數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)----四路搶答器

1、<p>　　數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)</p><p>　　一．課程設(shè)計(jì)題目:四路搶答器</p><p><b>　　二．任務(wù)和要求：</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)4路智力競(jìng)賽搶答器，具體設(shè)計(jì)要求如下：</p><p>　　1.搶答器同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用4個(gè)按鈕S0～ S3表示。</

2、p><p>　　2.設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān)S，該開(kāi)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(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，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。</p><p>　　4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如10秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后

3、，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。</p><p>　　5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p>　　6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)紅燈綠燈同時(shí)亮并禁止搶答，定時(shí)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(kāi)關(guān)置“開(kāi)始”狀態(tài)，

4、搶答器工作，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。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。如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開(kāi)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(duì)電路清零后離開(kāi)清零狀態(tài)，同時(shí)計(jì)數(shù)電路置入到計(jì)時(shí)，此時(shí)搶答處于禁止?fàn)?/p>

5、態(tài)，若此時(shí)有人搶答，判違規(guī)，顯示號(hào)碼并紅燈亮。當(dāng)宣布開(kāi)始搶答時(shí)，搶答開(kāi)關(guān)按下，計(jì)時(shí)開(kāi)始，當(dāng)選手成功搶答后，鎖存器鎖存選手號(hào)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(shí)選手序號(hào)，同時(shí)鎖存器的狀態(tài)輸入給四輸入與非門(mén)，輸出控制使其不在接受輸入信號(hào)，達(dá)到搶答無(wú)效的目標(biāo)，同時(shí)控制電路控制計(jì)時(shí)停止，顯示信號(hào)燈亮。超時(shí)違規(guī)功能是這樣完成的：當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)開(kāi)始計(jì)時(shí)，若計(jì)時(shí)到10S未有人搶答，記時(shí)電路的兩路進(jìn)位輸出通過(guò)與門(mén)的輸出與四輸入與非門(mén)的

6、輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)與門(mén)電路，輸出控制脈沖電路停止給計(jì)時(shí)電路輸入脈沖，及時(shí)停止，此時(shí)若有人搶答，鎖存器鎖存選手號(hào)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(hào)，信號(hào)燈亮，同時(shí)鎖存器的狀態(tài)輸入給四輸入與非門(mén)，輸出信號(hào)控制鎖存器不在接受輸入信號(hào)，完成超時(shí)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(hào)發(fā)生器等器件組成。系統(tǒng)計(jì)時(shí)器是由74161組成，其中因?yàn)閾尨饡r(shí)間為10秒，74

7、161是4位二進(jìn)制同步計(jì)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(jì)時(shí)電路的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)源。系統(tǒng)的主控制電路是由一片7475及門(mén)電路組成。它是整個(gè)系統(tǒng)的核心，控制信號(hào)燈的工作狀態(tài)及計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。系統(tǒng)的譯碼器部分是由兩塊7448組成，它的主要任務(wù)是將計(jì)數(shù)器的輸出信號(hào)送給數(shù)碼管顯示。整個(gè)電路共由五部分組成，即主控電路。計(jì)數(shù)器，信號(hào)燈顯示電路，倒計(jì)時(shí)顯示電路及秒脈

8、沖發(fā)生器。（由于所用仿真軟件中沒(méi)有74161，便以74163代替。他們的功能沒(méi)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(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中并未用到清零端，所以不影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。</p><p><b>　　四、單元電路的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1.主控電路：</b></p><

9、;p>　?。?．）總體設(shè)計(jì)思路：</p><p>　　首先裁判對(duì)電路清零后立即離開(kāi)清零狀態(tài)，同時(shí)計(jì)數(shù)電路置入到計(jì)時(shí)初始值，此時(shí)搶答處于禁止?fàn)顟B(tài)，若此時(shí)有人搶答，判違規(guī)，顯示號(hào)碼并紅燈亮。當(dāng)宣布開(kāi)始搶答時(shí)，搶答開(kāi)關(guān)按下，計(jì)時(shí)開(kāi)始，當(dāng)選手成功搶答后，鎖存器鎖存選手號(hào)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(shí)選手序號(hào)，同時(shí)鎖存器的狀態(tài)輸入給四輸入與非門(mén)7420，輸出控制使鎖存器不在接受輸入信號(hào)，達(dá)到搶答無(wú)效

