四路搶答器課程設(shè)計

1、<p>　　四路搶答器設(shè)計實驗報告</p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)：</b></p><p>　　1、鞏固和加深對電子電路基本知識的理解，提高綜合運用本課程所學(xué)知識的能力。</p><p>　　2、養(yǎng)成根據(jù)設(shè)計需要選學(xué)參考書籍，查閱相關(guān)手冊、圖表和文獻資料的自學(xué)能力。</p><p>　　3、通過電路

2、方案的分析、論證和比較，設(shè)計計算和選取元器件、電路組裝、調(diào)試和檢測等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設(shè)計方法。</p><p>　　4、學(xué)會簡單電路的實驗調(diào)試和性能指標(biāo)的測試方法，提高學(xué)生動手能力和進行數(shù)字電子電路實驗的基本技能。</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，此時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后，電路才自動恢復(fù)到各組又可均等搶答的狀態(tài)中。</p><p>　　1、設(shè)計一個可供4人進行的搶答器。</p><p>　　2、系統(tǒng)設(shè)置復(fù)位按鈕，按動后，重新開始搶答。</p><p>　　3、搶答器開始時數(shù)碼管顯示序號0，選手搶答實行優(yōu)先鎖

4、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。搶答后顯示優(yōu)先搶答者序號，同時發(fā)出音響。，并且不出現(xiàn)其他搶答者的序號，這樣其它選手無法再搶答，達到搶答目的。 </p><p>　　4、搶答器具有定時搶答功能，本搶答器的時間設(shè)定為10秒，當(dāng)主持人啟動“開始”開關(guān)后，定時器開始減計。</p><p>　　5、設(shè)定的搶答時間內(nèi)，選手可以搶答，這時定時器開始工作，顯示器上顯示選手的號碼和搶答

5、時間。并保持到主持人按復(fù)位鍵。</p><p>　　6、當(dāng)設(shè)定的時間一到，而無人搶答時，本題報廢，選手們無法再搶答，同時揚聲器報警發(fā)出聲音，定時器上始終顯示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)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人用開關(guān)K0清零，宣布"開始"并按下K0狀態(tài)開關(guān)搶答器工作。定時器計時，揚聲器給出聲響提示。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、揚聲器提示。當(dāng)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

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

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</b></p><p><b>　　1、搶答器電路</b></p><p>　　該電路完成兩個功能：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；二是禁止其他選手按鍵

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

10、;　　2、七段數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　此電路是通過用門電路連接，達到譯碼的效果，將所搶答組號顯示在七段數(shù)碼管上。通過下列真值表實現(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、廢題計時電路</b></p><p>　　本電路通過十進制計數(shù)器74LS160和BCD七段譯碼器74LS48（其輸出是驅(qū)動七段字形的七個信號），實現(xiàn)計時廢題功能，當(dāng)主持人宣布開始答題時，計數(shù)器順時計數(shù)，若無人搶答，計數(shù)器計到九時，通過報警電路發(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1.5~3V，驅(qū)動電流為幾十毫安。圖5-2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。圖3-3（a）是共陰式L

15、ED數(shù)碼管的原理圖，使用時，公陰極接地，7個陽極a,b,c,d,e,f,g由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動，如圖3-3（b）所示。 </p><p>　?。╝）引線圖 （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)動電路</p><p>　　圖3-3(c )七段LED數(shù)碼管</p&

16、gt;<p>　?。?）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)動器，它的真值表見表下圖所示</p><p>　　74LS48的輸入端是四位二進制信號(8421BCD碼)，a、b、c、d、e、f、g是七段譯碼器的輸出驅(qū)動信號，高電平有效?？芍苯域?qū)動共陰極七段數(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，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動態(tài)滅零輸入，當(dāng)=1，=0時， </p><p>　　如果=0000

18、時，a~g均為各段熄滅； </p><p>　　d動態(tài)滅零輸出，它與滅燈輸入共用一個引出端。當(dāng)=0或=0且=1，=0000時，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)計中有三處要用到顯示器的，倒計顯示按照順序接線就可以了，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>　　通過定時器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，UO輸出高電平，V1截止，電源UCC通過R1、R2 給電容C充電。隨著充電的進行UC逐漸增高，但只要，輸出電壓UO就一直保持高電平不變，這就是第一個暫穩(wěn)態(tài)。 </p><p>　　當(dāng)電容C上的電壓UC略微超過時(即U6和U2均大于等于時)，RS觸發(fā)器置 0，使輸出電壓UO從原來的高

21、電平翻轉(zhuǎn)到低電平，即UO =0，V1導(dǎo)通飽和，此時電容C通過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，這就是第二個暫穩(wěn)態(tài)。</p><p>　　當(dāng)UC下降到略微低于時，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)上述過程，電路輸出便得到周期性的矩形脈沖。</p><p>　　振蕩周期計算為： =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)作答限時計數(shù)電路</p><p>　　為保證比賽進度，避免選手搶答后再思考答案。所以設(shè)計此附加限制電路。&l

