八路竞赛抢答器设计书

1 八路竞赛抢答器设计书 1 设计的意义及要求 设计的意义 在很多电视竞赛和娱乐节目中，我们可以看到 抢答器作为一种工具 ,已经广泛应用于各种智力和知识 竞赛 场合 .。 计任务与要求 八路抢答器用于 8 人抢答 ，并且给出相应的编号为 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7、 8，为每名选手设置一个按键。 在这里主要用的是 关， 设置一个给 主持人清零的开关，以便能开始新的一轮的抢答。 用 七段 数码 显示 管显示获得优先抢答的选手的编号， 抢答器具有数据锁存功能，并将所锁存的数据用数码管显示出来， 后动作的选手的编号无法显示， 一直保持到工作人员清零结束为止。 2 设计的方案 计思路 根据 设计的任务及要求， 我 主要 将 系统设计 分为 3 大功能模块：主电路、数据采集电路、控制电路。 主电路主要是由 译码、显示电路；数据采集电路（获得优先抢答选手的编号）分为 8 路抢答开关、八 D 数据锁存器 （对抢答的编号进行锁存） 、优先编码器、加 1 电路；控制电路分为锁存控制、倒记时控制、以下是我设计的总体框图：如 图 下 所示 2 案设计 方案一 电路图如下 选手抢答 锁存器（ 8D 锁存） 优 先 编 码模块 门电路（控制部分） 译码器 七 段 数 码显示管 3 件选择 整个电路的电子器件有：， 74747474474段数码管 以及若干 开关 和电阻。我详细介绍一下我所设计的这两个电路中所用到的重要器件（ 74 74 744373 八 D 锁存器为三态输出的 8 D 透明锁存器 , 373 的输出端 直接与总线相连。当三态允许控制端 低电平时， 正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 高电平时， 高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 高12U 1 : 434U 1 : 456U 1 : 4 L S 4 81112123134152637485910 17 4 L S 1 4 798U 1 2 : 4 37 4 L S 3 7 312345611128 0= 1123U 4 : L S 8 6 k 4 电平时， O 随数据 D 而变。当 低电平时， O 被锁存在已建立的数据电平。当 施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400 373 引出端符号： 74部管腿图、真值表、逻辑图，如下图 3 所示： 图一 外部管脚图 图二 逻辑图 5 表一 真值表 图 3 74部管腿图、真值表、逻辑图 真值表中： L低电平； H高电平； X不定态； 建立稳态前Q 的电平； G输入端，与 8031高电平：畅通无阻低电平：关门锁存。图中 使能端，接地。当 G=“1”时， 74出端 1Q8Q 与输入端1D8D 相同；当 G 为下降沿时，将输入数据锁存。 744线七段译码器 /驱动器（ 有上拉电阻） 简要说明 输出端（ 高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极 当要求输出 0 15 时，消隐输入（ ）应为高电平或开路，对于输出为 0 时还要求脉冲消隐输入（ ）为高电平或者开路。 当 为低电平时，不管其它输入端状态如何， 当 为低电平，并且灯测试输入端（ 高电平时， 冲消隐输出（ 变为低电平。 当 为高电平或开路时， a 48 与 248 的引出端排列、功能和电特性均相同，差别仅在显示 6 和 9,248 所显示的 6 和 9 比 48 多出上杠和下杠。 引出端符号 码地址输入端 6 / 消隐输入（低电平有效） /脉冲消隐输出（低电平有效） 灯测试输入端（低电平有效） 脉冲消隐输入端（低电平有效） 双列直插封装 7 功能表 案具体思路 基于八路抢答器所要满足的任务要求：八路抢答，编码电路，译码显示电路，显示器显示先抢答者得编号且后动作者无效，以及裁判的清零作用。从各个要求来说明我的设计思路。 