数字电路说明书.doc

0 目录目录 一、课题名称：八路智力竞赛抢答器一、课题名称：八路智力竞赛抢答器.1 二、内容摘要：二、内容摘要：.2 三、设计内容及设计要求：三、设计内容及设计要求：.2 四、试验器件清单：四、试验器件清单：.2 五、设计的系统方案：五、设计的系统方案：.3 六、电路的工作原理六、电路的工作原理.4 1 1、开关阵列电路、开关阵列电路.4 2、触发锁存电路、触发锁存电路.4 3 3、数码显示器数码显示器.5 4 4、电路工作原理、电路工作原理.5 七、设计的调试：七、设计的调试：.10 八、总结设计电路的特点及方案的优缺点：八、总结设计电路的特点及方案的优缺点：.11 九、改进意见和展望：九、改进意见和展望：.11 十、总结：十、总结：.11 十一、致谢十一、致谢.12 十一十一 、参考资料、参考资料.12 1 一、课题名称：八路智力竞赛抢答器一、课题名称：八路智力竞赛抢答器 二、内容摘要二、内容摘要： 摘要：摘要： 本文主要介绍用数电知识设计八路抢答器。优先编码电路、锁存器、译码 电路将参赛队的输入信号在显示器上输出，并与主持人开关相连接，即构成了 抢答器的主体电路。经过布线、接线、调试等工作后数字抢答器成形。借助较 少的外围元件完成抢答的整个过程，设计制作了八路抢答器，设计编程简单， 容易理解掌握，且工作稳定可靠。总体电路简单，易于制作。可供 8 人或 8 个 代表队抢答，并用 7 段数码管显示首先抢答者的组别号码，有人抢答后自动闭 锁其他各路输入，禁止其他人抢答，使其他组的开关失去作用，而显示最先按 下抢答键的组别号。只有当主持人按下复位按键才能再次抢答。 关键字： 抢答器；设计；稳定；再次 三、设计内容及设计要求：三、设计内容及设计要求： 1、设计一个 8 路智力竞赛抢答器地电路，满足一下要求。 A、给节目主持人设置一个控制来关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭 灯）及抢答的开始。 B、抢答开始后，当有某一选手首先按下抢答按钮时，选手编号立即被存锁，编 号数码管显示选手编号，并发出报警声响，此时抢答器不再接收其它输入信息。 优先抢答选手的编号一直保持到节目主持人将系统清零为止。 C、抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答时间由节目主持人设定（如 30 秒） 。 当节目主持人启动开始建后，要求定时器立即进行显示，同时扬声器发出短暂 的声响，声响持续时间为 0.5 秒左右。 D、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 选手编号和抢答时刻的时间，并保持到节目主持人将系统清零为止。如果定时 抢答时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，系统进行短暂的报警，并 封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示 00. 2、抢答器最多可供 8 名选手参赛，编号为 18 号，各队分别用一个按钮 （分别为 S0S7） 控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关 S，该开关由主 持人控制。 3、抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用 LED 数码管显示出来，只能 由主持人进行清零。 4、开关 S 作为清零及抢答控制开关（由主持人控制） ，当开关 S 被按下时 抢答电路清零，松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关 S0S7实现。 2 四、试验器件清单四、试验器件清单： 本设计所用的实验器材如下表所示。 表 1 实验器材 名称型号数量备注 74LS003代替 74LS279 74LS1481集成电路 74LS481 10K9电阻 5101 二极管FG1110501 七段数码管共阴极1 导线若干 面包板2 +6V 直流电源1 按钮开关9 五、设计的系统方案：五、设计的系统方案： 1、构思抢答器需要达到的功能并结合自身的能力，列出了如图所示的总体 框架图。 3 抢答 按钮 优先编 码电路 锁存器 译 码 电 路 显示电路 节目主持人 控制开关 控制电路 报警电路 定时 电路 译码 电路 显示 电路 秒脉冲 产生电路 主体电路 扩展电路 2、具体设计方案如下： 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 号显示器和指示灯灭灯，等主持人将开关置“开始”位置后，抢答器处于等待 状态，此时可以进行抢答。 抢答器完成：优先判断抢答的组号，并将编号进行锁存，然后通过译码 器将编号显示在七段数码管上。 如果再次抢答必须由主持人操作清除和开始状态的开关，即需要主 持人清零。 六、电路的工作原理六、电路的工作原理 1、开关阵列电路 该电路由多路开关所组成，供抢答着使用，每一抢答者与一个开关相对应 （开关 S0S7 的代号分别是 8、1、2、6、7，即抢答着的组号，便于主持人 看到显示器上的数字后，能准确宣布谁是优先抢答者） 。开关应为常开型，当按 下开关时，开关闭合；当松开开关时，开关自动弹出断开。 图 2 抢答的开关 4 2、触发锁存电路 当某一开关被按下时，触发锁存的电路被触发，在输出端产生相应的开关 电平信息。同时为了防止其它开关随后触发而产生紊乱，让最先产生的输出电 平返回来将触发锁存器的电路锁定。若有多个开关同时按下时，则在它们之间 存在着随机竞争的问题，结果只能是它们中的任一个产生有效输出，任然达到 了优先判断的效果。 