數(shù)字電路課程設計----四路搶答器

1、<p>　　數(shù)字電路課程設計報告書</p><p>　　一．課程設計題目:四路搶答器</p><p><b>　　二．任務和要求：</b></p><p>　　設計一個4路智力競賽搶答器，具體設計要求如下：</p><p>　　1.搶答器同時供4名選手或4個代表隊比賽，分別用4個按鈕S0～ S3表示。</

2、p><p>　　2.設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。</p><p>　　3．搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示。選手搶答實行優(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。</p><p>　　4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如10秒）。當主持人啟動“開始”鍵后

3、，定時器進行減計時。</p><p>　　5. 參賽選手在設定的時間內(nèi)進行搶答，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。</p><p>　　6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)紅燈綠燈同時亮并禁止搶答，定時顯示器上顯示0。</p><p>　　其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，

4、搶答器工作，定時器倒計時。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開始</p><p><b>　　三．總體方案的選擇</b></p><p>　　如框圖所示，首先裁判對電路清零后離開清零狀態(tài)，同時計數(shù)電路置入到計時，此時搶答處于禁止狀

5、態(tài)，若此時有人搶答，判違規(guī)，顯示號碼并紅燈亮。當宣布開始搶答時，搶答開關(guān)按下，計時開始，當選手成功搶答后，鎖存器鎖存選手號碼，并將其狀態(tài)送給譯碼電路，使七段數(shù)碼顯示器現(xiàn)實選手序號，同時鎖存器的狀態(tài)輸入給四輸入與非門，輸出控制使其不在接受輸入信號，達到搶答無效的目標，同時控制電路控制計時停止，顯示信號燈亮。超時違規(guī)功能是這樣完成的：當主持人按下?lián)尨痖_關(guān)開始計時，若計時到10S未有人搶答，記時電路的兩路進位輸出通過與門的輸出與四輸入與非門的

6、輸出經(jīng)過一個與門電路，輸出控制脈沖電路停止給計時電路輸入脈沖，及時停止，此時若有人搶答，鎖存器鎖存選手號碼，并將其狀態(tài)送給譯碼電路，使七段數(shù)碼顯示器顯示選手序號，信號燈亮，同時鎖存器的狀態(tài)輸入給四輸入與非門，輸出信號控制鎖存器不在接受輸入信號，完成超時違規(guī)功能。</p><p>　　智能搶答器系統(tǒng)主要由控制器、鎖存器、譯碼器和秒脈沖信號發(fā)生器等器件組成。系統(tǒng)計時器是由74161組成，其中因為搶答時間為10秒，74

7、161是4位二進制同步計數(shù)器，它具有異步清零，同步置數(shù)的功能。系統(tǒng)的脈沖發(fā)生源電路是由555脈沖發(fā)生器及一些電容電阻產(chǎn)生的，秒脈沖發(fā)生器是該系統(tǒng)中計時電路的標準時鐘信號源。系統(tǒng)的主控制電路是由一片7475及門電路組成。它是整個系統(tǒng)的核心，控制信號燈的工作狀態(tài)及計數(shù)器的計數(shù)。系統(tǒng)的譯碼器部分是由兩塊7448組成，它的主要任務是將計數(shù)器的輸出信號送給數(shù)碼管顯示。整個電路共由五部分組成，即主控電路。計數(shù)器，信號燈顯示電路，倒計時顯示電路及秒脈

8、沖發(fā)生器。（由于所用仿真軟件中沒有74161，便以74163代替。他們的功能沒有多大區(qū)別，功能引腳也很相似，只是74161是異步清零，而74163是同步清零。但本次設計實驗中并未用到清零端，所以不影響實驗結(jié)果。</p><p><b>　　四、單元電路的設計</b></p><p><b>　　1.主控電路：</b></p><

9、;p>　　（1．）總體設計思路：</p><p>　　首先裁判對電路清零后立即離開清零狀態(tài)，同時計數(shù)電路置入到計時初始值，此時搶答處于禁止狀態(tài)，若此時有人搶答，判違規(guī)，顯示號碼并紅燈亮。當宣布開始搶答時，搶答開關(guān)按下，計時開始，當選手成功搶答后，鎖存器鎖存選手號碼，并將其狀態(tài)送給譯碼電路，使七段數(shù)碼顯示器現(xiàn)實選手序號，同時鎖存器的狀態(tài)輸入給四輸入與非門7420，輸出控制使鎖存器不在接受輸入信號，達到搶答無效

