八路抢答器课程设计报告

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1、信息与电气工程学院课程设计说明书（2012学年第二学期）课程名称 ： 数字电路课程设计 题 目 ： 八路抢答器 专业班级 ： 电气1003 学生姓名 ： 杨彦伟 学 号： 100060328 指导教师 ： 王华 设计周数 ： 2周 设计成绩 ： 2012年07 月 03 日目录一 课程设计目的二 正文1 设计要求 2.11基本要求 -3 2.1.2提高要求 -32 系统的组成及工作原理-4 2.2.1系统的组成框图-4 2.2.2系统的工作原理-43 单元电路设计-52.3.1抢答电路的设计-62.3.2定时电路的设计-104 电路实验与调试-15 2.4.1焊接-15 2.4.2调试中出现的

2、问题及解决-16三 设计总结-16四参考文献-18附表电路成品图-18设计原理图-19PCB板图-19一课设目的 1 通过八路数显抢答器的设计实验，必须熟练掌握数字电子技术和模拟电子技术的基础理论和基础实验，掌握组合电路，时序电路，集成电路的设计与使用，熟悉优先编码器，触发器，计数器，555电路及74系列芯片。2掌握门电路的原理方法，能熟悉的运用软件设计并仿真电路。3学会了数字电子器件组成复杂系统的方法。二正文一 设计要求2.1.1基本要求（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0S7表示。（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。（3）抢答器具有锁存与显

3、示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。2.1.2提高要求 （1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。（2）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。（3） 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，并 禁止抢答，定时显示器上显示00。二 系统的组成及工作原理2.2.1系统的组成框图：图2.1 系统组成框图2.2.2系统的工作原理：定时抢答器的总体

4、框图如下图2.2： 图2.2 抢答器工作框图如图所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。扩展电路完成定时抢答的功能。图2.2所示电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s），当主持人将控制开关置于 “开始”时，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能： （1）优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显

5、示电路在数码管上显示抢答者的编号；（2）控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；（3）控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。当定时时间到，却没有选手抢答时，系封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。三 电路设计2.3.1抢答电路的设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图3-1所示：其工作原理是：当主

6、持人控制开关处于“清零”位置时，触发器的端为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平。于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，此时74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外

7、，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的YEX高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号仍不会被接受。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 图3.2.1 抢答电路 74LS148 为 8 线3 线优先编码器，共有 54/74148 和 54/74LS148 两种线路结构型式， 将 8 条数据线（07）进行 3 线(4-2-1)二进制（八进制）优先编码，即对最

8、高位数据线进行译码。 利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制扩展。芯片管脚管脚图07 编码输入端(低电平有效)EI 选通输入端(低电平有效)A0、A1、A2 三位二进制编码输出信号即编码 输 出 端(低电平有效)GS 片优先编码输出端即宽展端(低电平有效)EO 选通输出端，即使能输出端功能表输入输出EI01234567A2A1A0GSEOHXXXXXXXXHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLXXXXXXXLLLLLHLXXXXXXLHLLHLHLXXXXXLHHLHLLHLXXXXLHHHLHHLHLXXXLHHHHHLLLHLXXLHHHHHHLHLHLXLHHHHHHHHL

9、LHLLHHHHHHHHHHLH逻辑及工作极限逻辑图电源电压：min 4.75V type 5.0V max 5.25V输入电压：min 2V发射极间电压：5.5V工作环境温度 ：07074ls279是RS触发器，RS触发器分三种：基本rs触发器、同步rs触发器、主从rs触发器。74ls279是四个基本rs触发器，输入的是r非、s非，而不是rs。所以：当r非端输入1，s非端输入0，则Q为1。当r非端输入0，s非端输入1，则Q为0。当r非端输入1，s非端输入1，则Q为保持。2.3.2定时电路的设计74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码 显示在数码管上。74LS

10、192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为30秒。555芯片完成产生秒脉冲的功能。工作过程为：抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。当记到了30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号

11、，使得数码管显示为00。74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。(bcd,二进制)。 CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出， BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。74ls192引脚图:74ls192功能表：CD4511 引 脚 图 其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何

