課程設(shè)計(jì)---多路搶答器設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　指導(dǎo)教師： 職稱: 教授 </p><p>　　2013年 9 月 9 日</p><p><b>　　一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　1、本次課程設(shè)計(jì)的目的是：</p>&

2、lt;p>　　(1)、使學(xué)生對(duì)電子的一些相關(guān)知識(shí)有感性認(rèn)識(shí)，加深電類有關(guān)課程的理論知識(shí)；</p><p>　　(2)、掌握電子元件的焊接、電氣元件的安裝、連線等基本技能，培養(yǎng)學(xué)生閱讀電氣原理圖和電子線路圖的能力；</p><p>　　(3)、在生產(chǎn)實(shí)踐中，激發(fā)學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦、勇于創(chuàng)新的積極性，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)、認(rèn)真、踏實(shí)、勤奮的學(xué)習(xí)精神和工作作風(fēng)，為后續(xù)專業(yè)課程的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。&l

3、t;/p><p>　　2、本次課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求：</p><p>　　多路搶答器設(shè)計(jì)內(nèi)容：</p><p>　　(1)、搶答開(kāi)始時(shí)，由主持人按下復(fù)位開(kāi)關(guān)清除信號(hào)，用發(fā)光二極管作為輸出顯示信號(hào)標(biāo)志。</p><p>　　(2)、當(dāng)主持人宣布“搶答開(kāi)始”后，先按鍵者相應(yīng)的發(fā)光二極管點(diǎn)亮；</p><p>　　(3)、有人按

4、鍵被響應(yīng)的同時(shí)，應(yīng)有信號(hào)發(fā)出去鎖住其余幾個(gè)搶答者的電路，不再接收其它信號(hào)，直到主持人再次清除信號(hào)為止。當(dāng)達(dá)到限定時(shí)間時(shí)，發(fā)出聲響以示警告。</p><p>　　(4)、在電路中設(shè)計(jì)一個(gè)計(jì)時(shí)功能電路，要求計(jì)時(shí)電路按秒顯示，最多時(shí)限為1分鐘，當(dāng)時(shí)間顯示一旦到達(dá)59秒，下一秒系統(tǒng)自動(dòng)取消搶答權(quán)，信號(hào)被自動(dòng)清除，搶答重新開(kāi)始。亦可倒計(jì)時(shí)顯示。</p><p>　　(5)、至少4路信號(hào)搶答設(shè)計(jì)。&l

5、t;/p><p>　　多路搶答器設(shè)計(jì)要求：</p><p>　　(1)、按照設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求，完成所選題目仿真電路的設(shè)計(jì)；</p><p>　　(2)、完成收音機(jī)的焊接和調(diào)試；</p><p>　　(3)、完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（即設(shè)計(jì)報(bào)告）的書(shū)寫(xiě)。</p><p>　　二、設(shè)計(jì)方案的原理及流程框圖：</p><

6、p><b>　　設(shè)計(jì)方案的原理：</b></p><p>　　該電路主要的芯片：編碼器74LS148，譯碼器74LS138，鎖存器74LS273。</p><p>　　搶答開(kāi)始時(shí)，74LS148的各引腳均輸出高電平，EI端為低電平，處于允許輸入狀態(tài)，受編碼器輸出端的影響，芯片74LS273即鎖存器的CLK端為低電平，即使得鎖存器的輸出端保持低電平，因此經(jīng)或非門(mén)的

7、影響，在某選手搶答成功前，“搶答顯示燈”處于“亮”的狀態(tài)，同時(shí)74LS160的ENP、ENT端處于高電平狀態(tài)，使得計(jì)數(shù)器一直處于計(jì)數(shù)狀態(tài)（最大到60秒），并在58秒時(shí)，計(jì)數(shù)器高電平觸發(fā)蜂鳴器和發(fā)光二極管，若在有限的時(shí)間內(nèi)，8位選手均為搶答，則計(jì)數(shù)器達(dá)到60秒時(shí)，高位向ENP、ENT端輸入低電平，使計(jì)數(shù)器保持在60秒，此時(shí)各位選手均處于禁止輸入狀態(tài)，直至主持人按下清零開(kāi)關(guān)。</p><p>　　當(dāng)某位選手搶答成功時(shí)

