八位抢答器 数电课设报告.docx
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八位抢答器数电课设报告
课程设计任务书
学生姓名:
曾志杰专业班级:
电信1104
指导教师:
曾刚工作单位:
信息工程学院
题目:
多路智力竞赛抢答器
初始条件:
具备电子电路的基础知识和设计能力;具备查阅资料的基本方法;熟悉常用的电子器件;熟悉电子设计常用软件的使用;
要求完成的主要任务:
(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)
1、设计8路智力抢答器电路;
2、数码管显示定时及抢答时间;
3、主持人控制抢答开始;
4、掌握数字电路的设计及调试方法;
5、撰写符合学校要求的课程设计说明书。
时间安排:
时间一周,其中2天原理设计,3天电路调试
指导教师签名:
年月日
系主任(或责任教师)签名:
年月日
目录
摘要1
1设计要求2
2设计过程2
2.1设计思路2
2.2抢答模块3
2.3计时模块4
2.4总体电路6
3电路仿真8
4设计结果及调试9
5心得体会10
附录11
参考文献1
本科生课程成绩测定表1
摘要
作为一种常用数字电路,抢答器已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。
本设计以八路智力竞赛抢答器为基本概念,从实际应用出发,用数字、模拟电子器件设计具有扩充功能的抢答器。
该抢答器的设计利用PROTUES完成了原理图设计和电路仿真,具有数字显示、倒计时显示、编码译码功能,应用效果良好。
本次设计将完成一种八位抢答器的电路。
关键词:
数字电子技术;抢答器;仿真
1设计要求
设计一个8路智力抢答器,数码管显示抢答选手的编号及抢答时间(本设计控制抢答时间为30s),主持人控制抢答开始,即30s倒计时开始,当有选手抢答时,倒计时停止。
2设计过程
2.1设计思路
电路主要分为两大部分:
抢答电路和倒计时控制电路。
抢答电路主要需要解决的问题是如何锁定抢答选手的编号,即第一位选手按下抢答开关后,其他选手抢答无效,数码管锁定第一位选手的编号。
本次设计采用D触发器来实现锁存功能,用译码器和数码管完成显示电路。
计时电路需要设计30s减法电路,本次设计用两个4为二进制计数器74ls192来完成。
电路工作流程:
在主持人没有按下开始抢答按钮前,参赛者的抢答开关无效;当主持人按下开始抢答按钮后,开始进行30秒倒计时,此时,若有组别抢答,显示该组别编号,计时停止。
答题完毕后,主持人控制清零开关以便下一次抢答。
电路设计流程图如下:
图2.1电路设计流程图
2.2抢答模块
此部分电路主要完成的功能是实现8路选手抢答并进行锁存,同时通过译码器和显示电路显示抢答选手的编号。
本次设计采用两个四D触发器(即芯片74ls175)来对选手的抢答进行锁存,用译码器74ls148来编译抢答选手编号,通过74ls175连通显示电路。
该模块的主体部分是用74ls175来实现锁存。
已知74ls175的引脚图和功能表(见附录)
下面说明如何利用74ls175和相关门电路来设计8位抢答起的锁存电路:
图2-2锁存电路
图中8位选手的抢答信号分别从74ls175的8个输入端输入,当无人抢答时,0~7号输入端为高电平,A0~A2以及GS端也为高电平,相应的触发器74ls175的四个输入端D0~D3也为高电平,输出端Q0~Q3也为高电平,图中的U3:
A及U3:
B为四输入与非门,U3:
B的输出Y8=Q0*Q1*Q2*Q3*CP,CP为频率1HZ的脉冲信号,初始状态时触发器74ls175的“CLK”端为脉冲信号。
当有人抢答时,输入端有一个端口变为底电位,此时A0~A2中也有一个变为底电位,对应的D0~D3,Q0~Q3也有一个为底电位,则Y8输出为0,此时触发器无脉冲信号,触发器保持上一状态,其他选手再抢答时触发器不再工作。
这样就实现了锁存功能。
译码显示电路主要的问题是将译码器输入端0~7通过合适的变换使得在数码管上依次显示1~8。
这一变换需要用到译码器74ls148的拓展输出端“Gs”或“EO”。
具体连接方式见下图。
图2-3译码显示电路
A、B、C、D端依次为二进制的低位到高位,通过数码管显示具体十进制数。
2.3计时模块
该模块完成30S倒计时功能,本次设计采用十进制可逆计数器74ls192来完成。
设计主要需要解决的问题时如何用两块74ls192构成一个30进制的减法器。
74ls192的功能表和管脚图(见附录)
30S倒计时需要用到74ls192的置数端和减法功能,两片芯片分别显示十位和个位的数,即个位显示0~9,十位显示0~3。
个位的借位信号接到十位的减计数端,十位的借位信号输入到十位的置数端,十位置数0011,即“3”。
具体连接图如下图:
图2-430进制减法电路
Q0~Q3接译码器,当给芯片通电后,置数端使得电路开始从30S倒计时,通过后面的译码显示电路显示出来,当有选手按下抢答器时,通过一定的逻辑电路使得减法电路的激励脉冲停止,即倒计时停止。
当裁判按下清零端的开关时,时间又从30S开始倒计时。
2.4总体电路
图2-5电路总图
图中主要的两个模块:
抢答部分和定时部分在前面已经单独介绍过了。
下面介绍一些其他的电路构成原理。
选手抢答信号通过最左端的8个开关和电阻构成的电路来传送,编码器74ls148的8个输入端起始时都是高电位,当有人按下抢答开关时,电位变为低电位,由此引起电路之后的一系列变化。
当有选手按下抢答开关时,计时电路时需要停止计时的。
这一功能通过控制计时电路的激励脉冲信号来实现。
与非门U2:
B的输出端8端接到计时电路的脉冲输入端“DN”,当选手按下开关后,8端总是输出一个低电位,计时电路停止工作,从而实现了有人抢答时,倒计时停止的功能。
电路的裁判开关控制着计时电路的通断,只有当裁判按下控制开关后,计时才开始,然后选手开始抢答,计时停止。
裁判再次按下开关后,计时电路清零。
电路工作流程:
接通电路后,三个数码管都是清零状态。
裁判按下抢答开关后,计时开始,此时假如2号选手最先按下抢答键,编码器74ls148的二号输入端由高电位变为底电位,输出端GS,A2,A1,A0电位依次为“0101”,相应的D3~D0依次为“0101”,译码器74ls48输入端D~A依次为“0010”,编译后在数码管上显示“2”。
