潍坊学院四路抢答器实习报告.doc

电子技术课程设计说明书 1 电电子子技技术术课课程程设设计计说说明明书书 题题 目目： 四路抢答器 系系 部：部： 信息与控制工程学院 专专 业：业： 测控技术与仪器 班班 级级： 2012 级二班 学生姓名学生姓名: : 窦颜颜 学学 号号: 12031240018 指导教师指导教师: 李增喜 2014 年 5 月 28 日 电子技术课程设计说明书 2 目 录 1 设计任务与要求3 1.1 参赛选手要求3 1.2 存储要求3 1.3 锁存要求3 2 设计方案4 2.1 设计思路4 2.2 设计原理4 2.2.1 设计原理及原理图.4 2.2.2 结构框图.5 2.3 设计使用的芯片及各芯片的作用.6 2.3.1 74LS48 芯片6 2.3.2 74LS148 芯片7 2.3.3 74LS279 芯片9 2.3.4 显示器：.10 2.4 实现功能11 3 硬件设计12 3.1 本课程设计，需要用集成电路12 3.2 各功能电路接线图.12 3.3 主要参数的计算与分析12 3.3.1 74LS148 芯片的功能表12 3.3.2 74LS48 芯片的功能表13 3.3.3 74LS279 芯片的功能表14 4 调试过程15 4.1 安装的实物15 4.2 焊接要求17 4.3 调试过程18 5 结束语19 6 参考文献20 电子技术课程设计说明书 3 1 设计任务与要求设计任务与要求 1.1 参赛选手要求参赛选手要求 可同时供四名选手参赛，其编号分别是 0-3，各用一个抢答按钮，按钮的编号和 选手的编号相对应，给节目主持人设置一控制开关，用于控制系统的清零（编号显 示数码管灭灯）抢答的开始。 1.2 存储要求存储要求 抢答器具有数据锁存和显示的功能，抢答开始后，若有选手按抢答按钮，其编 号立即所存，并在数码管上显示该选手的编号。 1.3 锁存要求锁存要求 封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人主 持人将系统清零为止。 电子技术课程设计说明书 4 2 设计方案设计方案 2.1 设计思路设计思路 在给定 5V 直流电源电压的条件下设计一个可以容纳四组参赛者的抢答器，抢答 器可容纳四组选手，并为每组选手设置一个按钮供抢答者使用。 为主持人设置一个系统清零和抢答控制开关 K，当开关 K 被按下时，抢答开始 （允许抢答） ，打开后抢答电路清零。 抢答器具有一个抢答信号的鉴别、锁存及显示功能。即有抢答信号输入（参赛者 的开关中任意一个开关被按下）时，锁存相应的编号，并在 LED 数码管上显示出来。 此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，优先抢答选手的编号一直保持不变，直 到主持人将系统清除为止。 开关 K 按下后，抢答开始，开始 10S 倒计时。 参赛选手在设定的时间内抢答，则抢答有效，定时器停止工作，根据抢答结果 由数码管显示选手的组别，并一直保持到主持人将系统清零为止。 2.2 设计原理设计原理 2.2.1 设计原理及原理图 设计原理：接通电源后，主持人将开关拨到“清除“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“开始“ 抢答器工作。选手在抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、亮灯 提示。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除“和“开始“状态开关。 电子技术课程设计说明书 5 图 2-1 四路抢答器原理图 2.2.2 结构框图 图 2-2 四路抢答器结构图 主要是由抢答按钮，优先编码电路，锁存器，译码电路，显示电路，控制电路， 主持人控制开关七部分构成。 抢答按钮由四个开关，四个电阻组成，当开关闭合时，输入的是低电平，编码 器进行编码。当开关打开时，输入的是五伏电压，高电平，导致编码器不进行编码。 优先编码器，是有 74ls148 芯片构成。优先编码器电路中，允许同时输入两个 电子技术课程设计说明书 6 以上的编码信号。不过在设计优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了 队，当季的信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。而且 74ls148 只对低电平输入信号编码，所以在 I0，I1，I2，I3 为编码输入信号端，无论其他的 有没有按下开关，只对优先按下的开关输入信号进行编码。而 Y1，Y2，Y3 为输出， 但输出为反码 ST 为选通，只有在 ST=0 的条件下，编码器才能正常工作。而在 ST=1 时，所有的输出端均被封锁在高电平。所以 ST 端通过限流电阻和发光二极管接地。 输入端 YEX 表示只有在低电平时才能够工作。