數(shù)電課程設(shè)計(jì)--搶答器電路

1、<p>　　論文題目： </p><p>　　學(xué) 院： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　年 級(jí)： </p><p>　　學(xué)

2、 號(hào)： </p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　2011年7月7日</b></p><p><b>　　數(shù)電課程設(shè)計(jì)</b>&l

3、t;/p><p>　　——————數(shù)字搶答器</p><p>　　數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。</p><p>　　優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。</p><p>

4、　　借助這個(gè)思路，可以運(yùn)用數(shù)電原理、各種元件，構(gòu)成一個(gè)可供八位選手使用的八位數(shù)字搶答器電路。</p><p><b>　　一、預(yù)設(shè)功能</b></p><p>　　1、搶答器共八路，可供八位選手參加比賽，其編號(hào)分別為0、1、2、3、4、5、6、7，此外，此外還有一個(gè)按鈕給主持人用來清零。</p><p>　　2、答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能，并將鎖存的

5、數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來。在主持人將系統(tǒng)清零后，若有參賽者按動(dòng)按鈕，數(shù)碼管立即顯示出最先動(dòng)作的選手的編號(hào)。</p><p>　　3、搶答器對(duì)搶答選手動(dòng)作的先后有很強(qiáng)的分辨能力，即使他們的動(dòng)作僅相差幾毫秒，也能分辨出搶答者的先后來。即不顯示后動(dòng)作的選手編號(hào)。</p><p>　　4、主持人有控制開關(guān)，可以手動(dòng)清零復(fù)位。</p><p>　　5、競(jìng)賽器具有可調(diào)倒計(jì)時(shí)的

6、功能，當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，定時(shí)器進(jìn)行倒計(jì)，也可根據(jù)比賽的實(shí)際情況設(shè)計(jì)答題倒計(jì)時(shí)的時(shí)間。</p><p><b>　　二、設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　1、設(shè)計(jì)的主要難題是準(zhǔn)確判斷出第一搶答者的信號(hào)并將其鎖存。實(shí)現(xiàn)這一功能可選擇使用觸發(fā)器或鎖存器等。在得到第一信號(hào)之后應(yīng)立即將電路的輸入封鎖，即使其他組的搶答信號(hào)無效。同時(shí)還必須注意，第一搶答信號(hào)應(yīng)該在主持人

7、發(fā)出搶答命令之后才有效。</p><p>　　2、當(dāng)電路形成第一搶答信號(hào)之后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答者的編號(hào)，也可以用發(fā)光二極管直接指示出組別。</p><p>　　3、在主持人沒有按下開始搶答按鈕前，參賽者的搶答開關(guān)無效；當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕后，開始進(jìn)行30秒倒計(jì)時(shí)，此時(shí)，若有選手搶答，顯示該組別并使搶答指示燈亮表示“已有人搶答”；當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到，仍無選手搶答，則計(jì)時(shí)指示

8、燈滅表示“時(shí)間已到”，主持人清零后開始新一輪搶答，這個(gè)問題，可以由計(jì)數(shù)器和秒脈沖電路組成的倒計(jì)時(shí)電路解決，秒脈沖電路可以用555定時(shí)器組成。</p><p><b>　　三、設(shè)計(jì)過程</b></p><p><b>　?。ㄒ唬?搶答電路 </b></p><p>　　此部分電路主要完成的功能是實(shí)現(xiàn)8路選手搶答并進(jìn)行鎖存，同

9、時(shí)有相應(yīng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮和數(shù)碼顯示。</p><p>　　使用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。該電路主要完成兩個(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)（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S 置于"清除"端時(shí)，RS 觸發(fā)器的 R、S 端均為0，4 個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS

10、148 的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端＝ 0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S 置于"開始"時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148 的輸出經(jīng)RS 鎖存后，CTR=1,RBO =1, 七段顯示電路74LS48 處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR ＝1，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端＝１，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS14

11、8 的 此時(shí)由于仍為CTR＝1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端＝1， 5 所以74LS148 仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。只要有一組選手先按下?lián)尨鹌?，就?huì)將編碼器鎖死，不再對(duì)其他組進(jìn)行編碼。通過74LS48譯碼</p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理圖如下：</b></p><p>　　據(jù)圖，以下進(jìn)行詳細(xì)解析：</p><

12、;p>　　1、RS觸發(fā)器：1）. 保持狀態(tài)。當(dāng)輸入端接入==1的電平時(shí)，如果基本SR觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)=1、=0，則觸發(fā)器次態(tài)=1、=0；若基本SR觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)=0、=1，則觸發(fā)器次態(tài)=0、=1。即==1時(shí)，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。</p><p>　　2）. 置0狀態(tài)。當(dāng)=1，=0時(shí)，如果基本SR觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為=1、=0，因=0，會(huì)使=1，而=1與=1共同作用使端翻轉(zhuǎn)為0；如果基本SR觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為=0、=1，同理會(huì)使

