数字电路课程设计四路抢答器.doc

数字电路课程设计报告书系部名称：专业名称：班 级：学生姓名：指导教师：实习时间： 一课程设计题目:四路抢答器二任务和要求：设计一个4路智力竞赛抢答器，具体设计要求如下：1.抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S0 S3表示。2.设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。3抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如10秒）。当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时。5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统红灯绿灯同时亮并禁止抢答，定时显示器上显示0。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关置“开始”状态，抢答器工作，定时器倒计时。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始三总体方案的选择七段显示器译码电路锁存电路抢答开关（个）主持人开关控制电路清零开关555脉冲发生器七段显示器译码电路计数电路分计数电路如框图所示，首先裁判对电路清零后离开清零状态，同时计数电路置入到计时，此时抢答处于禁止状态，若此时有人抢答，判违规，显示号码并红灯亮。当宣布开始抢答时，抢答开关按下，计时开始，当选手成功抢答后，锁存器锁存选手号码，并将其状态送给译码电路，使七段数码显示器现实选手序号，同时锁存器的状态输入给四输入与非门，输出控制使其不在接受输入信号，达到抢答无效的目标，同时控制电路控制计时停止，显示信号灯亮。超时违规功能是这样完成的：当主持人按下抢答开关开始计时，若计时到10S未有人抢答，记时电路的两路进位输出通过与门的输出与四输入与非门的输出经过一个与门电路，输出控制脉冲电路停止给计时电路输入脉冲，及时停止，此时若有人抢答，锁存器锁存选手号码，并将其状态送给译码电路，使七段数码显示器显示选手序号，信号灯亮，同时锁存器的状态输入给四输入与非门，输出信号控制锁存器不在接受输入信号，完成超时违规功能。智能抢答器系统主要由控制器、锁存器、译码器和秒脉冲信号发生器等器件组成。系统计时器是由74161组成，其中因为抢答时间为10秒，74161是4位二进制同步计数器，它具有异步清零，同步置数的功能。系统的脉冲发生源电路是由555脉冲发生器及一些电容电阻产生的，秒脉冲发生器是该系统中计时电路的标准时钟信号源。系统的主控制电路是由一片7475及门电路组成。它是整个系统的核心，控制信号灯的工作状态及计数器的计数。系统的译码器部分是由两块7448组成，它的主要任务是将计数器的输出信号送给数码管显示。整个电路共由五部分组成，即主控电路。计数器，信号灯显示电路，倒计时显示电路及秒脉冲发生器。（由于所用仿真软件中没有74161，便以74163代替。他们的功能没有多大区别，功能引脚也很相似，只是74161是异步清零，而74163是同步清零。但本次设计实验中并未用到清零端，所以不影响实验结果。四、单元电路的设计1.主控电路：（1）总体设计思路：首先裁判对电路清零后立即离开清零状态，同时计数电路置入到计时初始值，此时抢答处于禁止状态，若此时有人抢答，判违规，显示号码并红灯亮。当宣布开始抢答时，抢答开关按下，计时开始，当选手成功抢答后，锁存器锁存选手号码，并将其状态送给译码电路，使七段数码显示器现实选手序号，同时锁存器的状态输入给四输入与非门7420，输出控制使锁存器不在接受输入信号，达到抢答无效的目标，我们通过75芯片的是能端EN的非和161芯片的Co的非的与来控制161的使能锻ENP从而达到停止计时的要求。