn)調(diào)試和性能指標(biāo)的測(cè)試方法，提高學(xué)生動(dòng)手能力和進(jìn)行數(shù)字電子電路實(shí)驗(yàn)的基本技能。</p><p><b>　　二、技術(shù)指標(biāo)</b></p><p>　　搶答器是一種具有優(yōu)先輸出的電子電路

3、。它的基本功能是，在四組參賽的情況下，首先搶答者發(fā)出搶答信號(hào)，此時(shí)其他參賽組的搶答電路即失去控制作用。在優(yōu)先搶答者解除搶答信號(hào)后，電路才自動(dòng)恢復(fù)到各組又可均等搶答的狀態(tài)中。</p><p>　　1、設(shè)計(jì)一個(gè)可供4人進(jìn)行的搶答器。</p><p>　　2、系統(tǒng)設(shè)置復(fù)位按鈕，按動(dòng)后，重新開(kāi)始搶答。</p><p>　　3、搶答器開(kāi)始時(shí)數(shù)碼管顯示序號(hào)0，選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖

4、存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。搶答后顯示優(yōu)先搶答者序號(hào)，同時(shí)發(fā)出音響。，并且不出現(xiàn)其他搶答者的序號(hào)，這樣其它選手無(wú)法再搶答，達(dá)到搶答目的。 </p><p>　　4、搶答器具有定時(shí)搶答功能，本搶答器的時(shí)間設(shè)定為10秒，當(dāng)主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”開(kāi)關(guān)后，定時(shí)器開(kāi)始減計(jì)。</p><p>　　5、設(shè)定的搶答時(shí)間內(nèi)，選手可以搶答，這時(shí)定時(shí)器開(kāi)始工作，顯示器上顯示選手的號(hào)碼和搶答

5、時(shí)間。并保持到主持人按復(fù)位鍵。</p><p>　　6、當(dāng)設(shè)定的時(shí)間一到，而無(wú)人搶答時(shí)，本題報(bào)廢，選手們無(wú)法再搶答，同時(shí)揚(yáng)聲器報(bào)警發(fā)出聲音，定時(shí)器上始終顯示0。</p><p><b>　　三、元件清單：</b></p><p><b>　　四、電路框圖如下：</b></p><p>　　1）智能搶

6、答器 總體方框圖如下圖所示為。其工作原理為：接通電源后，主持人將K0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，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人用開(kāi)關(guān)K0清零，宣布"開(kāi)始"并按下K0狀態(tài)開(kāi)關(guān)搶答器工作。定時(shí)器計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。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

7、必須由主持人再次操作"清除"和"開(kāi)始"狀態(tài)開(kāi)關(guān)。具體操作如下：</p><p>　　在主持人宣布開(kāi)始并按下K0，K1、K2、K3、K4四個(gè)組參與搶答。當(dāng)有搶答者首先按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)時(shí)，相應(yīng)顯示燈亮并伴有聲響,同時(shí)，搶答器不再接收其它組的搶答干擾。顯示搶答者組號(hào)。 </p><p>　　在限定時(shí)間9秒后無(wú)人搶答時(shí)，該題作廢，用聲響提示，并顯示順計(jì)時(shí)的時(shí)間

8、。</p><p>　　六．總電路圖如下（附錄圖一）：</p><p><b>　　七、單元電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1、搶答器電路</b></p><p>　　該電路完成兩個(gè)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(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；二是禁止其他選手按鍵

9、操作無(wú)效。</p><p>　　工作過(guò)程：當(dāng)主持人表示開(kāi)始作答時(shí)，按下復(fù)位鍵即清零。作答前Q到Q輸出均為1，經(jīng)過(guò)74LS20后輸出0，當(dāng)有參賽隊(duì)搶答時(shí)，按下常斷開(kāi)關(guān)即有低電平到達(dá)CP端，該組Q端輸出高電平，二極管亮，并通過(guò)顯示電路顯示組號(hào)，及報(bào)警電路發(fā)出聲響。此時(shí)，該組Q端輸出低電平，經(jīng)過(guò)74LS20輸出1，起到鎖存作用。到下一道題時(shí)，主持人再用控制開(kāi)關(guān)清零。按此原理進(jìn)行。</p><p>

10、;　　2、七段數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　此電路是通過(guò)用門(mén)電路連接，達(dá)到譯碼的效果，將所搶答組號(hào)顯示在七段數(shù)碼管上。通過(guò)下列真值表實(shí)現(xiàn)：</p><p>　　輸 入 輸 出</p><p>　　AAAA a b c d e f g </p>

11、<p>　　0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0</p><p>　　0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0</p><p>　　0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1</p><p&