13、=0，=1。只要輸入信號(hào)=1，=0，無論基本SR觸發(fā)器的輸出現(xiàn)態(tài)如何，均會(huì)使輸出次態(tài)置為0態(tài)。</p><p>　　3）. 置1狀態(tài)。當(dāng)=0、=1時(shí)，如果觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為=0、=1，因=0，會(huì)使G1的輸出端次態(tài)翻轉(zhuǎn)為1，而=1和=1共同使G2的輸出端=0；同理當(dāng)=1、=0，也會(huì)使觸發(fā)器的次態(tài)輸出為=1、=0；只要=0、=1，無論觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)如何，均會(huì)將觸發(fā)器置1。</p><p>　　4）. 不

14、定狀態(tài)。當(dāng)==0時(shí)，無論觸發(fā)器的原狀態(tài)如何，均會(huì)使=1，=1。當(dāng)脈沖去掉后，和同時(shí)恢復(fù)高電平后，觸發(fā)器的新狀態(tài)要看G1 和G2兩個(gè)門翻轉(zhuǎn)速度快慢，所以稱==0是不定狀態(tài)，在實(shí)際電路中要避免此狀態(tài)出現(xiàn)。</p><p>　　74LS179是4R—S觸發(fā)器集成電路，其中有兩個(gè)觸發(fā)器有兩個(gè)置1端S，使用時(shí)只要并聯(lián)起來就可以了。</p><p>　　2、74LS148優(yōu)先編碼器：74LS148的輸

15、入端和輸出端低電平有效。~是輸入信號(hào)，~為三位二進(jìn)制編碼輸出信號(hào)，＝1時(shí)，編碼器禁止編碼，當(dāng)＝0時(shí)，允許編碼。是技能輸出端，只有在＝0，而~均無編碼輸入信號(hào)時(shí)為0。為優(yōu)先編碼輸出端，在＝0而~的其中之一有信號(hào)時(shí)，＝0。~各輸入端的優(yōu)先順序?yàn)椋杭?jí)別最高，級(jí)別最低。如果＝0（有信號(hào)），則其它輸入端即使有輸入信號(hào)，均不起作用，此時(shí)輸出只按編碼，＝000。優(yōu)先編碼被廣泛用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)有多個(gè)外設(shè)申請(qǐng)中斷時(shí)，優(yōu)先編碼器總是給優(yōu)先級(jí)別高的設(shè)

16、備先編碼。</p><p><b>　　其真值表如下：</b></p><p><b>　　3、譯碼顯示電路</b></p><p>　　二進(jìn)制譯碼器是將輸入的二進(jìn)制代碼的各種狀態(tài)按特定含義翻譯成對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)的電路。也稱為變量譯碼器。若輸入端有n位，代碼組合就有2n個(gè)，當(dāng)然可譯出2n個(gè)輸出信號(hào)。</p>&l

17、t;p>　　顯示譯碼器由譯碼輸出和顯示器配合使用，最常用的是BCD七段譯碼器。其輸出是驅(qū)動(dòng)七段字形的七個(gè)信號(hào)，常見產(chǎn)品型號(hào)有74LS48、74LS47等。</p><p>　　字符顯示器：分段式顯示是將字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

18、十毫安。圖1-3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(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。數(shù)碼管常用型號(hào)有BS201、BS202等。圖1-4（a）是共陰式LED數(shù)碼管的原理圖，使用時(shí)，公陰極接地，7個(gè)陽(yáng)極a~g由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動(dòng)。</p><p><b>　　（二）倒計(jì)時(shí)電

19、路</b></p><p>　　接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清零"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00；主持人將開關(guān)閉合即“開始”狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時(shí)器計(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、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)器顯示時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作&

20、quot;清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。</p><p>　　倒計(jì)時(shí)電路設(shè)計(jì)原理圖如下：</p><p>　　該部分主要由555 定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192 減法計(jì)數(shù)電路、74LS48 譯碼電路和 2 個(gè) 7 段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。完成的功能是當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕后，進(jìn)行30s倒計(jì)時(shí)，到0s時(shí)倒計(jì)時(shí)指示燈亮。當(dāng)有人搶答時(shí)，計(jì)時(shí)停

21、止。兩塊74LS192 實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路 74LS48 顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192 的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)30s，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)， 輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無效。</p>