此时,由于四输入与非门的输出端Y6=Q0*Q1*Q2*Q3,则输出Y6为“0”,也即是Y8为“0”,此时触发器无脉冲信号输入触发器保持上一状态,其他选手再按开关对数码管的显示无影响。
另外,Y8也和计时电路的脉冲端连在一起,也就是此时计时电路也无脉冲输入,计时停止。
抢答结束后,裁判按起控制开关,计时电路清零,按一下触发器清零端,触发器清零。
一次抢答流程结束。
3电路仿真
为使本次课设能高效、准确完成,在设计好基本电路后,可以先进行仿真。
仿真软件采用PROTEUS。
在PROTEUS上连接好电路图,保证电路尽量简洁,以利于后续的焊接电路图。
接好电路图后,运行仿真,观察是否出现预期结果。
经测试,电路仿真基本满足预期要求。
图为“2”号选手抢答成功的仿真图。
图3-1电路仿真图
4设计结果及调试
根据仿真电路焊接好电路板,接通电源即脉冲信号后,电路出现的问题及相应的解决方法。
出现的问题:
(1)计时电路的数码管总是显示“88”。
(2)接通电路后,抢答部分的数码管一直显示“7”,并且裁判按下
开关后,选手抢答无效。
(3)抢答完毕后,触发器清零后,计时电路继续倒计时。
解决方法:
(1)检查数码管的接地端以及译码器74ls148的接地端,发现有几个端口未接上
地端。
(2)在触发器的脉冲信号输入端再接一个开关到脉冲信号,接通电路后,接通一
次该开关,触发器会清零,并且之后能正常工作。
(3)抢答完毕后,先关闭裁判开关,再清零触发器。
5心得体会
本次数电课程设计的电路是虽说不是很复杂的,但在初期还是感到无从下手。
在整个电路的设计过程中,花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上,在多种方案的选择中,我仔细比较分析其原理以及可行的原因,最后还是在通多次对电路的改进,上机仿真以及接线调试,终于使整个电路可稳定工作。
设计单元电路阶段,这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。
所有的设计方法还有步骤在数电书上都有,而且还有例题。
这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少,所以做设计的时候要常随手翻阅课本,等于是做了几道数电作业题。
这个阶段的难度也不是很大,一般翻课本就可以找到答案并解决问题。
实验阶段可以说是这次设计中最重要的部分,因为以前的只是理论而不是真正的实体。
所以说它是最重要的。
实验阶段我们遇到的问题有:
对软件不熟悉;对实验过程中信号的测量知识学习很少。
但是软件不熟悉,我就就借来参考书,一步一步的对着学,,所以随着接触的增加软件也就越来越熟悉,这方面的问题不是太难因为一边理论一边学习正好是学习的好方法,而且也学的特别快。
制作过程是一个考验人耐心的过程,不能有丝毫的急躁,电路的焊接要一步一步来,焊点多,走线复杂。
这又要我们要灵活处理,一边操作一边构思,在不影响试验的前提下加快进度。
另外就是要熟练地掌握课本上的知识,这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。
这是应用课本知识的大好时机。
总之,通过这次练习我有了很多收获。
在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增强了动手能力。
在改进电路的过程中,同学们共同探讨,最后的电路已经比初期设计有了很大提高。
在让我体会到了设计电路的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐。
附录
1、74ls175的引脚图及功能表
2、74LS192是同步十进制可逆计数器,其引脚排列及逻辑符号如下所示:
图中:
为置数端,
为加计数端,
为减计数端,
为非同步进位输出端,
为非同步借位输出端,P0、P1、P2、P3为计数器输入端,
为清除端,Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
输入
输出
MR
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
A
d
C
b
a
0
1
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
×
×
×
×
减计数
3、74ls148管脚图和功能表
输入
输出
EI
I0
I1
I2
I3
I4
I5
I6
I7
A2
A1
A0
GS
EO
1
x
x
x
X
x
X
x
x
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
x
x
x
X
x
X
x
0
0
0
0
0
1
0
x
x
x
X
x
X
0
1
0
0
1
1
0
0
x
x
x
X
x
0
1
1
0
1
0
1
0
0
x
x
x
X
0
1
1
1
0
1
1
1
0
0
x
x
x
0
1
1
1
1
1
0
0
1
0
0
x
x
0
1
1
1
1
1
1
0
1
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0
0
x
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
4、74ls48管脚图及功能表
5、实物图
参考文献
[1]《数字电子技术基础》范文兵清华大学出版社2007
[2]《数字电路逻辑设计(第三版)》王毓银高等教育出版社2005
[3]《数字电路实验基础》崔葛瑾同济大学出版社2005
[4]《数字电路实验与课程设计》吕思忠、施齐云哈尔滨工程大学出版社2001
[5]《电子线路设计实验测试(第三版)》谢自美华中科技大学出版社2006
本科生课程成绩测定表
姓名
性别
专业、班级
题目:
答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
指导教师签字:
年月日
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