12、gt;　　0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1</p><p>　　1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1</p><p>　　a=d= Q 2+ Q 3 b=1 c= Q 2+Q 4 e= Q 2 f= Q 4 g= Q1<

13、;/p><p><b>　　3、廢題計(jì)時(shí)電路</b></p><p>　　本電路通過(guò)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160和BCD七段譯碼器74LS48（其輸出是驅(qū)動(dòng)七段字形的七個(gè)信號(hào)），實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)廢題功能，當(dāng)主持人宣布開(kāi)始答題時(shí)，計(jì)數(shù)器順時(shí)計(jì)數(shù)，若無(wú)人搶答，計(jì)數(shù)器計(jì)到九時(shí)，通過(guò)報(bào)警電路發(fā)出聲響。該題作廢。</p><p>　?。?）字符顯示器：分段式顯示是將字

14、符由分布在同一平面上的若干段發(fā)光筆劃組成。電子計(jì)算器，數(shù)字萬(wàn)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(jiàn)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1.5~3V，驅(qū)動(dòng)電流為幾十毫安。圖5-2是七段LED數(shù)碼管的引線(xiàn)圖和顯示數(shù)字情況。74LS47譯碼驅(qū)動(dòng)器輸出是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管須采用共陽(yáng)極接法；而74LS48譯碼驅(qū)動(dòng)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。圖3-3（a）是共陰式L

15、ED數(shù)碼管的原理圖，使用時(shí)，公陰極接地，7個(gè)陽(yáng)極a,b,c,d,e,f,g由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來(lái)驅(qū)動(dòng)，如圖3-3（b）所示。 </p><p>　?。╝）引線(xiàn)圖 （b）七段字形組合情況</p><p>　　圖3-3共陰式LED數(shù)碼管的原理圖和驅(qū)動(dòng)電路</p><p>　　圖3-3(c )七段LED數(shù)碼管</p&

16、gt;<p>　　（2）74LS48是輸出高電平有效的中規(guī)模集成BCD七段顯示譯碼驅(qū)動(dòng)器，它的真值表見(jiàn)表下圖所示</p><p>　　74LS48的輸入端是四位二進(jìn)制信號(hào)(8421BCD碼)，a、b、c、d、e、f、g是七段譯碼器的輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，高電平有效。可直接驅(qū)動(dòng)共陰極七段數(shù)碼管，是使能端，起輔助控制作用。</p><p>　?。?）使能端的作用如下： </p>

17、;<p>　　a 是試燈輸入端，當(dāng)=0，=1時(shí)，不管其它輸入是什么狀態(tài)，a~g</p><p><b>　　七段全亮；</b></p><p>　　b滅燈輸入，當(dāng)=0，不論其它輸入狀態(tài)如何，a~g均為0，顯示管熄滅；</p><p>　　c動(dòng)態(tài)滅零輸入，當(dāng)=1，=0時(shí)， </p><p>　　如果=0000

18、時(shí)，a~g均為各段熄滅； </p><p>　　d動(dòng)態(tài)滅零輸出，它與滅燈輸入共用一個(gè)引出端。當(dāng)=0或=0且=1，=0000時(shí)，輸出才為0。片間 與配合，可用于熄滅多位數(shù)字前后所不需要顯示的零。</p><p>　　設(shè)計(jì)中有三處要用到顯示器的，倒計(jì)顯示按照順序接線(xiàn)就可以了，讓1、3路相與后接入7448A0端，2、3路相與后接入A1端，而4直接接入A2端。讓A3端懸空。這樣就可以實(shí)現(xiàn)邏輯功能的

19、轉(zhuǎn)換。</p><p><b>　　電路圖如下</b></p><p><b>　　4、秒脈沖發(fā)生電路</b></p><p>　　通過(guò)定時(shí)器555接成多諧振蕩器，工作原理：其基本</p><p><b>　　工作原理如下：</b></p><p>　　

20、多諧振蕩器有兩個(gè)暫態(tài)。假設(shè)當(dāng)電源接通后，電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)，電容C</p><p>　　上電壓UC略低于 時(shí)，UO輸出高電平，V1截止，電源UCC通過(guò)R1、R2 給電容C充電。隨著充電的進(jìn)行UC逐漸增高，但只要，輸出電壓UO就一直保持高電平不變，這就是第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。 </p><p>　　當(dāng)電容C上的電壓UC略微超過(guò)時(shí)(即U6和U2均大于等于時(shí))，RS觸發(fā)器置 0，使輸出電壓UO從原來(lái)的高

