八路具有定时功能的八路数显抢答器Word格式文档下载.docx
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1、确定课设题目、收集资料,考虑题目的难易复杂程度和收集的资料,我们选择制作具有定时功能的八路数显抢答器,理解具有定时功能的八路数显抢答器的设计思路和工作原理,实现抢答锁存,抢答显示选手号码并且红灯指示灯亮起,抢答时间30秒倒计时等功能。
2、Multisim仿真,制作预习报告。
在仿真过程中我按照查找修改的电路图在软件上连接出来,通过修改各器件的参数以达到我们的设计要求,完成预习报告,制作元件清单。
3、按元件清单领取元件,准备导线,在面包板上布局连接。
4、实验室验证调节功能,及时发现纠正问题,请老师验收。
5、完成总结报告。
一、确定课设题目和电路,理解设计和工作原理。
数字抢答器总体概述
我们的电路分为三个模块:
一、抢答电路模块;
二、定时电路模块;
三、秒脉冲产生电路模块,总体方框图如下图所示。
其工作原理为:
接通电源后,主持人将开关拨到"
清零"
状态,抢答器处于禁止状态,编号显示器灭灯,定时器显示设定时间;
主持人将开关置;
开始"
状态,宣布"
抢答器工作。
选手在定时时间内抢答时,编号显示器显示最先抢答选手的编号,同时定时器显示回到设定时间,禁止二次抢答,一轮抢答完成。
如果再次抢答必须由主持人再次操作"
清除"
和"
状态开关。
图1总体框图
在设计过程中我们通过仿真软件,确定了三个模块的电路,我们又通过对芯片功能的研究,就三个模块整合为一个整体电路,实现我们八路具有定时功能的八路数显抢答器功能。
下面我将对各个单元电路的工作原理进行阐述。
(1)抢答器电路
原理及设计:
设计电路如图2所示。
电路选用一个地址锁存器芯片74LS373和一个八线-三线优先编码器74LS148及驱动共阴极LED显示器的BCD码-七段译码器4511来完成。
该电路主要完成两个功能:
一是分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,同时译码显示电路显示编号(显示电路采用七段数字数码显示管);
二是同时现实非优先抢答者的其他选手按键操作无效。
实现过程:
地址锁存器74LS373的1脚是输出使能端,低电平有效,当1脚是低电平时,只要11脚(锁存控制端G)上出现一个下降沿输出立即呈现输入的脚的状态。
G是数据锁存控制端;
当G=1时,锁存器输出端同输入端;
当G由“1”变为“0”时,数据输入锁存器中。
八线-三线优先编码器74LS148,使能输入IE=0,允许编码,在I0~I7输入中,输入I7优先级最高,其余依次为I6,I5,I4,I3,I2,I0,I0等级排列,GS为片优先编码输出端,它在允许编码(IE=0),且有编码输入信号时为0,由于74LS148GS端和74LS373得锁存控制端G连在一起,所以,G端由“1”变为“0”,数据输入锁存器中,其他非优先抢答者的抢答无效。
驱动共阴极LED显示器的BCD码-七段译码器4511的LT为灯测试端,加高电平时,显示器正常显示,BI为消隐功能端,加高电平,正常显示,LE是锁存控制端,高电平时锁存,低电平时传输数据。
a~g是7段输出驱动共阴极数码管。
图2抢答模块仿真电路
(2)定时模块及秒脉冲产生电路
该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、CD4511译码电路和2个7段数码管相关电路组成。
具体电路如图3所示。
两块74LS192实现减法计数,通过译码电路CD4511显示到数码管上,其时钟信号由时钟产生电路提供。
74192的预置数控制端实现预置数,由节目主持人根据抢答题的难易程度,设定一次抢答的时间,通过预置时间电路对计数器进行预置,计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
按键弹起后,计数器开始减法计数工作,并将时间显示在共阴极七段数码显示管上。