10、的目標，我們通過75芯片的是能端EN的非和161芯片的Co的非的與來控制161的使能鍛ENP從而達到停止計時的要求。顯示信號燈亮。超時違規(guī)功能是這樣完成的：當主持人按下?lián)尨痖_關(guān)開始計時，若計時到10S未有人搶答，記時電路的兩路進位輸出經(jīng)與門的輸出與四輸入與非門的輸出經(jīng)過一個與門電路，輸出控制脈沖電路停止給計時電路輸入脈沖，及時停止，此時若有人搶答，鎖存器鎖存選手號碼，并將其狀態(tài)送給譯碼電路，使七段數(shù)碼顯示器顯示選手序號，信號燈亮，同時鎖

11、存器的狀態(tài)輸入給四輸入與非門，輸出信號控制鎖存器不在接受輸入信號，完成超時違規(guī)功能。</p><p>　?。?.）主控電路的電路圖如下</p><p><b>　　2.秒脈沖發(fā)生電路</b></p><p><b>　?。?.）設計思路：</b></p><p>　　時鐘信號產(chǎn)生電路主要由555定時

12、器組成多諧震蕩器，產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號，送到狀態(tài)產(chǎn)生電路，狀態(tài)產(chǎn)生電路根據(jù)需要產(chǎn)生一定的“0” 、“1 ”信號。</p><p>　　電路輸出矩形脈沖的周期T=0.7(R1+2R2)C.</p><p>　　輸出舉行脈沖的占空比:Q=TW1/T=(R1+R2)/(R1+2R2).</p><p>　　根據(jù)計算和所提供的器件滿足設計要求的R1= 4.7K歐 R2=150

13、K歐 C1=4.7微法 C2=0.01微法</p><p><b>　　電路圖如下</b></p><p><b>　　3．計時電路思路</b></p><p>　　設計要求對不同的狀態(tài)維持的時間不同，而且要以十進制倒計時顯示出來。如何實現(xiàn)倒計時，我們采用了在161芯片的輸出端取非，因為要實現(xiàn)10秒倒計時，所以我們對16

14、1開始置數(shù)時我們置數(shù)為0110因為取非后為1001因為在在二進制表示時為數(shù)字9，因為161是加法電路最后一個數(shù)為1111取非后為0000，因此即達到了倒計時的目的。</p><p>　?。?選手編號顯示電路</p><p>　　以鎖存器為中心的編碼顯示電路。此電路是以四D觸發(fā)器74LS75為中心的編碼鎖存系統(tǒng)，編碼器的作用是把鎖存器的輸出轉(zhuǎn)化成8421BCD碼，進而送給7段顯示譯碼器,其真

15、值表如下：</p><p><b>　　由卡諾圖不難得出：</b></p><p>　　D=0; C=Q4; B=Q2+Q3; A=Q1+Q3;</p><p><b>　　其電路仿真圖為：</b></p><p><b>　　五．總體電路設計：</b></p&

16、gt;<p><b>　　六．實測數(shù)據(jù)波形：</b></p><p>　　七、調(diào)試過程中的問題：</p><p>　　(1)：電路組裝前應先布好每個芯片的位置格局，應盡量使布線簡練，爭取不跳線，不竄線，使整體板子看起來既整潔又美觀；</p><p>　?。?）：首先要連接好555芯片電路它是整個電路工作的核心，因為只有脈沖電路正常

17、工作我們整個電路才會工作。</p><p>　?。?）：在實際連電路時，會出現(xiàn)接觸不良等情況。這是由于面包板的質(zhì)量和連線時線頭裸露部分沒有完好的接觸面包板的銅片所造成的。如果電路出現(xiàn)接觸不良等情況，我們應該仔細去檢查電路可能存在的問題，用排除法去解決，實在是檢測不出來，我們可用萬用表來逐一檢查各個管腳的高低電平是否正確。</p><p>　　（4）：各個元器件的工作電壓一般為5V，所以我們

18、在給芯片供電時，不要超過這個電壓，否則會損壞芯片，為了給我們的電路造不必要的麻煩，我們要在穩(wěn)壓下進行工作，實驗時應特別注意這一點，在做實驗時，不少人就是因為這一點而燒壞了器件。還有就是發(fā)光二極管應接上拉或下拉電阻來保護它的電壓不致過大而損壞二極管。</p><p>　?。?）：我們在接電路時應一個模塊一個模塊接，當檢測出當前模塊沒有錯誤時在進行下一個操作，雖然這樣浪費了時間，但這樣在以后的電路中不至于出錯，實際上

19、是給我們省去了很大的麻煩。在接完脈沖模塊測試時，在輸出端接的燈不能閃爍，經(jīng)過多次檢查發(fā)現(xiàn)是由于沒有把二極管的陰極接地，從而導致二極管就是不閃爍。以后再也不能犯這樣的錯誤。</p><p>　　（6）：在接計數(shù)模塊時，因本模塊所用器件較多且布線復雜，故合理布局和認真細心接線最重要，否則錯誤檢測很困難；剛開始因布局不合理，導致布線存在問題故將原來拆除重新布局.</p><p>　?。?）：搶答

