课程设计（论文）-八路竞赛抢答器设计仿真.doc

学 号： 2008961536湘潭大学课 程 设 计题 目数字式竞赛抢答器学 院兴湘学院专 业电子信息工程班 级08电子信息工程 姓 名指导教师摘 要 74系列常用集成电路设计的八路数显抢答器的电路主要由五部分组成：数字抢答电路、译码显示电路、可预置时间的定时电路、报警电路以及秒脉冲产生电路。其中数字抢答电路包括了编码电路和锁存电路，实现了对信号编码和锁存的功能，防止二次抢答的问题；译码显示电路能将抢答到的选手编号直观地显示出来；在定时电路中，主持人可通过时间预设开关预设供抢答的时间，且系统将完成自动倒计时；报警电路则起到声报警功能，当在规定的时间内无人抢答时，系统中的蜂鸣器将发出警报声，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能；秒脉冲产生电路用于为定时电路提供一个频率为1hz的标准时钟信号。该抢答器不仅具有智能化的特点，同时采用数字式显示显得很直观，使得运用范围较广且很方便。关键词：抢答器 编码 锁存- 13 - 1原理电路的设计1.1基于74系列集成电路的抢答器设计1.1.1设计原理总体方框图如图2所示：图2 抢答器原理框图电路分为主体电路和拓展电路。主体电路完成基本强大功能，即开始抢答当选手按抢答按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路。拓展电路完成定时抢答功能。1.12优缺点该电路设计较为复杂，但原理简单，思路明确，而且价格便宜。其中所用的元件正好是我们在本学期学过的，可以让我们进一步熟悉其功能。经过综合分析，我决定使用第三种方案作为我的设计方案。1.2单元电路设计1.2.1抢答电路设计如图3所示为抢答电路图。电路选用优先编码器 74ls148 和锁存器 74ls297 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）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关s置于清除端时，rs触发器的 r、s端均为0，4个触发器输出置0，使74ls148的优先编码工作标志端0，使之处于工作状态。当开关s置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下s5），74ls148的输出经rs锁存后，ctr=1,rbo =1,七段显示电路74ls48处于工作状态，4q3q2q=101,经译码显示为“5”。此外，ctr1，使74ls148 优先编码工作标志端，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74ls148的 此时由于仍为ctr1，使优先编码工作标志端1，所以74ls148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将s开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。图3 抢答电路图1.2.2定时电路设计如图4为定时电路。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、74ls48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3-1所示。两块74ls192实现减法计数，通过译码电路74ls48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dpy_7-seg 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时， 输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。图4 定时电路图1.2.3报警电路设计报警电路图如图5所示，其中555定时器构成多谐振荡器。其输出信号经三极管驱动扬声器。pr为控制信号，当pr为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。图5 报警电路图1.2.4时序控制电路设计时序控制电路如图6所示。若当倒计时结束时依然无人抢答，则bo2输出低电平，封锁两个与非门，使脉冲信号不能输入，计时停止；抢答器输入使能端被封锁，无法再抢答。若有一队抢答，则ctr输出高电平，经过非门变为低电平，封锁两个与非门，使脉冲信号不能输入，计时停止；抢答器输入使能端被封锁，无法再抢答。图6 时序控制电路1.3整体电路设计及工作原理整体电路如图7所示图7 整体电路图整体电路分为抢答电路，定时电路，报警电路，脉冲发生电路。抢答电路完成基本的抢答功能，采用74ls148进行编码，74ls279进行锁存。定时电路采用74ls192，接成减数计数。报警电路用555芯片接成多谐振荡器，它的控制信号为定时电路高位片的借位信号。脉冲发生电路也用555芯片接成多谐振荡器，频率为1hz。1.4主要参数计算脉冲发生电路： （公式1） 取：k k 得：10报警电路: 取：k k得：102电路的仿真2.1 抢答电路的仿真抢答电路的仿真如图8所示：图8 抢答电路仿真图此电路在仿真过程中需要注意在七段数码管和7448之间加上拉电阻，否则七段数码管无法显示。其他功能满足要求。开关接地时灭灯，开关打开时开始抢答。