數(shù)電程序設(shè)計

湖南工程學院 課程設(shè)計任務書 課程名稱 ： 電子技術(shù)課程設(shè)計 題 目 ： 智力競賽搶答器 專業(yè)班級： 自動化 1004 學生姓名：方程藝 學號： 17 指導老師： 李 立 審 批： 任務書下達日期 2012 年 12 月 3 日 星期一 設(shè)計完成日期 2012 年 12 月 14 日 星期五 設(shè)計內(nèi)容與設(shè)計要求 一、設(shè)計內(nèi)容： 1 .設(shè)計一個可容納8組代表隊參賽的智力搶答器， 每組 設(shè)一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應。 2 .搶答器具有第一信號鑒別及數(shù)據(jù)鎖存功能。 主持人將 設(shè)備復位（清零）后，發(fā)出搶答指令，當?shù)谝唤M參賽者觸動 按鈕時，該組指示燈亮。此后，其他組別觸動按鈕無效。 3 .設(shè)計一個用數(shù)碼管顯示 1~8組中最先搶答組別的電 路。 4 .搶答器具有定時30S搶答的功能，當主持人發(fā)出搶答 指令后開始減計時，弁用顯示器顯示時間。當搶答時間到， 蜂鳴器鳴叫發(fā)出報警信號，弁封鎖輸入電路，禁止選手超時 搶答。 5 .設(shè)計一個犯規(guī)判別電路，弁用指示燈顯示。 6 .設(shè)置記分顯示電路，每組預置 100分，答對1次加 10分，答錯1次減10分。 7 .功能擴展（自選） 二、設(shè)計要求： 1 .思路清晰，給由整體設(shè)計框圖和總電路圖； 2 .單元電路設(shè)計，給由具體設(shè)計思路和電路； 3 .寫生設(shè)計報告； 主要設(shè)計條件 1 .在實驗樓南樓的四樓“綜合實驗室”和“電子實驗 室”調(diào)試。 2 .提供調(diào)試用實驗箱和電路所需元件及芯片。 說明書格式 1 .課程設(shè)計封面； 2 .任務書； 3 .說明書目錄； 4 .設(shè)計總體思路，基本原理和框圖（總電路圖） 5 .單元電路設(shè)計（各單元電路圖）； 6 .安裝、調(diào)試步驟； 7 .故障分析與電路改進； 8 .總結(jié)與體會; 9 .附錄（元器件清單）； 10 .參考文獻； 11 .課程設(shè)計成績評分表 目錄 1、設(shè)計方案 1 1.1 設(shè)計方案與要求 2 1.2 設(shè)計思想與原理 3 2、單元電路 4 2.1 搶答器 5 2.2 報警器 2 2.3 定時器 6 2.4 計分器 6 3、總體電路 1 4、仿真 4 5、故障分析與電路改進 1 6、部分重要元件引腳圖 1 7、心得體會 1 1、 設(shè) 計方案 1.1 設(shè)計方案與要求 所用到的主要器件： 74ls148 74ls138 74ls192 74LS32 顯示器 74ls00 74ls04 74ls20 等 功能要求： （1） 可同時供 8 名選手或 8 個代表隊參加比賽， 他們的選號分別是 s0， s1， s2 ， s3， s4， s5 ， s6， s7 。 （ 2）給節(jié)目主持人設(shè)置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù) 碼管滅燈）和搶答器的開始。 （ 3）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按 鈕， 編號立即鎖存， 并在 led 數(shù)碼管上顯示選手的編號， 同時揚聲器給出音響提 示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持 到主持人將系統(tǒng)清零為止 （ 4）搶答器具有定時30S搶答的功能，當主持人發(fā)出搶答指令后開始減計 時，并用顯示器顯示時間。當搶答時間到，蜂鳴器鳴叫發(fā)出報警信號，并封鎖輸 入電路，禁止選手超時搶答。 （ 5） 設(shè)計一個犯規(guī)判別電路，并用指示燈顯示。 （ 6）設(shè)置記分顯示電路，每組預置 100 分，答對 1 次加 10 分，答錯 1 次減 10 分。 1.2設(shè)計思想和原理 多路智力搶答器的組成框 該設(shè)計搶答器的電路主要是由搶答電路， 觸發(fā)電路，觸發(fā)鎖存 電路，七段顯示譯碼器幾部分構(gòu)成。 工作原理：通電后，主持人將開關(guān)撥到“清零狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)， 編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間：主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)， 宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。當定時 時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時 搶答。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。如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開 始：狀態(tài)開關(guān) 2、 單 元電路 2.1 搶答器 功能：一是分辨選手按鍵的先后，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操作無效。 原理：選用優(yōu)先編碼器741s148和JK鎖存器可以完成上述功能，所組成的 電路圖如下所示。