20、顯示模塊主要是能鎖存住最先搶答者的序號，且此時后來搶答者搶答無效，此模塊元器件亦很多，故合理布線和細心接線顯得非常重要；在調(diào)試時，剛開始電路存在鎖不住的問題，后經(jīng)老師的指導和查閱相關(guān)資料在接和課本的相關(guān)知識，得知兩個門電路的輸出不能直接連在一起，這樣會出現(xiàn)電路不穩(wěn)定等問題，后用一二輸入或門將其克服，電路實現(xiàn)鎖存功能并能顯示最先搶答者序號；</p><p>　?。?）：電路接好，紅綠燈不亮，極有可能正負極接反，&l

21、t;/p><p>　　每個模塊接好并調(diào)試好后將其整體接好并調(diào)試，此時又存在各個模塊不能協(xié)調(diào)工作的問題，后經(jīng)反復檢查和調(diào)試，發(fā)現(xiàn)接線不牢和線接錯等問題，經(jīng)改后實現(xiàn)提前搶答顯示序號且紅燈亮和正常搶答鎖存先是最先搶答者序號和綠燈亮兩項功能；</p><p>　　（9）：我們在超時時，題目要求當主持人開關(guān)按下時，倒計時10秒內(nèi)沒有人搶答，然后時間停止，紅燈、綠燈沒有同事亮，經(jīng)過查閱資料，列出真值表畫出

22、卡諾圖，等到表達式，然后連接出電路。</p><p><b>　　八、設計分析總結(jié)：</b></p><p>　　這次實習我所做的題目是四路搶答器，故要分四大模塊來進行設計：計數(shù)模塊、鎖存模塊、和脈沖供給模塊、選手編號顯示模塊；每個模塊之間都相互聯(lián)系，相互控制協(xié)調(diào)工作才能完成所有功能，總體來說本課題不是很難，主要在于鎖存電路的設計和連線的問題，還有紅燈和綠燈連接的問題

23、，通過這次實習，我們了解了各個芯片之間的聯(lián)系，和他們的功能，以前只是在課本上學習理論知識，根本沒有機會在實際生活中運用，通過這次實習給我們提供了這次機會把課堂上學習的理論知識在實際中運用起來，使我們更好的了解了各個芯片的工作方式和功能要求，和他們的工作環(huán)境。通過這兩周的實習，使我對電路的基本知識更加熟悉并掌握，使我對實際中的存在問題有了更好得克服與掌握，并培養(yǎng)了獨立分析問題和解決問題的能力，對各個元器件也有了更深入的了解。通過對電路的檢

24、查與調(diào)試，使我學到了好多檢查電路的方法，并增強了我的動手能力和解決問題的能力，使我對電路有了更深的認識與了解，并學到了電路設計的步驟和方法。雖然在實驗過程中遇到了不少問題與困難，但最終通過老師和同學的幫助還是解決了這些問題。一切理論都要有實踐去支持。</p><p><b>　　九、參考文獻：</b></p><p>　　王毓銀主編《數(shù)字電路邏輯設計》（第三版）高等教

25、育出版社</p><p>　　鬲淑芳主編《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》　陜西師范大學出版社</p><p>　　陳大欽主編《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第二版）高等教育出版社</p><p>　　十．課程設計儀器及材料:</p><p>　　1.設計所需的元件有：1.設計所需的元件有：</p><p>　　555------------

26、--------------------------------------------------1個</p><p>　　74LS20 （二—四輸入與非門）------------------------------1個；</p><p>　　74LS00 （四一二輸入與非門） -----------------------------2個；</p><p>　

27、　74LS04 （六一非門） ------------------------------------1個；</p><p>　　74LS32 （四—二或門）------------------------------------1個；</p><p>　　74LS08 （四一二輸入與門） ------------------------------1個；</p><

28、;p>　　74LS48 （BCD七段譯碼器） ------------------------------2個；</p><p>　　74LS161（四位二進制同步計數(shù)器）---------------------------1個；</p><p>　　發(fā)光二極管 -------------------------------------------2個；</p&g

29、t;<p>　　共陽極數(shù)碼管 -------------------------------------------2個；</p><p>　　電阻 ： 150kΩ -------------------------------------------------------------1個；</p><p>　　4.7kΩ -------------------

30、----------------------1個；</p><p>　　100Ω ------------------------------------------6個；</p><p>　　電容 ： 4.7μf ------------------------------------------1個；</p><p>　　0.01μf ---------

31、--------------------------------1個；</p><p>　　導線若干；彩燈三個；</p><p><b>　　面包板一個；</b></p><p><b>　　2.工具：</b></p><p><b>　　鑷子，鉗子各一個；</b></p