12、，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。 A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。555定时器电路的工作原理555电路的内部电路方框图如图1所示。它含有两个电压比较器，一个基本RS触发器，一个放电开关管T，比较器的参考电压由三只 5K的电阻器构成的分压器提供。它们分别使高电平比较器A1 的同相输入端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为和。A1与A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关

13、状态。当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。是复位端（4脚），当0，555输出低电平。平时端开路或接VCC 。四 电路实验与调试2.4.1焊接 通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。同时在电路板上要预先确定电源的正负端，便于区分及焊接。正确焊接各芯片个管脚连接必须查阅

14、各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路。2.4.2 调试中出现的问题及解决方法 （1） 显示电路不稳定问题在完成电路的焊接进入调试阶段时发现抢答器数码管显示选手编号不稳定。主要表现在单选手按下抢答键后数码管显示的不是选手当前号码。因此着手对电路进食检查，首先检查数码管看是否是关节焊接错误，后又检查电路各个芯片管脚接错均未发现问题，最后发现当触动某按键连线时显示正常由此判断可能是因为出现了虚焊，遂将电路各焊点又仔细焊接了一遍，此时电路

15、显示正常。（2） 控制开关无法控制电路在调试是发现当按下主持人开关时电路断电，当松开后数码管显示始终为7，经过一个多小时对电路用万用表逐个检查，发现是开关触焊接错误，通过改正焊接后电路能正常工作。（3）数码管不能正常倒计时在进入定时电路调试时，发现数码管不能正常倒计时，出现乱码。对这问题我们检查了芯片是否完好，电路界限是否正确均未发现问题，后发现是由于在焊接时焊线有些地方出现部分短接，于是就将焊线重新理清，数码管也能正常工作了。（4）74ls148出现发热现象 在进入电路调试时，发现若长时间接通电源，74ls148有明显的发热现象，器件温度高于其他芯片，我们怀疑芯片在焊接是出现器件损坏，也可能

16、其本身就是次品。因而在以后的焊接中，既要注意焊接水平，也要在焊接之前检查测试器件是否完好三 设计总结本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合，既考查了同学对理论知识的掌握程度，由反映了实际动手能力，更主要的是考查了同学对知识的综合运用以及创新设计思维能力，为今后的发展提供了一次良好的学习环境。针对课设题目八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证试验方案的可实行性，虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。同时也使自己认识到：1、 设计思路是整个设计的灵魂拿下每

17、个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的。只有对课题的充分理解，对各种器件的熟练掌握，勾画出基本的设计图是成功的关键，必须多花时间在设计上才能为后续工作提供更扎实的基础。翻阅各种资料，上网查询填补所需知识的空白是必要的。2、 焊接制作必须精益求精焊接必须精益求精，一丝不苟，一点的差错都可能导致实验结果错误，因此必须准确无误还要工整，这样才能在调试中能比较轻松进行，也是整个电路可看性更好。3、 调试调试工作是个精细工作。在调试过程中，有些问题是芯片本身损坏引起的，也有些是因为焊接问题引起的等因此排查过程需要特别有耐心，通过对芯片功能的检验，对焊点的检查最后检查出问题所在。当最后解决问题时，电

18、路的正确是非常振奋，也很有成就感和满足感。4、 建议设计的作品主要是用74系列集成芯片来完成的，在焊接的过程中由于芯片的引脚过多，布线工作不是很方便。有时候还因为某一跟线没有焊牢，造成电路的不稳定，这些都是有待改进的。5、 不足实验效率低，焊接水平不足导致电路稳定性不高，布线比较混乱，这些都有待提高。总之，在设计过程中学到了许多。作为现代的大学生，如果仅停留在以往的层次上，是远远跟不上时代的步伐，也无法使自己立足在竞争如此激烈的社会里，通过此次实习，看到了自己的水平和差距，学要在今后的学习中又进一步的提高。四 参考文献【1】康华光.电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社.2010【2】康华光.电子技术基础（模拟部分部分）.高等教育出版社.2010【3】姚年春，Protel 99SE基础教程，人民邮电出版社，2009【4】高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社.2002【5】赵保终.中国集成电路大全（TTL集成电路）.国防工业出版社课程设计评 语课程设计成 绩指导教师（签字） 年 月 日第 23 页 共 23 页