8、，編碼器的輸出端的某引腳為低電平，經(jīng)過(guò)各個(gè)門(mén)電路的影響，鎖存器的時(shí)鐘信號(hào)CLK端為上升沿，此選手的“信息”被鎖存，此時(shí)“選手序號(hào)顯示器”顯示該選手的序號(hào)，此時(shí)鎖存器的輸出端信號(hào)經(jīng)過(guò)門(mén)電路“反饋”到時(shí)鐘信號(hào)CLK端，使得CLK保持低電平，而編碼器的EO端為高電平，經(jīng)由門(mén)電路，反饋到EI端，EI端被置高電位，使其他的選手出去搶答禁止?fàn)顟B(tài)；而此時(shí)經(jīng)由門(mén)電路輸出的低電平使得“搶答顯示燈”的電平實(shí)現(xiàn)了“高——低”的轉(zhuǎn)換，而計(jì)數(shù)器的ENP、ENT端

9、也被置為低電平，計(jì)數(shù)停止；鎖存器輸出端經(jīng)過(guò)譯碼器74LS138的譯碼，使得對(duì)應(yīng)的“選手顯示燈”、蜂鳴器以及發(fā)光二極管被置于高電平。故有選手搶答時(shí)，“選手顯示燈”以及發(fā)光二極管發(fā)光、蜂鳴器被激發(fā)、計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)、“選手搶答顯示燈”熄滅。</p><p>　　當(dāng)選手搶答完成后，主持人端按下服務(wù)開(kāi)關(guān)，搶答計(jì)數(shù)器的～CLK端置低電平，答計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)ENP、ENT端被置高電平，計(jì)數(shù)器處于可計(jì)數(shù)狀態(tài)，與此同時(shí)，由于復(fù)位開(kāi)

10、關(guān)的影響，編碼器的輸出為高電平，鎖存器的輸出為低電平，經(jīng)過(guò)門(mén)電路的影響，“選手搶答顯示燈”被置高電平，再次被點(diǎn)亮；“選手顯示燈”被置低電平，熄滅，同時(shí)蜂鳴器和發(fā)光二極管也從高電位轉(zhuǎn)換到低電位，停止工作。故實(shí)現(xiàn)了各個(gè)位置的復(fù)位功能。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)方案的流程圖：</b></p><p>　　三、設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要器件：</p><p&

11、gt;　　整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的主要芯片是加法計(jì)數(shù)器74LS160、優(yōu)先編碼器7 4LS148、鎖存器74LS273、譯碼器74LS138以及數(shù)碼管等器件。以下介紹設(shè)計(jì)過(guò)程中的主要芯片</p><p>　　(1)、選手的搶答過(guò)程的完成主要依靠?jī)?yōu)先編碼器74LS148來(lái)完成：</p><p><b>　?。ü苣_圖）</b></p><p>　　上圖為有限

12、編碼器74LS148的管腳圖。74LS148 為 8 線－3 線優(yōu)先編碼器，共有 54/74148 和 54/74LS148 兩種線路結(jié)構(gòu)型式， 將 8 條數(shù)據(jù)線（0－7）進(jìn)行 3 線(4-2-1)二進(jìn)制（八進(jìn)制）優(yōu)先編碼，即對(duì)最高位數(shù)據(jù)線進(jìn)行譯碼。 利用選通端（EI）和輸出選通端（EO）可進(jìn)行八進(jìn)制擴(kuò)展。</p><p><b>　?。ㄐ酒苣_說(shuō)明）</b></p><

13、p><b>　?。ㄕ嬷当恚?lt;/b></p><p>　　編碼器74LS148各個(gè)引腳之間可同時(shí)輸入，但是它會(huì)自動(dòng)地根據(jù)各引腳之間的優(yōu)先級(jí)別進(jìn)行編譯，保證了搶答工作的有序進(jìn)行。</p><p>　　(2)、計(jì)時(shí)工作的完成主要依靠芯片加法器74LS160來(lái)完成：</p><p><b>　?。ü苣_圖）</b></p