在这里准备 8 个按钮，开关选择触点开关，按下去自动复位，避免每次裁判清零的时候选手还要将开关归位 2 编码电路 显示器显示 1选手，所以在这里我选择的是 7447 是十进制优先编码器，一共 1输入信号，在这里我取 1作为输入端，输入输出都是低电平有效 3 译码显示电路 8 由于是 8 线 3 线译码器，所以我选择的是 74输入输出都是高电平有效，所以编码器与译码器之间通过非门连接，才能实现正确的编码译码 显示器通过七段数码显示即可 在这里我想到使用锁存器，我选择 74 D 锁存器，其输出端直接与总线 相连，使用比较方便， 当三态允许控制端 低电平时， 7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 高电平时， 7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响，所以让 动负载总线。 另外当锁存允许端 高电平时， O 随数据 D 而变。当 低电平时， O 被锁存在已建立的数据电平。所以通过控制足显示器只显示先抢答者的编号，后动作者无效。 一旦有人抢答时，锁存器锁存控制端 判按下清零键，通过异或门连接到 此时 8以 8输入与非门输出的为低电平，而在触点开关复位之后，异或门两输入端分别为高低电平，所以输出为高电平，所以 以实现下一轮的抢答。 方案二 电路图如下 9 F I L E N A M E:B Y :D A T E: E:x y z . D S 1 1 / 7 / 2C: Us e r s h r De s k t o p x y z H :1 R T I M E: 1 4 : 0 3 : 4 3D N T I T L E:C : U s e D e s k t x y z . D S C D E F G H J C D E F G H J D _ 4D _ 41112123134152637485910 1 4 7 /45 4 8U 1 0U 1 1 V C D _ 3 7 5 7 5 25 5 50 4 7 02 4 6 8冲冲输出 10 案比较 我的方案中是用锁存器 74为锁存电路，另一组方案中是用 2 片四 的方案中是通过锁存器 373 的使能端 控制清零，而小组方案中是控制四 D 触发器的清零端来实现清零；我的编码电路 和另一种方案均是 采用 147 芯片，是 10 位编码器，；译码显示电路都一样，用 7448 译码然后通过 七段 数码管显示。 相比于方案 二 ，我的方案用到的门电路以及芯片较 少， 做成实物的难度 稍小点 ，调试过程中出现的问题也 会少些 。 能模块 说明 根据设计任务与要求，我初步将系统分为 3 大功能模块：主电路、数据采集电路 和 控制电路 示电路两部分组成。 译码器我选择的是 74段译码，显示部分采用七段数码管，如下图所示 L S 4 电路 两部分组成。 锁存电路： 八 D 数据 锁存器 采用八 D 数据锁存器 74答前应使锁存允许 ，此时允许选手抢答，当有选手抢答有效时，要利用控制电路中的 ，使数据被锁存，其它选 手就抢答无效了。 11 抢答后 门电路的主要由 8 输入的与非门和异或门组成，开始抢答前，八个高电平输入到与非门，出来的是低电平，与裁判控制处的高电平异或，输出高电平，所以锁存器在抢答前是连接高电平的，一旦有人抢答， 8 输入与非门输出高电平，通过与高电平的异或，输出低电平，锁存器实现所存功能 ，所以后抢答的人无效。当裁判按下触点开关，锁存被打开， 低电平变为高电平，实现清零功能 37 4 L S 3 7 3= 1123U 4 : L S 8 6 17 4 L S 1 4 7 37 4 L S 3 7 3= 1123U 4 : L S 8 6 据采集电路 （ 1）八路抢答开关 为 8 位选手提供 8 个抢答的按钮，这样可以在松开按钮后及时复位，为下次做准备。这部分我利用的是试验仪上的 8 个 触点 开关 。 12 2） 采用优先编码器 74码输入为 一共 9个编码输入信号，无零输入端，我在这里选用 1制数码管显示 0入输出端均为低电平有效。 1112123134152637485910 17 4 L S 1 4 7 37 4 L S 3 7 34 电路的装配与检测调试 路的装配 13 1由图中所示的 八路 抢答器的总体 方框图 ，按 照各个模块 的流向分单元装配，逐级级联。 2我接好电路后，开始检验我的结果 。 3 检测完电路后，开始验证，首先 8 位选手进行抢答，一旦有人抢答后再有人抢答，显示管不显示后动作者（与设计要求相符） 4 另外，按下裁判的清零键，显示数据清零，下一轮抢答可以开始。（与设计要求相符） 试方法 电子电路调试方法有两种：分块调试和整体调试 （ 1）分块调试法 分块调试是把总体电路按功能分成几个模块，对每个模块分别 进行调试。