23、t;/p><p>　　工作原理：當(dāng)有選手搶答后，在這里與廢計數(shù)器不同的是該輸入是由搶答器電路的74LS20直接出來后為1，使計數(shù)器開始工作，而不用經(jīng)過主持人那一功能轉(zhuǎn)換，當(dāng)計到九時，通過反饋自動停止并通過報警電路發(fā)出聲響。其余的器件的相關(guān)說明在廢題計數(shù)一塊中已經(jīng)列舉過。在這里不再做說明。</p><p><b>　　6、報警電路</b></p><p&

24、gt;　　該電路通過典型的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器芯片74LS121實現(xiàn)報警功能。主要性能為電路在輸入信號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，下降沿到來時觸發(fā)工作。74LS121的真值表如下：</p><p><b>　　八、問題及解決</b></p><p>　　1、由總電路

25、可以看到，本次課程設(shè)計的接線十分之多，因為在接線時要十分細心，如果不小心就會接錯。在實驗設(shè)計實體連接的過程中，每一步都小心翼翼地做。一條線接錯或者一條線在過程中不小心被動到，都有可能讓整個電路沒有反應(yīng)，所以每一步都必須要小心，沒有人希望重新連接一次，器件和線路實在是多，最好能夠先把電路劃分清晰，就是盡量明顯的把個各塊獨立的電路組成部分分開得明顯些，這樣就算接錯了也可以大概檢查各塊輸出就知道哪里出問題，減少檢查的范圍和數(shù)量，更省時省力。&

26、lt;/p><p>　　2實驗時要注意74系列要接入電源，因為在實驗中，我曾經(jīng)忘記了接電源。使得搶答器的顯示燈無法正常顯示。在接線時，要看清楚管腳是16個腳還是14個腳，如果是16腳的，一定要接入電源。電源跟地一定要接對，有一次因為接錯地很電源，浪費了半個鐘頭。</p><p>　　3、LED顯示燈接7448驅(qū)動時一定要記得先測量其電壓，如果發(fā)熱很快，就應(yīng)該接上電阻，如果沒有接上電阻，會使器件

27、燒壞。如果發(fā)現(xiàn)允許可以不接電阻，就不接，</p><p>　　4.555脈沖源時應(yīng)該用LED燈作顯示，、測試脈沖信號輸出輸入情況，電阻在接入前要測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，。一直觀察它的燈亮情況，直到它會正常閃爍為止。說明脈沖源正常工作。</p><p>　　5.仿真測試必須與實際相符，可以保證測試出來的是正確的結(jié)果，測試正確之后便可以無后顧之憂地做電路

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

29、間去做的，首先是電路圖的設(shè)計，然后要在電腦上模仿以及修改，仿真，這是一個相當(dāng)費時間的工作。但當(dāng)正確的測試結(jié)果出來時，會讓你突然跳起來那種感覺，讓你覺得付出是絕對值得的。例如仿真：在電路的設(shè)計成形到調(diào)試的過程中，遇到了一些問題并經(jīng)過反復(fù)試驗得以解決，當(dāng)在Electronics Workbench仿鎮(zhèn)軟件上模擬時，由于沒有專用的教程指導(dǎo)，剛開始調(diào)試時，主電路即74LS112搶答電路不會工作。后來，經(jīng)反復(fù)測試后，方知該軟件懸空相當(dāng)于接低電平，

30、這與我們在實驗臺上的懸空相當(dāng)于高電平剛好相反。</p><p>　　2、在實驗室調(diào)試時，我從下午7點50五分進入實驗室后。由于事先沒有對實驗板上的插孔和器件進行檢查，而是慌忙接線，并且沒有分步完成電路，而是將所有一起接起來。結(jié)果當(dāng)把線接好時，不知道哪里出錯，不工作了。由于線接得比較多，人也亂了，很難檢查錯誤。結(jié)果把所有線拆了后重接，并且將總電路分步連接。調(diào)試后發(fā)現(xiàn)，實驗臺上有一個器件插槽存在問題。結(jié)果換了一個臺重

31、新做，那時已經(jīng)9點1了。最后以一個半鐘左右基本完成設(shè)計，由于都是獨立完成的課程設(shè)計。沒有前人的經(jīng)驗，大部分都靠自己摸索。所以，開始做實驗前，必須要學(xué)會檢查硬件設(shè)備，在調(diào)試過程中，要分步完成。綜合起來，這次課程設(shè)計能夠勝利的完成，很大部分應(yīng)該是自己的耐心和細心，特別在連接實體時，如果沒有足夠的耐心和細心，將會無從下手，面對一如此多的接線，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，如果不是有對著知識的執(zhí)著，對科學(xué)的追求，要堅持下

32、去是一件十分困難的事。</p><p>　　課程設(shè)計的完成，得于老師的悉心指導(dǎo)，難以忘記的是兩次實驗中，老師幾乎都是從下午多一直在實驗室呆到晚上6.7點鐘點多（中間只是稍微做息），然后又接著呆到了差不多11點。為了讓我們學(xué)到更多的知識，老師不辭勞苦，在這里，對老師說聲：謝謝你，老師，您辛苦了?。?！</p><p><b>　　九、參考文獻</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)字邏輯電路實驗指導(dǎo)書----羅萍 凌家良 編</p><p>　　數(shù)字與邏輯設(shè)計實用教程---國防工業(yè)出版社 （韓桂英主編）</p><p>　　數(shù)字電路應(yīng)用300例---中國電力出版社</p><p>