只要任何一个编码输入端有低电平信 号输入，切 ST 为高电平，YEX 为低电平。 锁存器，由 74ls279 芯片构成，有四个 RS 触发器构成。R 输入端接主持人开关， 有主持人控制输入为高电平还是低电平。S 输入端接编码器的输出，1Q,2Q,3Q,4Q 分 别 RS 的输入来决定自己为高电平还是低电平。 译码电路，译码器使用的是共阴极译码器 74LS48。74LS48 的输入端是四位二进 制信号，a、b、c、d、e、f、g 是七段译码器的输出驱动信号，高电平有效。可直 接驱动共阴极七段数码管， 是使能端，起辅助控制作用。 将 Y0-Y3 分别接到四个译码器的 BI 消隐输入端，当哪一个引脚的输出为高电平时， 该位译码器的 BI 为高电平。可以驱动数码管发光显示。其他位因 BI 为低电平，数 码管不会发光显示。LT 和 RBI 输入端接高电平，使译码器能正常工作。 显示部分，由数码管构成，显示数字，来告诉大家由谁抢答成功。 主持人控制部分，主要功能是清零和开始。当主持人开关接地时，抢答人是否 按下抢答开关，使数码管一直处于 0 数字的显示；当主持人闭合开关，74ls279 的 每一个 R 输入端都为高电平，使锁存器中 RS 触发器正常工作，一旦有抢答人按下开 关，编码器开始编码，锁存器中 1Q，2Q，3Q，4Q 输出 1 或 0，1 或 0 输入译码器， 译码器信号通过电阻输入显示器数码管，数码管最后显示数字。抢答成功。 2.32.3 设计使用的芯片及各芯片的作用设计使用的芯片及各芯片的作用 2.3.1 74LS48 芯片 图 2-3 是译码器图，74LS48 芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用 在各种数字电路和单片机系统的显示系统中。 （1）LT 是试灯输入端，当 LT=0，BI=1 时，不管其它输入是什么状态，ag 七 段全亮。 （2）BI 静态灭灯输入 ，当 BI=0，不论其它输入状态如何，ag 均为 0，显示 管熄灭。 （3）RBI 动态灭零输入 ，当 LT=1， RBI=0 时，如果 A3A2A1A0（ABCD） =0000 时，ag 均为各段熄灭。 （4）RBO 动态灭零输出 ，它与灭灯输入 BI 共用一个引出端。当 在动态灭零 时输出才为 0。片间与 RBI 配合，可用于熄灭多位数字前后所不需要显示的零。 电子技术课程设计说明书 7 图 2-3 译码器图 图 2-4 74LS48 管脚图 2.3.2 74LS148 芯片 74LS148 工作原理：该编码器有 8 个信号输入端，3 个二进制码输出端。此外， 电路还设置了输入使能端 EI，输出使能端 EO 和优先编码工作状态标志 GS。 当 EI=0 时，编码器工作；而当 EI=1 时，则不论 8 个输入端为何种状态，3 个输出 端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。 这种 情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。当 EI 为 0，且至少有一 个输入端有编码请求信号（逻辑 0）时，优先编码工作状态标志 GS 为 0。表明编码 器处于工作状态，否则为 1。 由功能表可知，在 8 个输入端均无低电平输入信号和 只有输入 0 端（优先级别最低位）有低电平输入时，A2A1A0 均为 111，出现了输入 条件不同而输出代码相同的情况，这可由 GS 的状态加以区别，当 GS1 时，表示 8 个输入端均无低电平输入，此时 A2A1A0=111 为非编码输出；GS0 时，A2A1A0=111 表示响应输入 0 端为低电平时的输出代码（编码输出） 。EO 只有在 EI 为 0，且所有 输入端都为 1 时，输出为 0，它可与另一片同样器件的 EI 连接，以便组成更多输入 端的优先编码器。在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在 设计优先编 码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或 电子技术课程设计说明书 8 两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号 则不起作用。74148 是一个八线-三线优先级编码器。 图 2-5 74LS48 管脚功能图 74LS148 优先编码器管脚功能介绍：为 16 脚的集成芯片，电源是 VCC(16) GND(8), I0I7 为输入信号，A2,A1,A0 为三位二进制编码输出信号，IE 是使能输入端，OE 是使能输出端，GS 为片优先编码输出端。 使能端 OE(芯片是否启用)的逻辑方程：OE =I0I1I2I3I4I567IE 当 OE 输入 IE=1 时，禁止编码、输出(反码)： A2,A1,A0 为全 1。