显示信号灯亮。超时违规功能是这样完成的：当主持人按下抢答开关开始计时，若计时到10S未有人抢答，记时电路的两路进位输出经与门的输出与四输入与非门的输出经过一个与门电路，输出控制脉冲电路停止给计时电路输入脉冲，及时停止，此时若有人抢答，锁存器锁存选手号码，并将其状态送给译码电路，使七段数码显示器显示选手序号，信号灯亮，同时锁存器的状态输入给四输入与非门，输出信号控制锁存器不在接受输入信号，完成超时违规功能。（2.）主控电路的电路图如下信号灯控制电路接地线脉冲发生器电源控制高位置端并通过与门控制低位置位端2.秒脉冲发生电路（1.）设计思路：时钟信号产生电路主要由555定时器组成多谐震荡器，产生稳定的脉冲信号，送到状态产生电路，状态产生电路根据需要产生一定的“0” 、“1 ”信号。电路输出矩形脉冲的周期T=0.7(R1+2R2)C.输出举行脉冲的占空比:Q=TW1/T=(R1+R2)/(R1+2R2).根据计算和所提供的器件满足设计要求的R1= 4.7K欧 R2=150K欧 C1=4.7微法 C2=0.01微法电路图如下Error! No bookmark name given.3计时电路思路设计要求对不同的状态维持的时间不同，而且要以十进制倒计时显示出来。如何实现倒计时，我们采用了在161芯片的输出端取非，因为要实现10秒倒计时，所以我们对161开始置数时我们置数为0110因为取非后为1001因为在在二进制表示时为数字9，因为161是加法电路最后一个数为1111取非后为0000，因此即达到了倒计时的目的。.选手编号显示电路以锁存器为中心的编码显示电路。此电路是以四D触发器74LS75为中心的编码锁存系统，编码器的作用是把锁存器的输出转化成8421BCD码，进而送给7段显示译码器,其真值表如下：抢答者代号7448输入端Q1 Q2 Q3 Q4D C B A1 0 0 00 0 0 10 1 0 00 0 1 00 0 1 00 0 1 10 0 0 10 1 0 0由卡诺图不难得出： D=0; C=Q4; B=Q2+Q3; A=Q1+Q3;其电路仿真图为：五总体电路设计：六实测数据波形：七、调试过程中的问题：(1)：电路组装前应先布好每个芯片的位置格局，应尽量使布线简练，争取不跳线，不窜线，使整体板子看起来既整洁又美观；（2）：首先要连接好555芯片电路它是整个电路工作的核心，因为只有脉冲电路正常工作我们整个电路才会工作。（3）：在实际连电路时，会出现接触不良等情况。这是由于面包板的质量和连线时线头裸露部分没有完好的接触面包板的铜片所造成的。如果电路出现接触不良等情况，我们应该仔细去检查电路可能存在的问题，用排除法去解决，实在是检测不出来，我们可用万用表来逐一检查各个管脚的高低电平是否正确。（4）：各个元器件的工作电压一般为5V，所以我们在给芯片供电时，不要超过这个电压，否则会损坏芯片，为了给我们的电路造不必要的麻烦，我们要在稳压下进行工作，实验时应特别注意这一点，在做实验时，不少人就是因为这一点而烧坏了器件。还有就是发光二极管应接上拉或下拉电阻来保护它的电压不致过大而损坏二极管。（5）：我们在接电路时应一个模块一个模块接，当检测出当前模块没有错误时在进行下一个操作，虽然这样浪费了时间，但这样在以后的电路中不至于出错，实际上是给我们省去了很大的麻烦。在接完脉冲模块测试时，在输出端接的灯不能闪烁，经过多次检查发现是由于没有把二极管的阴极接地，从而导致二极管就是不闪烁。以后再也不能犯这样的错误。（6）：在接计数模块时，因本模块所用器件较多且布线复杂，故合理布局和认真细心接线最重要，否则错误检测很困难；刚开始因布局不合理，导致布线存在问题故将原来拆除重新布局.