21、電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即UO =0，V1導(dǎo)通飽和，此時(shí)電容C通過(guò)R2和V1放電。隨著電容C放電，UC下降，但只要，UO就一直保持低電平不變，這就是第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。</p><p>　　當(dāng)UC下降到略微低于時(shí)，RS觸發(fā)器置 1，電路輸出又變?yōu)閁O =1，V1截止，電容C再次充電，又重復(fù)上述過(guò)程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖。</p><p>　　振蕩周期計(jì)算為： =1（秒）</p&g

22、t;<p><b>　　內(nèi)部管腳圖如下：</b></p><p>　　真值表5-4-2如下： </p><p><b>　　外部管腳圖：</b></p><p>　　5、10秒內(nèi)作答限時(shí)計(jì)數(shù)電路</p><p>　　為保證比賽進(jìn)度，避免選手搶答后再思考答案。所以設(shè)計(jì)此附加限制電路。&l

23、t;/p><p>　　工作原理：當(dāng)有選手搶答后，在這里與廢計(jì)數(shù)器不同的是該輸入是由搶答器電路的74LS20直接出來(lái)后為1，使計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，而不用經(jīng)過(guò)主持人那一功能轉(zhuǎn)換，當(dāng)計(jì)到九時(shí)，通過(guò)反饋?zhàn)詣?dòng)停止并通過(guò)報(bào)警電路發(fā)出聲響。其余的器件的相關(guān)說(shuō)明在廢題計(jì)數(shù)一塊中已經(jīng)列舉過(guò)。在這里不再做說(shuō)明。</p><p><b>　　6、報(bào)警電路</b></p><p&

24、gt;　　該電路通過(guò)典型的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器芯片74LS121實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。主要性能為電路在輸入信號(hào)A1、A2、B的所有靜態(tài)組合下均處于穩(wěn)態(tài)Q=0，Q=1。</p><p>　　如下圖所示電路中，采用了外部電阻接法，下降沿到來(lái)時(shí)觸發(fā)工作。74LS121的真值表如下：</p><p><b>　　八、問(wèn)題及解決</b></p><p>　　1、由總電路

25、可以看到，本次課程設(shè)計(jì)的接線(xiàn)十分之多，因?yàn)樵诮泳€(xiàn)時(shí)要十分細(xì)心，如果不小心就會(huì)接錯(cuò)。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)實(shí)體連接的過(guò)程中，每一步都小心翼翼地做。一條線(xiàn)接錯(cuò)或者一條線(xiàn)在過(guò)程中不小心被動(dòng)到，都有可能讓整個(gè)電路沒(méi)有反應(yīng)，所以每一步都必須要小心，沒(méi)有人希望重新連接一次，器件和線(xiàn)路實(shí)在是多，最好能夠先把電路劃分清晰，就是盡量明顯的把個(gè)各塊獨(dú)立的電路組成部分分開(kāi)得明顯些，這樣就算接錯(cuò)了也可以大概檢查各塊輸出就知道哪里出問(wèn)題，減少檢查的范圍和數(shù)量，更省時(shí)省力。&

26、lt;/p><p>　　2實(shí)驗(yàn)時(shí)要注意74系列要接入電源，因?yàn)樵趯?shí)驗(yàn)中，我曾經(jīng)忘記了接電源。使得搶答器的顯示燈無(wú)法正常顯示。在接線(xiàn)時(shí)，要看清楚管腳是16個(gè)腳還是14個(gè)腳，如果是16腳的，一定要接入電源。電源跟地一定要接對(duì)，有一次因?yàn)榻渝e(cuò)地很電源，浪費(fèi)了半個(gè)鐘頭。</p><p>　　3、LED顯示燈接7448驅(qū)動(dòng)時(shí)一定要記得先測(cè)量其電壓，如果發(fā)熱很快，就應(yīng)該接上電阻，如果沒(méi)有接上電阻，會(huì)使器件

27、燒壞。如果發(fā)現(xiàn)允許可以不接電阻，就不接，</p><p>　　4.555脈沖源時(shí)應(yīng)該用LED燈作顯示，、測(cè)試脈沖信號(hào)輸出輸入情況，電阻在接入前要測(cè)試保證其可以正常工作。最好就是把輸出接在LED燈上，一直接線(xiàn)，。一直觀察它的燈亮情況，直到它會(huì)正常閃爍為止。說(shuō)明脈沖源正常工作。</p><p>　　5.仿真測(cè)試必須與實(shí)際相符，可以保證測(cè)試出來(lái)的是正確的結(jié)果，測(cè)試正確之后便可以無(wú)后顧之憂(yōu)地做電路