22、<p>　　下面詳細(xì)介紹各組成部分：</p><p>　　555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo＝1.43/[（RI＋2R2）C]。當(dāng)R1=15K，R2=64K，C1=10uF=10000nF時(shí)，T=1s。</p><p>　　74LS192計(jì)數(shù)器：74LS192 的清除端是異步的。當(dāng)清除端（MR）為高電平時(shí)， 不管時(shí)鐘端（CPD、CPU）狀態(tài)如何，即可完成清除功能。</p&g

23、t;<p>　　74LS192 的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端為低電平時(shí)， 不管時(shí)鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0～Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（P0～P3）相一致的狀態(tài)。 </p><p>　　74LS192 的計(jì)數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時(shí)加在4 個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下Q0～Q3 同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)進(jìn)行加計(jì)數(shù)或減計(jì)數(shù)時(shí)可分別利用CPD或CP

24、U，此時(shí)另一個(gè)時(shí)鐘應(yīng)為高電平。</p><p>　　當(dāng)計(jì)數(shù)上溢出時(shí)，進(jìn)位輸出端輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計(jì)數(shù)下溢出時(shí)， 錯(cuò)位輸出端輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CPD低電平部分的低電平脈沖。</p><p>　　74LS48譯碼器：74LS48譯碼器是用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼—七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、

25、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。引腳排列如圖 3.5 所示。其中a b c d 為 BCD 碼輸入，a為最低位。LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼“8”，各筆段都被點(diǎn)亮，以檢查顯示器是否有故障。BI為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)， B1端應(yīng)加高電平。另外 CD4511有拒絕偽碼的特點(diǎn)，當(dāng)輸入數(shù)據(jù)越過十進(jìn)制數(shù)9(1001)時(shí)，顯示字形也

26、自行消隱。LE是鎖存控制端，高電平時(shí)鎖存，低電平時(shí)傳輸數(shù)據(jù)。a～g是 7 段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀。</p><p>　　/消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效） </p><p>　　燈測(cè)試輸入端（低電平有效） </p><p>　　脈沖

27、消隱輸入端（低電平有效）</p><p>　　四、設(shè)計(jì)結(jié)論和心得體會(huì)</p><p>　　一星期的數(shù)電課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束，我也終于把電路和論文做了出來，不禁長(zhǎng)出一口氣。</p><p>　　設(shè)計(jì)是復(fù)雜而辛苦的，幾天的時(shí)間，我都坐在寢室里，電腦前面，日夜不停地思考電路的原理、連線的方式和將要出現(xiàn)的問題，動(dòng)手之時(shí)，復(fù)雜的電路更是讓人頭暈眼花，尤其出現(xiàn)了問題，卻找不到原因，

28、只能一步步調(diào)試，一步步推測(cè)，最終完成之時(shí)，實(shí)在是讓人長(zhǎng)出一口氣，卻又感到莫名的成就感。</p><p>　　設(shè)計(jì)過程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長(zhǎng)時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做，那時(shí)心中未免有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，詳盡的資料準(zhǔn)備，

29、將為你的設(shè)計(jì)成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p>　　設(shè)計(jì)的過程中，實(shí)在遇到了不少問題，比如說對(duì)于proteus系統(tǒng)的生疏，有些芯片根本不認(rèn)識(shí)、不熟悉，為此，只能花時(shí)間去查資料，去熟悉芯片和系統(tǒng)，幾天時(shí)間過去，由生疏到熟悉，再到游刃有余，我已經(jīng)完成了一個(gè)轉(zhuǎn)變，相信有了這一次經(jīng)驗(yàn)，日后的設(shè)計(jì)其他電路過程中，必將能夠更好地完成。</p><p>　　電路的測(cè)試也是非常復(fù)雜的，世界上少有一開始就

30、能成功的電路，我的設(shè)計(jì)也不例外。先開始的時(shí)候，總是失敗，幾日時(shí)間，前后經(jīng)歷了經(jīng)歷了階段性成功的狂喜、測(cè)試失敗后的絕望、陷入困境時(shí)的不知所措，重新投入的振作，回頭想來，實(shí)在不勝唏噓。</p><p>　　仿真之時(shí)，好的單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)可以增加仿真的成功率，元件的擺放、連線都足見真功夫，一開始，我多次將各元件間的連線搞得亂七八糟，相應(yīng)的，電路也總是失敗，后來參考了別人的設(shè)計(jì)方式，這才做出了清晰美觀的電路

31、設(shè)計(jì)圖。</p><p>　　總之，通過這次課程設(shè)計(jì)，我有了很多收獲。在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增強(qiáng)了動(dòng)手能力。在改進(jìn)電路的過程中，同學(xué)們共同探討，最后的電路已經(jīng)比初期設(shè)計(jì)有了很大提高。在讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路的艱辛的同時(shí)，更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂。</p><p><b>　　附錄：總圖如下：</b></p&