当有一队抢答后，其他队伍抢答无效，满足设计要求。2.2 定时电路的仿真定时电路仿真图如图9所示：图9 定时电路仿真图开关闭合时置数30，开关打开时开始倒数计时，到00后停止，满足设计要求。电路中加入了一个非门，是为了让抢答后，计数立即停止，不会因为脉冲多计一个数。2.3 脉冲发生电路的仿真脉冲发生电路仿真图如图10所示：图10 脉冲发生电路仿真图为了便于仿真，我将电阻的参数改小，以便让仿真软件能够仿真出波形，波形图如图11所示：图11 仿真波形2.4 报警电路的仿真报警电路的仿真如图12所示：图12 报警电路仿真图图中4号端可以控制报警电路的开关，条形管显示报警声的大小。3性能测试数据3.1 抢答电路主持人开关接地时灭灯，开关打开时可以抢答。第一个队伍抢答后，其余队伍抢答无效。3.2 定时电路开关闭合时置数30，开关打开时开始倒数计时，到00后停止。3.3 脉冲发生电路能产生频率为1hz的方波。3.4 报警电路当计时停止时，能产生频率为4khz的报警声，并能被主持人的开关控制。3.5 综合分析电路基本上能满足要求，此次设计成功。但此电路只是在仿真上成功，在实际制作时可能还会遇到其他问题，需要进一步解决。4主要芯片参数4.1 74ls192引脚排列及功能表 crldcpucpd功能1xxx清零01xx置数0111加计数器0111减计数器 图4-3 74ls192引脚排列 图13 表14.2 74ls279引脚排列 图144.3 74ls48引脚排列及功能表 图15 表4-2 74ls148功能表表24.4 74ls148引脚排列及功能表 图17表34.5 555定时器引脚排列 图185实物焊接1、焊接技术要领：（一）、焊接操作的正确方法：焊剂加热挥发产生的化学物质对人体有害，操作时，鼻子不要离烙铁太近，一般鼻子应保持不小于30cm；在不使用电烙铁时，应把其放在右前方的烙铁架上，避免导线等被烫坏。在使用电烙铁时应注意手的握法，不能用手直接触摸烙铁头，避免手被烫伤。（二）、焊接操作三要素为：清洁处理、加热、给锡。（三）操作后续要领：元器件取下：当元器件焊接不当时，可用电烙铁加热要取下元器件的引脚焊锡，使焊锡熔化，同时用镊子夹持取下元器件。元器件取下：当元器件焊接不当时，可用电烙铁加热要取下元器件的引脚焊锡，使焊锡熔化，同时用镊子夹持取下元器件。焊盘孔去锡：元器件取下后，焊锡还留在焊盘孔上，无法再焊接，需要焊盘孔去锡，去锡可用专用吸锡或吹锡工具去锡，也可用通针去锡，方法是用电烙铁加热使焊锡熔化，同时用通针疏通焊盘孔即可。剪引脚：元器件焊接好后，元器件引脚不高出电路板面1mm，应将多余部分的引脚用斜口钳或其它剪切工具剪去。2、点的质量检测：（一）元器件焊接焊点举例：1.正确焊点，焊点就象光滑小山丘；2.不正确焊点，焊锡多，中间空，虚焊；3.烙铁不正确焊点，元件线未出头4.不正确焊点，半焊，振动易脱焊；5.不正确焊点，撤离时带出一个小尖峰；6.正确焊点， 桃形焊点，烙铁从元件引脚方向离；7.不正确焊点，象油滴焊点，与焊盘未焊接。（二）质量检测：焊接过程中容易出现虚焊、假焊等现象导致接触不良，所以必须进行焊点的质量检查。检查的方法主要有外观检查和通电检查。检查时必须先进行外观检查再进行通电检查。如果不经过严格的外观检查，通电时不仅麻烦，而其有损坏设备、仪器，造成安全事故的危险。在焊接过程中可以一部分焊好后用万用表检查所焊的点是否接通，再继续焊，避免焊完以后一次性检查因焊点过多而出错。3、焊接工具：电烙铁是手工施焊的主要工具，选择合适的电烙铁并正确使用是保证焊接质量的基础，电烙铁按加热方式可分为外热式和内热式两大类。其他辅助工具1、尖咀钳：头部较细，适用于夹小型金属器件。2、斜口钳：主要用于剪切导线。3、剥线钳：专用于剥有绝缘层的导线。4、镊子：用途是夹持导线和元器件，在焊接时夹持器件兼有散热作用。5、起子：又称螺丝刀。有“一”字和“十”字两种，专用于拧螺钉。6、通针：又称透针。主要用于除去焊盘圆孔中的焊锡。7、吸锡器：吸除焊锡，便于元器件取下。6心得体会本次的课程设计，是对所学的数电知识的一次综合应用，既考验了我的知识掌握程度，也锻炼了我的动手动脑能力。设计中，我时常会遇到一些问题，经过查阅资料,请教一些学长，都一一解决，在此过程中我学会了许多新知识，对数电课程的学习也更有兴趣。虽然此次课程设计花费了一番功夫，但却使我收获了许多。无论是对设计方法的掌握，还是对仿真软件的学习，都有了一定得提高，同时，此次课程设计也让我发现了自身存在的一些知识漏洞和动本次的课程设计，是对所学的数电知识的一次综合应用，既考验了我的知识掌握程度，也锻炼了我的动手动脑能力。设计中，我时常会遇到一些问题，经过查阅资料,请教一些学长，都一一解决，在此过程中我学会了许多新知识，对数电课程的学习也更有兴趣。虽然此次课程设计花费了一番功夫，但却使我收获了许多。无论是对设计方法的掌握，还是对仿真软件的学习，都有了一定得提高，同时，此次课程设计也让我发现了自身存在的一些知识漏洞和动手能力的缺乏。今后，我将更加努力学习数电课程，进一步提高自己手能力的缺乏。今后，我将更加努力学习数电课程，进一步提高自己收获：通过这次设计，我的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。掌握了信号发生器的设计方法和测试技术；了解了单片函数发生器的工作原理和应用；学会了安装和调试分立元件与集成电路组成的多级电子电路系统；熟悉了焊接技术的要点和认识运用个元件；对知识点有了更为深刻和直观的理解。不足：觉得自己还是有很多