這個電路的工作原理過程：當主持人控制開關(guān) s 置于“清零” 端時，RS觸發(fā)器的R非端均為0,4個觸發(fā)器輸出（Q4--Q1）全部置0,使741s148 的BI的非=0,顯示器燈滅：741S148的選通輸入端ST的非=0,使之處于工作狀 態(tài)，此時鎖存電路不工作。當主持人把開關(guān) S 置于“開始”時，優(yōu)先編碼器和鎖 存電路同時處于工作狀態(tài)， 即搶答器處于等待工作狀態(tài)， 等待輸入端的信號， 當 有選手將鍵按下時（比如按下 s5） , 741S148的輸出Y2Y1Y0I勺非=010, YEX勺 非=0，經(jīng)鎖存后， CTR=1， BI 的非 =1，經(jīng) 741s148 譯碼后，顯示器顯示為“ 5”。 此外，CRT=1使741S148的ST的非為高電平，封鎖其他按鍵的輸入。如果再次 搶答需有主持人將 S 開關(guān)重新“清除”，電路復位。 2.2 報警器 功能：目主持人可根據(jù)搶答題的難以程度，來設(shè)定某一次搶答的時間， 通過置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。 原理：兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其 時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。 74192 的預置數(shù)控制端實現(xiàn)預置數(shù)，由節(jié)目主持 人根據(jù)搶答題的難易程度， 設(shè)定一次搶答的時間， 通過預置時間電路對計數(shù)器進 行預置， 計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。 按鍵彈起后， 計數(shù)器開始減法計 數(shù)工作， 并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上， 當有人搶答時， 停止計數(shù)并 顯示此時的倒計時時間； 如果沒有人搶答， 且倒計時時間到時， BO2 輸出低電平 到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。 74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，具備雙時鐘輸入，同時具備清零和置 位功能 2.3 定時器 這部分電路我們是由555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo=1.43/【（R1+2R C】，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為諧振蕩器工作； 而當PR為低電平時，電路停振。 2.4 計分器 計分電路是由2各741s192組成。計分電路是由一個3位數(shù)十進制數(shù)組成。 其中個位數(shù)一直為0。所以顯示個位數(shù)的顯示管4個輸入端都接地。十位數(shù)開始 顯示0,所以置數(shù)端的輸入為0000。百位數(shù)顯示1,所以置數(shù)端輸入為0001。通 過開關(guān)U, D來實現(xiàn)高低電平的切換，從而現(xiàn)實分數(shù)的加減。 14 3、 總體電路 其工作原理: 八位選手編號分別為0、1、 2、3、4、5、6、7,對應按鈕分別為 S0、S1、 S2、S& S4 S5、S& S7; 首先主持人根據(jù)題目的難易程度設(shè)置搶答時間， 此設(shè)定可以通過調(diào)節(jié)輸入兩 片74LS192的D C、B、A四個管腳的高低電平來進行（例如要設(shè)定時間為 60s, 就將十位的192的D C、B、A分別置位為0、1、1、0,而將各位的192的D G B、A都置于0）。當主持人宣讀完題目說“開始”并將開關(guān)置于“開始”位置 后，輸出為高電平，此高電平分為三路：一路輸出到集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS121 的輸入端，使其產(chǎn)生單個周期為 0.5S的脈沖，驅(qū)動報警電路發(fā)出聲響，即實現(xiàn) 了發(fā)聲提示的功能；另一路輸出到 74LS192的LD端，使其處于高電平而開始減 計數(shù)；還有一路輸出到鎖存器的C端；若沒有選手安東按鈕，則74LS373輸出全 為高電平，74LS148也輸出高電平，E0端輸出低電平至7448的滅燈輸入R I / RBO端，使得信號經(jīng)7448到顯示器上時無顯示；當任意一路（設(shè) 1）搶答器 按下按鈕時，八D鎖存器74LS373工作，與輸入端相對應的輸出端（1）輸出高 電平，則鎖存器輸出的八位電平經(jīng) 8?3八位優(yōu)先編碼器74LS148編碼輸出的 A0?A2成為與輸入信號相對應的三位二進制碼，而 74LS148的管腳15 （ E0）的 輸出電平由低變高，輸出到七段譯碼顯示器 74LS48 的二進制碼經(jīng)其譯碼后輸出 到七段共陰數(shù)碼管上，則顯示器上顯示對應的編號（ 1）。 