当 OE 输入 IE=0 时， 允许编码，在 I0I7 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。 74LS279 锁存器 电子技术课程设计说明书 9 图 2-6 74LS279 芯片管脚图 2.3.3 74LS279 芯片 优先编码器 74LS279 功能表 图 2-7 74LS279 原理图 电子技术课程设计说明书 10 其中 74LS179 芯片一部分的 RS 触发器的结构、功能如下： 图 2-8 RS 触发器 RS 触发器工作原理 ：当 R 端无效，S 端有效时，则 Q=0； 当 R 端有效、S 端无效时，则 Q=1； 如上所述，当触发器的两个输入端加入不同逻辑电平时，它的两个输出端 Q 和 Q 有两种互补的稳定状态。一般规定触发器 Q 端的状态作为触发器的状态。通常称 触发器处于某种状态，实际是指它的 Q 端的状态。Q=1、Q=0 时，称触发器处于 1 态，反之触发器处于 0 态。S=0,R=1 使触发器置 1，或称置位。因置位的决定条件是 S=0,故称 S 端为置 1 端。R=0,S=1 时，使触发器置 0，或称复位。 同理，称 R 端为置 0 端或复位端。若触发器原来为 1 态，欲使之变为 0 态，必须令 R 端的电平由 1 变 0，S 端的电平由 0 变 1。这里所加的输入信号（低电平）称为触 发信号，由它们导致的转换过程称为翻转。由于这里的触发信号是电平,因此这种触 发器称为电平控制触发器。从功能方面看，他只能在 S 和 R 的作用下置 0 和置 1， 所以又称为置 0 置 1 触发器，或称为置位复位触发器。由于置 0 或置 1 都是触发信 号，所以低电平有效。 电子技术课程设计说明书 11 2.3.4 显示器： 图 2-9 数码管管脚图，显示数字，准确的表达谁抢答成功。 数码管作用： 当主持人控制开关 S 置清零端时，RS 触发器的 R 端均为“0” ，4 个触发器输出 1Q-4Q 全部为零，使 74LS48 的 BI=0，数码管显示器灭；同时 74LS148 的选通输入 端 ST=0，使之处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关“S”置于“开 始”端时，优先编码器和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态， 等待信号输入端信号输入，当有选手按下时，比如“S0”按下时，74LS148 的输出 Y2Y1Y0=000，经 RS 锁存后，BI=1,74LS279 处于工作状态， 4Q3Q2Q=A2A1A0=000,经 74LS148 译码后，显示器显示“0” 。 2.4 实现功能实现功能 一是选手按抢答按钮，其编号立即所存，并在数码管上显示该选手的编号。 二是封锁输入电路，禁止其他选手抢答。 三是优先抢答选手的编号一直保持到主持人主持人将系统清零为止。 电子技术课程设计说明书 12 3 硬件设计硬件设计 3.1 本课程设计，需要用集成电路本课程设计，需要用集成电路 74LS148,74LS279,74LS48 和五个开关及其他元件。 3.23.2 各功能电路接线图各功能电路接线图 电路连接图 3-1 如下： 图 3-1 电路连接 电子技术课程设计说明书 13 3.3 主要参数的计算与分析主要参数的计算与分析 3.3.1 74LS148 芯片的功能表 表 4-1 74LS148 功能表 从功能表中可以得出，74LS148 输入端优先级别的次序依次为 I7，I6，I0 。当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输 出端才输出相应该输入端的代码。例如：I5=0 且 I6=I7=1(I6、I7 优先级别高于 I5) 则此时输出代码 010 。这就是优先编码器的工作原理。 3.3.2 74LS48 芯片的功能表 电子技术课程设计说明书 14 表 4-2 74ls48 引脚功能表七段译码驱动器功能表 74ls48 引脚功能表引脚功能表七段译码驱动器功能表七段译码驱动器功能表 输入输出 十进数 或功能 LTRBID C B A BI/RBO abcdefg 备注 0HH0 0 0 0H1111110 1Hx0 0 0 1H0110000 2Hx0 0 1 0H1101101 3Hx0 0 1 1H1111001 4Hx0 1 0 0H0110011 5Hx0 1 0 1H1011011 6Hx0 1 1 0H0011111 7Hx0 1 1 1H1110000 8Hx1 0 0 0H1111111 9Hx1 0 0 1H1110011 10Hx1 0 1 0H0001101 11Hx1 0 1 1H0011001 12Hx1 1 0 0H0100011 13Hx1 1 0 1H1001011 14Hx1 1 1 0H0001111 15Hx1 1 1 1H0000000 1 BIxxx x x xL00000002 RBIHL0 0 0 0L00000003 LTLxx x x xH11111114 电子技术课程设计说明书 15 3.3.3 74LS279 芯片的功能表 74LS279 功能表：H=高电平，L=低电平，QO=建立稳态输入条件之前的 Q 电平 电子技术课程设计说明书 16 4 调试过程调试过程 4.1 安装的实物安装的实物 焊接电路板时，一定要控制好时间。