28、圖，讓設(shè)計(jì)更加順利。不宜在此工作花費(fèi)太多時(shí)間容易影響接下來(lái)做設(shè)計(jì)的情緒。</p><p><b>　　九、心得體會(huì)：</b></p><p>　　這次的課程設(shè)計(jì)，讓我受到了很大的挑戰(zhàn)，從原來(lái)基礎(chǔ)薄弱，通過(guò)對(duì)知識(shí)的理解，論證和計(jì)算，使我在知識(shí)的掌握程度得到極大增強(qiáng)！</p><p>　　1.在做實(shí)驗(yàn)之前，大量的前期工作是非常必要而且是值得花大量時(shí)

29、間去做的，首先是電路圖的設(shè)計(jì)，然后要在電腦上模仿以及修改，仿真，這是一個(gè)相當(dāng)費(fèi)時(shí)間的工作。但當(dāng)正確的測(cè)試結(jié)果出來(lái)時(shí)，會(huì)讓你突然跳起來(lái)那種感覺(jué)，讓你覺(jué)得付出是絕對(duì)值得的。例如仿真：在電路的設(shè)計(jì)成形到調(diào)試的過(guò)程中，遇到了一些問(wèn)題并經(jīng)過(guò)反復(fù)試驗(yàn)得以解決，當(dāng)在Electronics Workbench仿鎮(zhèn)軟件上模擬時(shí)，由于沒(méi)有專(zhuān)用的教程指導(dǎo)，剛開(kāi)始調(diào)試時(shí)，主電路即74LS112搶答電路不會(huì)工作。后來(lái)，經(jīng)反復(fù)測(cè)試后，方知該軟件懸空相當(dāng)于接低電平，

30、這與我們?cè)趯?shí)驗(yàn)臺(tái)上的懸空相當(dāng)于高電平剛好相反。</p><p>　　2、在實(shí)驗(yàn)室調(diào)試時(shí)，我從下午7點(diǎn)50五分進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室后。由于事先沒(méi)有對(duì)實(shí)驗(yàn)板上的插孔和器件進(jìn)行檢查，而是慌忙接線(xiàn)，并且沒(méi)有分步完成電路，而是將所有一起接起來(lái)。結(jié)果當(dāng)把線(xiàn)接好時(shí)，不知道哪里出錯(cuò)，不工作了。由于線(xiàn)接得比較多，人也亂了，很難檢查錯(cuò)誤。結(jié)果把所有線(xiàn)拆了后重接，并且將總電路分步連接。調(diào)試后發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上有一個(gè)器件插槽存在問(wèn)題。結(jié)果換了一個(gè)臺(tái)重

31、新做，那時(shí)已經(jīng)9點(diǎn)1了。最后以一個(gè)半鐘左右基本完成設(shè)計(jì)，由于都是獨(dú)立完成的課程設(shè)計(jì)。沒(méi)有前人的經(jīng)驗(yàn)，大部分都靠自己摸索。所以，開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)前，必須要學(xué)會(huì)檢查硬件設(shè)備，在調(diào)試過(guò)程中，要分步完成。綜合起來(lái)，這次課程設(shè)計(jì)能夠勝利的完成，很大部分應(yīng)該是自己的耐心和細(xì)心，特別在連接實(shí)體時(shí)，如果沒(méi)有足夠的耐心和細(xì)心，將會(huì)無(wú)從下手，面對(duì)一如此多的接線(xiàn)，已經(jīng)眼花了。接好電路之后基本上是不敢再想要去重新接的，如果不是有對(duì)著知識(shí)的執(zhí)著，對(duì)科學(xué)的追求，要堅(jiān)持下

32、去是一件十分困難的事。</p><p>　　課程設(shè)計(jì)的完成，得于老師的悉心指導(dǎo)，難以忘記的是兩次實(shí)驗(yàn)中，老師幾乎都是從下午多一直在實(shí)驗(yàn)室呆到晚上6.7點(diǎn)鐘點(diǎn)多（中間只是稍微做息），然后又接著呆到了差不多11點(diǎn)。為了讓我們學(xué)到更多的知識(shí)，老師不辭勞苦，在這里，對(duì)老師說(shuō)聲：謝謝你，老師，您辛苦了！??！</p><p><b>　　九、參考文獻(xiàn)</b></p>

33、<p>　　數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) ----高等教育出版社（清華大學(xué)電子學(xué)教研組編----閻石 主編 ）</p><p>　　數(shù)字邏輯電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)----羅萍 凌家良 編</p><p>　　數(shù)字與邏輯設(shè)計(jì)實(shí)用教程---國(guó)防工業(yè)出版社 （韓桂英主編）</p><p>　　數(shù)字電路應(yīng)用300例---中國(guó)電力出版社</p><p>