此時，7448的RI/RBO端輸出高電平，開關(guān)出也輸出高電平，二者經(jīng)過與非 門輸出低電平，經(jīng)過與門還是低電平輸出到鎖存器 373的C端，起到所存功能， 其他選手若再按動對應按鈕也無對應輸出，，即實現(xiàn)了搶答功能；由于 74LS148 的E0段輸出高電平輸出到集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74LS121的輸入端，使其產(chǎn)生單個 周期為 0.5S 的脈沖， 驅(qū)動報警電路發(fā)出聲響， 即實現(xiàn)了發(fā)聲提示的功能； 同時， 74LS148的GS端輸出電平由高變低，與秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖相與后輸出 為0,使得無脈沖抵達計數(shù)器192的Down^。計數(shù)器停止工作，保持原來顯示 不變， 即實現(xiàn)了暫停減計數(shù)使其記錄搶答時間的功能； 當選手回答完問題后， 主 持人將開關(guān)置于“清零”的位置，輸出低電平，也是分為三路：一路與 74148 的E0端（高）與非后變?yōu)楦唠娖捷敵龅?373的使能端C,使得鎖存器不再鎖存 數(shù)據(jù)，此時，搶答部分顯示器滅燈無顯示，實現(xiàn)了清零；另一路低電平輸出到計 數(shù)器192的LD端，而CR端也是低電平，所以使得對應顯示器輸出預置的數(shù)據(jù)； 若在定時部分計數(shù)器倒計時到 00 還無選手按動按鈕的話，兩片 74LS192 的借位 輸出端都輸出高電平，二者相與后輸出高電平到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74121 的 B 端口， 使其產(chǎn)生周期為 0.5s 的脈沖刺激報警電路發(fā)聲提示。 具體框圖如下： GND U9A 4、 仿真 按照總體電路圖在仿真軟件 Multisim上一一選擇芯片并進行連接，然 后啟動開關(guān)觀察。 Multisim 11.0 三晨：快捷方式 當仿真結(jié)果和預期一樣，則證明仿真成功。設(shè)計的電路是正確的。 5、故障分析與電路改進 1． .顯示器上不顯示數(shù)字，我們從后級往前級進行測試，首先用1.5?2V的電壓 作用各個筆段 , 看對應各筆段是否亮 , 判斷是否完好。 若完好則繼續(xù)檢測 74ls148 芯片是否完好。在741s148的A、R G D四個輸入端隨意輸入一組二進制數(shù)碼 （用高低電平表示 1 和 0，此處注意要用到 8V 以上的電源電壓） ，看是否能顯示 數(shù)字。無顯示的故障一般問題出在這兩個環(huán)節(jié)。 2． 若顯示器上顯示的是不符合要求的數(shù)字， 在設(shè)計原理正確的前提下， 首先通 過測試判斷741S148的輸出a?g與LED管的a?g筆段是否連接有錯。其方法是 741S148的輸出a?g分別按規(guī)律輸入高低電平，觀察 LED管是否顯示相應的數(shù) 字。如果這個環(huán)節(jié)正常，則問題在二極管編碼電路，再逐一進行檢查。 3． 如果不能鎖存，或是鎖存不了 1 和 7，則問題在鎖存電路，應該從原理上進 行分析。鎖存電路的設(shè)計原理是：啟用 CD4511的鎖存功能端LE,高電平有效， 即輸入高電平時執(zhí)行鎖存功能。 鎖存器應能鎖定第一個搶答信號， 并拒絕后面搶 答信號的干擾。如何設(shè)計呢，我們對 0?9十個數(shù)字的顯示筆段進行分析，只有 0 數(shù)字的 d 筆段亮與 g 筆段滅，其它數(shù)字至少有一點不成立。由此可以區(qū)分 0 與 其它數(shù)字。我們將LED管的a筆段與g筆段的輸入信號反饋到鎖存電路，通過鎖 存電路控制鎖存端LE輸入為0或1（鎖存與否）。當LED顯示器顯示為0時，LE=0, CD4511譯碼芯片不鎖存；當LED顯示器顯示其它數(shù)字時，LE=1,芯片鎖存。這 樣只要顯示器上顯示為 0， 741s148 譯碼芯片才不鎖定，顯示其它數(shù)字均鎖存。 6、部分重要元件引腳圖 (1) 741s148 Uuu Eq G$ 3 2 1 。 刖 同網(wǎng)同冏同 P~| 網(wǎng)口 74LS148 U U L! U LJ LI LI 4 5 6 7 Et A2 Ai GHD 管腳圖 (2) 741s192 Voc Po MR TCd TCu PL 再 P3 同同問扃同國阿皿 1 ] [ 2 口 3 | | q ] | 5 | | || t | | E P| Qi Qq CPq CPu S 03 GND (b) 管腳圖 參考文獻 1 .《電子線路設(shè)計、實驗、測試》 （第二版） 華中理工大學生版社-------謝自美 主編 2 .《新型集成電路的應用》 電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計 華中理工大學生版社 梁宗善 主編 3 .《電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗》 高等教育由版社 陳大欽 主編 4 .《電子技術(shù)課程設(shè)計指導》 高教生版社 彭介華主編 7、心得體會 通過兩周的課程設(shè)計，使我對數(shù)字電路有了進一步的了解，在設(shè)計搶答器、 報警器、定時器的過程中，通過翻閱資料，上網(wǎng)搜索等，我對各電路器件及原理 有了更深一層次的認識，既增強了我的理解能力，也使我能更好的運用所學的知 識。開始時我還不太明白電路是如何連接的， 并且對其原理也不甚了解，但通過 對所學知識更深入的了解和同學的講解和幫助，最終使我克服了難關(guān)。兩周的鍛 煉，，我有過對知識掌握不足時的迷茫，也有過思路不清時的懊惱 ，但一路走來， 我卻收獲了知識，收獲了希望和努力后的成果。 在此我要感謝老師的諄諄教導和同學們的幫助， 我相信這幾天的不懈努力會 給我未來的學習帶來很多的啟發(fā) , 我會在以后的工作生活中更好的理論聯(lián)系實際 證明自己的能力。