14、><p>　　74LS160是十進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器。上圖是它的管腳圖，其中～CR端是異步清零端，～LD端是預(yù)置數(shù)控制端，D0~D3是預(yù)置數(shù)據(jù)輸入端，CTT~CTP是計(jì)數(shù)使能端，CO是進(jìn)位輸出端（CO= Q1Q2Q3Q4·CTT）。</p><p><b>　　（芯片真值表）</b></p><p>　　由此可知，74LS160具有以下功能

15、：</p><p>　　異步清零。當(dāng)～CR=0時(shí)，無(wú)論其他各輸入端的狀態(tài)如何，計(jì)數(shù)器輸出均被直接置“0”，成為異步清零；</p><p>　　同步預(yù)置數(shù)。當(dāng)～CR=1，～LD=0且在時(shí)鐘脈沖CP上升沿作用時(shí)，計(jì)數(shù)器將D3 D2 D1 D0同時(shí)置入Q1Q2Q3Q4，使D3 D2 D1 D0= Q1Q2Q3Q4，由于置數(shù)操作要與CP上升沿同步，所有稱為同步預(yù)置數(shù)；</p><

16、;p>　　保持（禁止）。～CR =～LD=1且CTP ﹒CTT=0時(shí)，不論有無(wú)CP脈沖作用，計(jì)數(shù)器都將保持原有的狀態(tài)不變（停止計(jì)數(shù)）；</p><p>　　計(jì)數(shù)?！獿D=～CR= CTP =CTT=1時(shí)，74LS160處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。</p><p>　　(3)、搶答電路的鎖存功能由鎖存器74LS273來(lái)完成：</p><p><b>　?。ü苣_圖）&

17、lt;/b></p><p>　　74LS273是帶有清除端的8D觸發(fā)器，只有在清除端保持高電平時(shí)，才具有鎖存功能，鎖存控制端為11腳CLK，采用上升沿鎖存。 CPU 的ALE信號(hào)必須經(jīng)過(guò)反相器反相之后才能與74LS273的控制端CLK 端相連。</p><p>　　74LS273是一種帶清除功能的8D觸發(fā)器， 1D～8D為數(shù)據(jù)輸入端，1Q～8Q為數(shù)據(jù)輸出端，正脈沖觸發(fā)，低電平清除，

18、常用作8位地址鎖存器。　</p><p><b>　　該芯片的功能如下：</b></p><p>　　a、1管腳是復(fù)位輸入端CLR，低電平有效，當(dāng)1腳是低電平的時(shí)候，2（Q1）、5(Q2)、6(Q3)、9(Q4)、12(Q5)、15(Q6)、16(Q7)、19(Q8)全部輸出0，即全部復(fù)位；</p><p>　　b、當(dāng)1管腳是高電平的時(shí)候，11

19、（CLK）是鎖存控制端，并且是上升沿觸發(fā)鎖存，每當(dāng)11管腳有一個(gè)上升沿信號(hào)，立即鎖存輸入腳3、4、7、8、13、14、17、18的電平狀態(tài)，并且立即呈現(xiàn)在輸出腳2（Q1）、5(Q2)、6(Q3)、9(Q4)、12(Q5)、15(Q6)、16(Q7)、19(Q8)上。</p><p>　　(4) 、“選手搶答顯示燈”的顯示主要依靠譯碼器74LS138來(lái)完成</p><p><b>

20、　?。ü苣_圖）</b></p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　?、佼?dāng)一個(gè)選通端（E1）為高電平，另兩個(gè)選通端（(/E2))和/(E3)）為低電平時(shí)，可將地址端（A0、A1、A2）二進(jìn)制編碼在Y0至Y7對(duì)應(yīng)的輸出端以低電平譯出。比如：A2A1A0=110時(shí)，則Y6輸出端輸出低電平信號(hào)。</p><p>　　