10、的目標(biāo)，我們通過(guò)75芯片的是能端EN的非和161芯片的Co的非的與來(lái)控制161的使能鍛ENP從而達(dá)到停止計(jì)時(shí)的要求。顯示信號(hào)燈亮。超時(shí)違規(guī)功能是這樣完成的：當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)開(kāi)始計(jì)時(shí)，若計(jì)時(shí)到10S未有人搶答，記時(shí)電路的兩路進(jìn)位輸出經(jīng)與門(mén)的輸出與四輸入與非門(mén)的輸出經(jīng)過(guò)一個(gè)與門(mén)電路，輸出控制脈沖電路停止給計(jì)時(shí)電路輸入脈沖，及時(shí)停止，此時(shí)若有人搶答，鎖存器鎖存選手號(hào)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(hào)，信號(hào)燈亮，同時(shí)鎖

11、存器的狀態(tài)輸入給四輸入與非門(mén)，輸出信號(hào)控制鎖存器不在接受輸入信號(hào)，完成超時(shí)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(shè)計(jì)思路：</b></p><p>　　時(shí)鐘信號(hào)產(chǎn)生電路主要由555定時(shí)

12、器組成多諧震蕩器，產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖信號(hào)，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(hào)。</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(jì)算和所提供的器件滿足設(shè)計(jì)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(jì)時(shí)電路思路</b></p><p>　　設(shè)計(jì)要求對(duì)不同的狀態(tài)維持的時(shí)間不同，而且要以十進(jìn)制倒計(jì)時(shí)顯示出來(lái)。如何實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)，我們采用了在161芯片的輸出端取非，因?yàn)橐獙?shí)現(xiàn)10秒倒計(jì)時(shí)，所以我們對(duì)16

14、1開(kāi)始置數(shù)時(shí)我們置數(shù)為0110因?yàn)槿》呛鬄?001因?yàn)樵谠诙M(jìn)制表示時(shí)為數(shù)字9，因?yàn)?61是加法電路最后一個(gè)數(shù)為1111取非后為0000，因此即達(dá)到了倒計(jì)時(shí)的目的。</p><p>　　２.選手編號(hào)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(jìn)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(shè)計(jì)：</b></p&

16、gt;<p><b>　　六．實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)波形：</b></p><p>　　七、調(diào)試過(guò)程中的問(wèn)題：</p><p>　　(1)：電路組裝前應(yīng)先布好每個(gè)芯片的位置格局，應(yīng)盡量使布線簡(jiǎn)練，爭(zhēng)取不跳線，不竄線，使整體板子看起來(lái)既整潔又美觀；</p><p>　　（2）：首先要連接好555芯片電路它是整個(gè)電路工作的核心，因?yàn)橹挥忻}沖電路正常

17、工作我們整個(gè)電路才會(huì)工作。</p><p>　?。?）：在實(shí)際連電路時(shí)，會(huì)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(shí)線頭裸露部分沒(méi)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(yīng)該仔細(xì)去檢查電路可能存在的問(wèn)題，用排除法去解決，實(shí)在是檢測(cè)不出來(lái)，我們可用萬(wàn)用表來(lái)逐一檢查各個(gè)管腳的高低電平是否正確。</p><p>　?。?）：各個(gè)元器件的工作電壓一般為5V，所以我們

18、在給芯片供電時(shí)，不要超過(guò)這個(gè)電壓，否則會(huì)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(jìn)行工作，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)特別注意這一點(diǎn)，在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，不少人就是因?yàn)檫@一點(diǎn)而燒壞了器件。還有就是發(fā)光二極管應(yīng)接上拉或下拉電阻來(lái)保護(hù)它的電壓不致過(guò)大而損壞二極管。</p><p>　?。?）：我們?cè)诮与娐窌r(shí)應(yīng)一個(gè)模塊一個(gè)模塊接，當(dāng)檢測(cè)出當(dāng)前模塊沒(méi)有錯(cuò)誤時(shí)在進(jìn)行下一個(gè)操作，雖然這樣浪費(fèi)了時(shí)間，但這樣在以后的電路中不至于出錯(cuò)，實(shí)際上