555定时器秒脉冲产生电路的频率f=1.43/(43+2×
50)×
0.01=1HZ,即周期T=1秒。
74LS192是同步十进制可逆计数器,它具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能。
工作时,将555定时器秒脉冲加在低位片的5脚(down),低位片的13脚(非同步借位输出端)接到高位片的5脚(down),两片4脚接高电平,高位片的13脚(非同步借位输出端)接到预置端,同时将低位片预置0000,高位片预置0011,即实现预置时间为30秒。
74LS192在一个秒脉冲周期内计数一次,实现了30秒倒计时,4511驱动的共阴极数码管显示出来,当30秒倒计时完毕后,由00转到预置30。
图3定时模块及秒脉冲产生仿真电路
(3)整合控制电路、抢答电路、定时电路及秒脉冲产生电路的整体电路
实现功能:
主持人清零后打开定时电路开关,30秒定时倒计时开始,如有选手抢答,抢答电路的显示数码管显示优先抢答者的编号,非优先抢答者的抢答无效,同时定时电路的数码管显示预定时间30秒;
如一直无人抢答,定时电路的数码管倒计时30秒后自动恢复到预定时间30秒。
电路工作时,定时电路倒计时30开始,一旦有选手抢答时,由8输入与非门74ls30可知输出为1,再通过非门74ls04转为0,加到预置端,所以这时定时电路的数码管显示预定时间30秒,主持人通过控制开关清零抢答电路,进行下一轮的抢答。
下图4为总体电路图仿真电路
二、课程设计过程中的遇到的问题
问题一、我们遇到的首个问题是用Multisim仿真软件仿真选择设计的电路时,仿真的数码管没有数码显示。
解决步骤:
我们小组三个人分别进行模拟,发现了同样的问题,我们最终选择另一种电路现实我们的功能,我们通过学习理解电路中各种芯片的功能,根据芯片的真值表我们分成了三个模块:
三、秒脉冲产生电路模块,这样我们模拟出各个模块的功能,再按我们的功能要求,通过设计控制电路部分,实现了我们预定的功能。
问题二、在用面包板搭电路的时候我们第一次连接完后,接通电源没有出现预期的结果,数码管显示紊乱。
我们分析八路数显的抢答电路比较复杂,直接连接出结果的可能性较小,我们吸收了仿真时的经验,分模块搭,最后整合在一起。
接下来,我们将电路分为三个模块:
三、秒脉冲产生电路模块,分别搭,首先要保证各芯片的正确的逻辑功能,我们先在模拟数字试验箱上,搭接电路验证各芯片的逻辑功能。
连线的过程中我们用万用表的蜂鸣档检测各芯片管脚与面包板连接情况,最终在确保芯片功能和连线正确的保证下,连接的实际电路结果与仿真结果吻合,达到了我们的设计要求。
三、学习心得
通过本次的数字电路课程设计,我第一个收获就是初步掌握了Multisim仿真软件的应用,该软件为我们工程类学生提供了很好的实际验证的平台,将我们平时理论学习到的知识应用到实践当中去。
亲身体会学习了模块化的设计理念,由于电路的复杂性,我们很难一次性将电路功能实现出来,整体一次性连接电路的弊端还体现在无法确定错误出现在那个部分,模块化之后,确保每个模块功能完善的前提下整合出所需要的整体电路,各个模块的功能相对的简单,这样一个过程就将复杂的问题转化为一个一个问题,逐步得到解决。
提高了阅读芯片资料和电路的能力,一个芯片的功能通过真值表体现出来,我们通过阅读真值表可以设计出验证出该芯片的逻辑功能是否正确,同时理解该芯片在整个电路中所起的作用。
整个过程中,我的动手能力得到了很大的提高,本次的课程设计电路复杂,功能多,我们在确定仿真正确的前提下,运用平时我们数字电路实验锻炼的实验能力,将整个电路分模块搭接出来,逐步完善功能。
在应用面包板的工程中,我明白了合理的布局对整个电路连接的重要性,然后是运用万用表的蜂鸣档确定各个导线之间的连接。
只有做好每一小步才能取得整体电路的成功。
最后感谢学院给我们提供这次课程设计的条件,感谢老师在我们课程设计工程中给予我们的帮助和指导。
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