21、②利用 E1、E2和E3可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 24 線譯碼器；若外接一個(gè)反相器還可級(jí)聯(lián)擴(kuò)展成 32 線譯碼器。</p><p>　　③若將選通端中的一個(gè)作為數(shù)據(jù)輸入端時(shí)，74LS138還可作數(shù)據(jù)分配器。</p><p>　?、芸捎迷?086的譯碼電路中，擴(kuò)展內(nèi)存。</p><p><b>　?。ㄐ酒嬷当恚?lt;/b></p><p&g

22、t;　　(5)、整個(gè)電路圖總的零件清單：</p><p><b>　　四、綜合邏輯電路圖</b></p><p>　　總的邏輯電路圖如下所示：</p><p><b>　　部分電路：</b></p><p><b>　　計(jì)數(shù)器電路</b></p><p>

23、;<b>　　優(yōu)先編碼電路</b></p><p><b>　　選手序號(hào)顯示電路</b></p><p>　　調(diào)試運(yùn)行電路（以4號(hào)為例）：</p><p>　　五、仿真調(diào)試過(guò)程中遇到的問(wèn)題</p><p>　　此次課程設(shè)計(jì)完全是個(gè)人參與完成，再者，加上自己的基本功不扎實(shí)，很多東西都需要從頭開(kāi)始學(xué)習(xí)實(shí)

24、踐以加深了解。在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題：</p><p>　　(1)、因?yàn)樵撛O(shè)計(jì)是8路搶答器，所以數(shù)碼管必須能顯示“1——8”8個(gè)數(shù)字，同時(shí)，由于存在清零功能，所以還必須能顯示“0”。</p><p>　　問(wèn)題：由于優(yōu)先編碼器74LS148N只有三個(gè)輸出端，所以連接在鎖存器74LS273N上的數(shù)碼管只能顯示“0——7”，雖然可以將選手分別定義為“0號(hào)——7號(hào)”，但是由于清零功能的存在，就

25、使得0號(hào)選手的序號(hào)顯示與清零功能的實(shí)現(xiàn)相悖，只能將選手定義為“1號(hào)——8號(hào)”。</p><p>　　解決方法：由于只有當(dāng)數(shù)碼管上顯示“8”時(shí)，最高位才是高電平“1”，其他三位為低電平“0”，只要其他三位有高電平“1”存在，高位就是低電平“0”，所以將優(yōu)先編碼器的三位輸出“與非”處理作為鎖存器的高位輸入；但是這時(shí)又遇到了問(wèn)題——當(dāng)無(wú)人搶答時(shí)，鎖存器的輸出端直接顯示“8”即：清零時(shí)，數(shù)碼管的高位也為“1”。當(dāng)在清零狀

26、態(tài)下時(shí)，編碼器的三位輸出為高電平“1”，8號(hào)輸入端D7為高電平“1”，這時(shí)鎖存器的4D輸入端需要為“0”；當(dāng)8號(hào)選手搶答即D7為低電平“0”，編碼器的三位輸出為高電平“1”，這時(shí)鎖存器的4D輸入端需要為高電平“1”。所以在上述前提下，將編碼器的“8號(hào)選手輸入”也與三位輸出“與非”作為鎖存器的高位輸入。</p><p>　　(2)、鎖存器的時(shí)鐘信號(hào)CLK一旦有一個(gè)上升沿，就鎖存輸入過(guò)來(lái)的信號(hào)，因此清零結(jié)束后，CLK

27、的電平必須是低電平“0”。</p><p>　　問(wèn)題：當(dāng)有選手搶答時(shí)，優(yōu)先編碼器的輸出端既有“0”輸出，這時(shí)就要給CLK一個(gè)上升沿，所以將三位輸出端“與非”處理。但是這時(shí)遇到了一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)選手沒(méi)有搶答即編碼器的8位輸入都為高電平“1”和7號(hào)選手搶答即編碼器的D0輸入低電平“0”時(shí)，編碼器的三位輸出都為高電平“1”，這就使得即使7號(hào)搶答，CLK也不會(huì)有上升沿，導(dǎo)致鎖存器不會(huì)“接受”7號(hào)選手的脈沖信息，數(shù)碼管上也就不