模块调试的顺序最好按信号的流向，一块一块进行，逐步扩大调试范围，最后完成总调。实施分块调试有两种方法一种边安装边调试；另一种是总体电路一次组装完毕后再分块调试。分块调试的优点：问题出现范围小，可及时发现，易于解决。 （ 2）整体调试 此种方法是把整个电路组装完毕后，不进行分块调试，实行一次性总调。 4 3 调试步骤 （ 1）检查电路 对照电路图认真检查电路，首先查看电源是否接错或与地短接，然后检查各芯片是否安装牢固，最后对照电路图认真查看各芯片的管脚是否接错、漏接或出现多接线的现象。 （ 2）接通电源观 察 在检查电路无误后，接通电源，如果出现异常现象立即关闭电源，观察各个单元电路是否能够正常工作，找出出错的单元电路，如果有错，则用万用表对各个电路逐个检查，直至查出错误，并加以改正。 （ 3）对各个功能电路的检测 14 闭合工作开关，观察显示结果是否正确，如果存在问题继续调试。调试结束后观察调试后的结果是否符合设计要求。 试结果 接通电源后，第一次的调试的结果是，置数不是 24 并且不能计数。我们根据可以正常工作的部分来进行分析，一步一步的检查，分析哪部分的设计是没有问题的，然后根据出问题的部分再进行分析，然 后继续调试，最终得到了正确的电路。 最后调试到各部分电路。 4 5 调试中故障及解决办法 由于电路中的芯片、插线、面包板的质量、接触等都存在一定的问题，故调试中出现问题是不可避免的。在调试的过程中，发现数码管不能置数，不能完整显示抢答者编号，逐个单元电路检查线路后发现弄反了高低输入端，改正后发现能实现电路所要求的所有功能。 经过检测电路出现了一点故障，但是经过耐心检查，电路能实现所要求所有功能，实验比较成功。 5 仿真操作步骤及使用说明 1 运行仿真软件 2 进入操作界面，新建工程界面 如下 15 、 3 根据对象类型选择图标，选择所需要的元件 16 4 加载元件库选择器件 5 完成电路图 17 结束语 心得体会 在设计之前，参考了许多相关的资料。在设计中又参考了以前讲过的抢答器的原理图， 所以我初步 有了基本的思路。 但着手设计时，又出现了许多未预料到的问题， 首先就是元器件的选择， 在选择编码器时，是采用普通编码器还是优先编码器。普通编码器中，任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生混乱。所以选择了优先编码器。但是 74脚的类型，选择哪个作编码器。 考虑到显示显示 1， 经过查找，选择了 74为想用数字的形式显示抢答者的编号，所以选择了数码显示管，但数码显示管不能直接 连接 ，数码显示管需要由 成电路驱动，所以在 是 成电路上又进行了比较和选择。最后选 18 择了数显译码器，用它将输出的二进制代码译成相对应的高、低信号，用其作为数码显示管的驱动信号，数码显示管显示出相对应的选手编号 在一些设计原理上也遇到了许多新问题。发现当电源接通后， 数码显示管不能显示编号 ， 有几段不能显示， 经同学以及老师的 指证，发现导通的原因，并及时的改正。 通过这次八路抢答器的设计，我发现了以往学习中的许多不足，也让我掌握了以往许多 在数电 掌握的不太牢的知识，感觉学到了很多东西。 二 周的课程设计，让我知道 ， 要设计出一个完整的电路 必须要有耐性和坚持下去的毅力。在整个电路的安装调试的过程中，花费时间最多的是各个元件电路的连接，电路的细节设计以及连完线路后的检查工作上，其中在连接电路是出现问题比较多， 在各 元件的连接的调试的时候出现了问题在老师的指导和讲解下我门有了更深刻的认识，同时对元件的原理的功能了解的更多更深刻。 在这次过程 中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当的烦琐， 需要 花很长时间检查电路故障，分析原因， 看到乱糟糟的线，我都快有了放弃的思想，但是最终我坚持下来了，通过不断的调试，连接，最终排除故障，完成实物连接。 总之，这次实验过程中我受益匪浅， 我和我的小组成员 实现了课题所要求的结果。 不仅 培养了我的设计思维，增加了动手操作的能力。 更能体会到完成任务后的喜悦。 附录一 参考文献 1. 包亚萍主编 中国水利出版社， 2003 2. 周惠朝 电 子工业出版社， 2005 3. 伍时和主编 清华大学出版社， . 何绪芃，曾发柞 子科技大学出版社， . 邓勇 北京： 国防工业出版社。 19 电路原理图 12U 1 : 434U 1 : 456U 1 : 4