19、是給我們省去了很大的麻煩。在接完脈沖模塊測(cè)試時(shí)，在輸出端接的燈不能閃爍，經(jīng)過(guò)多次檢查發(fā)現(xiàn)是由于沒(méi)有把二極管的陰極接地，從而導(dǎo)致二極管就是不閃爍。以后再也不能犯這樣的錯(cuò)誤。</p><p>　　（6）：在接計(jì)數(shù)模塊時(shí)，因本模塊所用器件較多且布線復(fù)雜，故合理布局和認(rèn)真細(xì)心接線最重要，否則錯(cuò)誤檢測(cè)很困難；剛開(kāi)始因布局不合理，導(dǎo)致布線存在問(wèn)題故將原來(lái)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(hào)，且此時(shí)后來(lái)?yè)尨鹫邠尨馃o(wú)效，此模塊元器件亦很多，故合理布線和細(xì)心接線顯得非常重要；在調(diào)試時(shí)，剛開(kāi)始電路存在鎖不住的問(wèn)題，后經(jīng)老師的指導(dǎo)和查閱相關(guān)資料在接和課本的相關(guān)知識(shí)，得知兩個(gè)門(mén)電路的輸出不能直接連在一起，這樣會(huì)出現(xiàn)電路不穩(wěn)定等問(wèn)題，后用一二輸入或門(mén)將其克服，電路實(shí)現(xiàn)鎖存功能并能顯示最先搶答者序號(hào)；</p><p>　?。?）：電路接好，紅綠燈不亮，極有可能正負(fù)極接反，&l

21、t;/p><p>　　每個(gè)模塊接好并調(diào)試好后將其整體接好并調(diào)試，此時(shí)又存在各個(gè)模塊不能協(xié)調(diào)工作的問(wèn)題，后經(jīng)反復(fù)檢查和調(diào)試，發(fā)現(xiàn)接線不牢和線接錯(cuò)等問(wèn)題，經(jīng)改后實(shí)現(xiàn)提前搶答顯示序號(hào)且紅燈亮和正常搶答鎖存先是最先搶答者序號(hào)和綠燈亮兩項(xiàng)功能；</p><p>　?。?）：我們?cè)诔瑫r(shí)時(shí)，題目要求當(dāng)主持人開(kāi)關(guān)按下時(shí)，倒計(jì)時(shí)10秒內(nèi)沒(méi)有人搶答，然后時(shí)間停止，紅燈、綠燈沒(méi)有同事亮，經(jīng)過(guò)查閱資料，列出真值表畫(huà)出

22、卡諾圖，等到表達(dá)式，然后連接出電路。</p><p><b>　　八、設(shè)計(jì)分析總結(jié)：</b></p><p>　　這次實(shí)習(xí)我所做的題目是四路搶答器，故要分四大模塊來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)：計(jì)數(shù)模塊、鎖存模塊、和脈沖供給模塊、選手編號(hào)顯示模塊；每個(gè)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(lái)說(shuō)本課題不是很難，主要在于鎖存電路的設(shè)計(jì)和連線的問(wèn)題，還有紅燈和綠燈連接的問(wèn)題

23、，通過(guò)這次實(shí)習(xí)，我們了解了各個(gè)芯片之間的聯(lián)系，和他們的功能，以前只是在課本上學(xué)習(xí)理論知識(shí)，根本沒(méi)有機(jī)會(huì)在實(shí)際生活中運(yùn)用，通過(guò)這次實(shí)習(xí)給我們提供了這次機(jī)會(huì)把課堂上學(xué)習(xí)的理論知識(shí)在實(shí)際中運(yùn)用起來(lái)，使我們更好的了解了各個(gè)芯片的工作方式和功能要求，和他們的工作環(huán)境。通過(guò)這兩周的實(shí)習(xí)，使我對(duì)電路的基本知識(shí)更加熟悉并掌握，使我對(duì)實(shí)際中的存在問(wèn)題有了更好得克服與掌握，并培養(yǎng)了獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，對(duì)各個(gè)元器件也有了更深入的了解。通過(guò)對(duì)電路的檢

24、查與調(diào)試，使我學(xué)到了好多檢查電路的方法，并增強(qiáng)了我的動(dòng)手能力和解決問(wèn)題的能力，使我對(duì)電路有了更深的認(rèn)識(shí)與了解，并學(xué)到了電路設(shè)計(jì)的步驟和方法。雖然在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中遇到了不少問(wèn)題與困難，但最終通過(guò)老師和同學(xué)的幫助還是解決了這些問(wèn)題。一切理論都要有實(shí)踐去支持。</p><p><b>　　九、參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　王毓銀主編《數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)》（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(xué)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(shè)計(jì)儀器及材料:</p><p>　　1.設(shè)計(jì)所需的元件有：1.設(shè)計(jì)所需的元件有：</p><p>　　555------------

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

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

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

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

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

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