（7）：抢答显示模块主要是能锁存住最先抢答者的序号，且此时后来抢答者抢答无效，此模块元器件亦很多，故合理布线和细心接线显得非常重要；在调试时，刚开始电路存在锁不住的问题，后经老师的指导和查阅相关资料在接和课本的相关知识，得知两个门电路的输出不能直接连在一起，这样会出现电路不稳定等问题，后用一二输入或门将其克服，电路实现锁存功能并能显示最先抢答者序号；（8）：电路接好，红绿灯不亮，极有可能正负极接反，每个模块接好并调试好后将其整体接好并调试，此时又存在各个模块不能协调工作的问题，后经反复检查和调试，发现接线不牢和线接错等问题，经改后实现提前抢答显示序号且红灯亮和正常抢答锁存先是最先抢答者序号和绿灯亮两项功能；（9）：我们在超时时，题目要求当主持人开关按下时，倒计时10秒内没有人抢答，然后时间停止，红灯、绿灯没有同事亮，经过查阅资料，列出真值表画出卡诺图，等到表达式，然后连接出电路。八、设计分析总结： 这次实习我所做的题目是四路抢答器，故要分四大模块来进行设计：计数模块、锁存模块、和脉冲供给模块、选手编号显示模块；每个模块之间都相互联系，相互控制协调工作才能完成所有功能，总体来说本课题不是很难，主要在于锁存电路的设计和连线的问题，还有红灯和绿灯连接的问题，通过这次实习，我们了解了各个芯片之间的联系，和他们的功能，以前只是在课本上学习理论知识，根本没有机会在实际生活中运用，通过这次实习给我们提供了这次机会把课堂上学习的理论知识在实际中运用起来，使我们更好的了解了各个芯片的工作方式和功能要求，和他们的工作环境。通过这两周的实习，使我对电路的基本知识更加熟悉并掌握，使我对实际中的存在问题有了更好得克服与掌握，并培养了独立分析问题和解决问题的能力，对各个元器件也有了更深入的了解。通过对电路的检查与调试，使我学到了好多检查电路的方法，并增强了我的动手能力和解决问题的能力，使我对电路有了更深的认识与了解，并学到了电路设计的步骤和方法。虽然在实验过程中遇到了不少问题与困难，但最终通过老师和同学的帮助还是解决了这些问题。一切理论都要有实践去支持。九、参考文献：王毓银主编数字电路逻辑设计（第三版）高等教育出版社鬲淑芳主编数字电子技术基础陕西师范大学出版社陈大钦主编数字电子技术基础（第二版）高等教育出版社十课程设计仪器及材料:1.设计所需的元件有：1.设计所需的元件有：555-1个74LS20 （二四输入与非门）-1个；74LS00 （四一二输入与非门） -2个；74LS04 （六一非门） -1个；74LS32 （四二或门）-1个；74LS08 （四一二输入与门） -1个；74LS48 （BCD七段译码器） -2个；74LS161（四位二进制同步计数器）-1个；发光二极管 -2个；共阳极数码管 -2个；电阻 ： 150k -1个；4.7k -1个；100 -6个；电容 ： 4.7f -1个；0.01f -1个；导线若干；彩灯三个；面包板一个；2.工具：镊子，钳子各一个；西安邮电学院电子工程学院数电课程设计过程考核表学生姓名唐子龙班级/学号科技0801/19承担任务实验室（单位）电子信息工程所在部门电子工程学院实施时间2010年12月06 日 2010年12月17日具体内容第一周集中讲解设计的目的及要求；介绍系统设计的一般方法和步骤；介绍部分逻辑器件及其应用；布置课程设计题目；分析设计中可能出现的问题。学生选题,查阅资料，设计电路;教师准备器材、工具等，同时为学生检查电路设计、辅导答疑。学生完成原理图设计及接线图设计。教师审阅，开始发放元器件及工具。学生进行电路安装、调试；教师继续答疑并补发元器件。第二周学生继续安装调试，调试成功的学生可选做第二课题；验收调试成功的学生。验收通过的学生整理、上交工具，写出设计报告；召开课程设计总结交流会，总结交流学生在课程设计中具有特色的设计思想和先进的调试方法。指导教师（师傅）姓名董永英职务或职称工程师指导教师（师傅）对学生的评价学习态度 认真 一般 不认真学习纪律 全勤 偶尔缺勤 经常缺勤实践能