28、會(huì)顯示“7”這個(gè)數(shù)字。</p><p>　　解決辦法：選手的信息對(duì)于鎖存器74LS273N是否“有效”，其實(shí)最終取決于時(shí)鐘信號(hào)CLK，也就是選手的輸入信息是否能使CLK出現(xiàn)上升沿。當(dāng)7號(hào)選手及其他選手均沒(méi)有搶答時(shí)（此時(shí)7號(hào)的輸入端D0為“0”），編碼器的三位輸出都為高電平“1”，此時(shí)要使CLK為低電平“0”；當(dāng)7號(hào)選手搶答時(shí)（此時(shí)7號(hào)選手的輸入端D0為“1”），編碼器的三位輸出仍舊為高電平“1”，但是此時(shí)需要時(shí)鐘

29、信號(hào)CLK為“1”即有上升沿。從以上這個(gè)條件可以知道，將7號(hào)的輸入端D0與編碼器的三位輸出“與非”處理作為時(shí)鐘信號(hào)即可滿足以上結(jié)論。</p><p>　　(3)、EI是編碼器的使能端，當(dāng)～EI端為“0”時(shí)，八位選手才能搶答，否則，禁止搶答。</p><p>　　問(wèn)題：有第二個(gè)問(wèn)題中已經(jīng)講明，為了解決問(wèn)題(2)，將7號(hào)選手的輸入端與編碼器的三位輸出端經(jīng)與非門(mén)處理后作為鎖存器的時(shí)鐘電路，使得7

30、號(hào)選手端的輸入直接“跨過(guò)了”使能端，不受任何限制，因此這就導(dǎo)致了一個(gè)問(wèn)題——即便有一位除7號(hào)以外的選手已經(jīng)搶答成功，只要7號(hào)選手按下?lián)尨鹌?，?shù)碼管上仍舊顯示“7”。</p><p>　　解決方法：EI使能端決定著優(yōu)先編碼器是否能接受8位選手的搶答信號(hào)，但是并不能決定數(shù)碼管上是否能顯示選手的序號(hào)，也就是說(shuō)：雖然7號(hào)選手的信號(hào)在其他選手之后仍舊被編碼器接受編碼了，但是這并不意味著鎖存器可以鎖存這個(gè)信號(hào)，此時(shí)要看鎖存器

31、的CLK是否為上升沿，如果在其他選手搶答完成后，即使7號(hào)選手端有輸入，我們也能一直保持CLK端為低電平，那么也可以清除7號(hào)選手對(duì)其他選手的干擾。這時(shí)注意到，當(dāng)無(wú)人搶答時(shí)，數(shù)碼管的四位輸入都為低電平“0”，當(dāng)有人搶答時(shí)，數(shù)碼管的四位輸入至少有一位是高電平“1”，因此，可以采取這種措施：將數(shù)碼管的四位輸入經(jīng)與非門(mén)處理，然后再將其與“優(yōu)先編碼器的三位輸出與7號(hào)選手端的輸入與非后的結(jié)果”以及主持人清零端（為了使主持人可以隨時(shí)將電路清零）經(jīng)與處理

32、，將這個(gè)結(jié)果作為時(shí)鐘信號(hào)端CLK的輸入，便可滿足以上目的。</p><p><b>　　六、個(gè)人體會(huì)與收獲</b></p><p>　　雖然上學(xué)期也有過(guò)課程設(shè)計(jì)任務(wù)，但是由于是小組任務(wù)，所以相對(duì)而言，個(gè)人任務(wù)比較少、比較輕松。這次8路搶答器雖然較簡(jiǎn)單，但是那種通過(guò)自己查閱資料，然后再一點(diǎn)一點(diǎn)突破難關(guān)的過(guò)程是一個(gè)“痛并快樂(lè)著”的體驗(yàn)。</p><p&