太长，电路板将被烧焦，或造成铜箔脱落。 从电路板上拆卸元件时，可将电烙铁头贴在焊点上，待焊点上的锡熔化后，将元件 拔出。烙铁的温度与烙铁头的体积、形状、长短等都有一定的关系。当烙铁头的体 积比较大时，则保持时间就长些。另外，为适应不同焊接物的要求，烙铁头的形状 有所不同，常见的有锥形、凿形、圆斜面形等等。烙铁使用方面应注意烙铁应接地， 最好选用尖头的烙铁，温度（260300） ，可以适当的加一些助焊材料（松香、助焊 剂） ，表贴的芯片应该选择合适的焊锡丝（0.60.8） ，有条件的话可以使用恒温烙 铁，焊接过程中佩带防静电手环，注意芯品的方向，应该同丝印一致。烙铁芯的功 率规格不同， 其内阻也不同。 25W 烙铁的阻值约为 2k ， 45W 烙铁的阻值约为 1 k ， 75W 烙铁的阻值约为 0.6 k ， 100W 烙铁的阻值约为 0.5 k 。烙铁 头是用紫铜材料制成的，它的作用是储存热量和传导热量，它的温度必须比被焊接 的温度高 图 3-7 安装的实物正面图 电子技术课程设计说明书 17 图 3-7 实物背面图 4.2 焊接要求焊接要求 (1)焊接电路板时，一定要控制好时间。太长，电路板将被烧焦，或造成铜箔脱 落。从电路板上拆卸元件时，可将电烙铁头贴在焊点上，待焊点上的锡熔化后，将 元件拔出。烙铁的温度与烙铁头的体积、形状、长短等都有一定的关系。当烙铁头 的体积比较大时，则保持时间就长些。 (2)为适应不同焊接物的要求，烙铁头的形状有所不同，常见的有锥形、凿形、 圆斜面形等等。烙铁使用方面应注意烙铁应接地，最好选用尖头的烙铁，温度 （260300） ，可以适当的加一些助焊材料（松香、助焊剂） ，表贴的芯片应该选择 合适的焊锡丝（0.60.8） ，有条件的话可以使用恒温烙铁。 （3）焊接过程中佩带防静电手环，注意芯品的方向，应该同丝印一致。烙铁芯 的功率规格不同， 其内阻也不同。 25W 烙铁的阻值约为 2k ， 45W 烙铁的阻值 约为 1 k ， 75W 烙铁的阻值约为 0.6 k ， 100W 烙铁的阻值约为 0.5 k 。烙铁头是用紫铜材料制成的，它的作用是储存热量和传导热量，它的温度必须 电子技术课程设计说明书 18 比被焊接的温度高。 4.3 调试过程调试过程 调试步骤：首先按抢答器功能进行操作，若电路满足要求，说明电路没有故障。 若某些功能不能实现，就要设法查找并排除故障。排除故障可按信息流程的正向 （由输入到输出）查找，也可按信息流程逆向（由输出到输入）查找。例如：当有 抢答信号输入时，观察对应指示灯是否点亮，若不亮，可用万用表（逻辑笔）分别 测量相关与非门输入、输出端电平状态是否正确，由此检查线路的连接及芯片的好 坏。若抢答开关按下时指示灯亮，松开时又灭掉，说明电路不能保持，此时应检查 与非门相互连接是否正确，直至排除全部故障为止。 出现的问题及解决方法： （1）由总电路可以看到，本次课程设计的接线十分之多，因为在接线时要十分 细心，如果不小心就会接错。在实验设计实体连接的过程中，每一步都小心翼翼地 做。一条线接错或者一条线在过程中不小心被动到，都有可能让整个电路没有反应， 所以每一步都必须要小心，没有人希望重新连接一次，器件和线路实在是多，最好 能够先把电路划分清晰，就是尽量明显的把个各块独立的电路组成部分分开得明显 些，这样就算接错了也可以大概检查各块输出就知道哪里出问题，减少检查的范围 和数量，更省时省力。 （2）实验时要注意 74 系列要接入电源，因为在实验中，我曾经忘记了接电源。 使得抢答器的显示灯无法正常显示。在接线时，要看清楚管脚是 16 个脚还是 14 个 脚，如果是 16 脚的，一定要接入电源。电源跟地一定要接对，有一次因为接错地很 电源，浪费了半个钟头。 （3）在开始设计抢答电路部分时，遇到不知如何让组别输出显示为三的问题。 经过查找资料和分析后，逐步更改测试达到了上面抢答电路的电路图。 电子技术课程设计说明书 19 5 结束语结束语 本学期第十四、十五周我们进行了电子技术课程设计，我们用两周的时间进行 了资料查找和实体设计，然后认真写了设计说明。 本电路由锁存器、编码器、数码管等构成，实现各项锁存，清零等功能。提示 等多种功能。本抢答器能够准确判断出第一位抢答者，并且通过数显途径能让人们 很容易得知谁是抢答成功者。根据不同比赛的需要，主持人可以预设一定的回答限 制时间，让抢答者在规定时间内答题，主持人根据答题结果评出最终赢家。 总结如下：优点：电路功能原理清晰，各项功能均达到了要求，显示准确，反 应灵敏，无竞争冒险现象，