因为在完成本设计的时，实验室不能提供现成的锁存器(集成电路 74LS279)则结合所学的理论知识，用集成电路 74LS00 自制成了锁存器，代替了 他(集成电路 74LS279)的功能。其连线如图 3 所示。 图 3 由 74LS00 组成的锁存器 3、数码显示器 数码管通常有发光二极管（ LED ）数码管和液晶（ LCD ）数码管。本设 计提供的为 LED 数码管，如图 4 所示。它显示最先抢答者的相应的代号，方便 主持人宣布最先抢答者。 图 4 LED 显示器 4、电路工作原理 该电路完成两个功能：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；二是禁止其他选手按键操作无效。具体的 组成及工作原理如图 5 所示。 工作过程：开关 S 置于“清除”端时，RS 触发器的端均为 0，5 个触发器R 输出置 0，使 74LS148 的0，使之处于工作状态。当开关 S 置于“开始”ST 时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下 S5） ，74LS148 的 5 输出,经 RS 锁存后,2Q=1,74LS48 处于工作状态， 210 010Y YY 0EXY1BI 5Q4Q3Q=101，且 1Q=0，则经译码显示为“5” 。此外，2Q，使 74LS148 的 ，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，ST 74LS148 的此时由于仍有 2Q，使，所以 74LS148 仍处于禁1EXYST 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 开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。 若按下 S0，经 RS 锁存器后，1Q=1，74LS148 的输出, 210 111Y YY 0EXY 经 RS 锁存后,2Q=1,74LS48 处于工作状态，5Q4Q3Q=000，且 1Q=1,所以1BI 经译码显示为“8” 。保证抢答者的优先性与上述类似。 若所按的是其他开关(S1、S2、S3、S4、S6、S7)的工作过程与按下开关 S5 的工作过程相似，只是 5Q4Q3Q 的输出会发生变化。 图 5 数字抢答器电路 优先判决器 优先判决器主要是由 74LS148 集成优先编码器等组成。该编码器有 8 个信 号输入端，3 个二进制码输出端，选通输入端，选通输出端和扩展端。STSYEXY 6 其功能表如表 2 所示。从功能表中可以看出当“0”时，编码器工作，而ST 当“1”时，则不论 8 个输入端为何种状态，输出端均为“1” ，且端和STSY 端为“1” ，编码器处于非工作状态,这种情况被称为输入低电平有效。EXY 表 2 优先编码器 74LS148 功能表 输入输出 ST 0I1I2I3I4I5I6I7I 2Y1Y0Y SYEXY 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 01 0 0 0 1 1 1 0 1 11 0 0 0 1 1 1 1 1 0 01 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 11 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 01 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 11 0 注：表中代表任意状态 锁存器 SR 锁存器是该设计中保证多个开关随后触发而不产生紊乱的重要部分，因 实验室不能提供现成的锁存器，则用两个与非门(与非门由集成电路 74LS00 提 供)组成了一个 SR 锁存器，连线如图 3 所示，其真值表见表 3。 表 3 用与非门组成的 SR 锁存器的特性表 D S D RQ * Q 1 100 1 111 0 101 0 111 1 001 1 011 0 001 0 011 注：SD、RD的 0 状态同时消失以后状态不定。 译码器 本设计中选用的译码器型号是74LS48（共阴） ，其引脚排列如图6 所示，其 7 中、 BCD 码输入端，、 、 、 译 码输出端， 3 A 2 A 1 A 0 A a Y b Y c Y d Y e Y f Y g Y 输出“1”有效，用来驱动共阴极 LED 数码管。 测灯输入端，“0”时，译码输出全为“1” ，数码管七段同时电LTLT 亮，以检查数码管各段能否正常发光。 灭灯输入端，“0”时，RBO/BIBI 译码输出全为“0” 。 作为输出端使用时，称灭“0”输出端，在 A=B=C=D=0时，而 且 =0 时，才会输出低电平，表示译码器把不希望显示的零熄灭了。RBIRBO 熄零输入端。用来熄灭不希望显示的零。RBI 图 6 74LS48 的引脚排列图 数码显示器 LED 数码管是目前最常用的数字显示器，它分为共阴管和共阳管。在此只 对共阴管作介绍，其电路和出线形式的引出脚如图 7 所示。一个 LED 数码管可 用来显示一位 09 十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5 寸和 0.36 寸） 每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不 同略有差别，通常约为 22.5V，每个发光二极管的点亮电流在 510mA。LED 数码管要显示 BCD 码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码 器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。 (a) 共阴连接（“1”电平驱动） (b) 符号及引脚功能 图 7 LED 数码 （1）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。 如图所示的是八线-三线编码器 74148 的惯用符号及管脚图引脚图。 8 74148 优先编码器为 16 脚的集成芯片，除电源脚 VCC(16)和 GND(8)外，其余 输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。其中 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。 （2）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。 （3）P74LS279 中文资料 应用 pdf 74LS279 引脚图 管脚说明 54/74279 四/R-/S 锁存器 简要说明: 279 为四个/R-/S 锁存器，共有 54/74279 和 54/74LS279 两种线路结 构型式其 主要电器特性的典型值如下(不同厂家 具体值有差别): 型号 tPD PD 54279/74279 12ns 90mW 54LS279/74LS279 12ns 19mW 四个锁存器中有 2 个具有 2 个置位端（/SA/SB）。 当/S 为低电平，/R 为高电平时，输出端 Q 为高电平。当/S 为高电平，/R 为低电平时，Q 为低电平。当/S 和/R 均为高电平时，Q 被锁存在已建立的电 平。当/S 和/R 均为低电平时，Q 为不稳定的高电平状态。 对/SA 和/SB，/S 的低电平表示/SA 和/SB 只要有一个为低电平，/S 的高电平表 示/SA 和/SB 均为高电平。 引出端符号： 1Q4Q 输出端 /1S/4S 置位端（低电平有效） （4）/1R/4R 复位 54/74373 373 为三态输出的八 D 透明锁存器,共有 54/74S373 和 54/74LS373 两种线路 结构型式，其主要电器特性的典型值如下(不同厂家具体值有差别): 型号 tPd PD 9 54S373/74S373 7ns 525mW 54LS373/74LS373 17ns 120mW 373 的输出端 O0O7 可直接与总线相连。 当三态允许控制端 OE 为低电平时，O0O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负 载或总 线。当 OE 为高电平时，O0O7 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。 当锁存允许端 LE 为高电平时，O 随数据 D 而变。当 LE 为低电平时，O 被锁存在 已建立的数据电平。 当 LE 端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 400mV。 引出端符号： D0D7 数据输入端 OE 三态允许控制端（低电平有效） LE 锁存允许端 O0O7 输出端端（低电平有效） （5）74LS00 是 TTL 与非门，高电平 4V 左右吧，低电平 1V 左右 vcc 4A 4B 4Y 3A 3B 3Y - 14 13 12 11 10 9 8 1 2 3 4 5 6 7 - 1A 2A 1Y 2A 2B 2Y GND Y=nor(A and B) 与非门经常用来实现组合逻辑的运算， （6）74ls86 是常用的 TTL 2 输入端四异或门 在数字电路中常用，对应的 coms 器件是 74hc86 特点是电源功耗很低。他的电源电压 4.75-5.25V，他能和 7486， CT4086， DG74LS86， LH74LS86 等元件相互代换。 七、设计的调试：七、设计的调试： 1、在调试的过程中主要运用了数字万用表。 2、在调试之前我们这一组的成员在一起。首先，对照事先设计好的原理图仔细 检查在实物中是否有接错的地方(主要检查集成电路的引脚与导线是否出错接错 和是否出现了短路)，若发现有，就立即改正。以防给实物通电之后，出现意外。 然后，用数字万用表检测实物中是否有不导通的地方，若有，应立即修正。以 防通电后不能工作，而怀疑其他地方出错。 3、在上一步完成的基础之上，给实物通电，进行调试。我们这组出现的问 10 题记改正措施如下： 我们初次调试时，实物的确没有工作。然而，我们对事先设计好的原理 图进行仔细的研究，最后在指导老师的帮助下发现我们设计的原理图有错误(在 集成电路 74LS148 与锁存器之间多加了反相器)，决定将它去掉。 在上一步完成了之后通电，发现LED显示器上显示的是07之间的数，但 是我们需要它显示18之间的数。经过较长时间的思考，并结合指导老师给出 的意见，在开关S0和集成电路74LS48之间加了一个SR锁存器1Q，详见图7。然而， 也成了我们完成此设计的最终原理图。 经过上两步的改进，终于达到了我们事先预定的目标。 八、总结设计电路的特点及方案的优缺点：八、总结设计电路的特点及方案的优缺点： a、设计电路的特点：集成电路 74LS148 和由 74LS00 构成基本 SR 锁存触发 器完成了优先判断的功能。在此充分利用了集成电路 74LS148 的主要功能。再 通过译码器(集成电路 74LS48)和 LED 显示器显示优先抢答的组号给主持人宣布 最先抢答的组号提供了有力的证据。 b、方案优点：该电路原理简单、并且在接线时可以使自己思路清晰，缩短 了完成此设计的时间。 c、方案缺点：用集成电路 74LSOO 构成 SR 锁存器时比较麻烦，最容易把线 接错。在面包板上所布的线比较复杂，不利于后面的检查。 九、改进意见和展望：九、改进意见和展望： 我们设计的此八路抢答器只能用来判断优先抢答这是谁，只能用在比较普 通的场合。 我觉得它有很多需要改进的地方：当首次给它通电后，LED 显示器上应显 示 0，待主持人清零后，LED 显示器不显示，只有等有抢答开关按下时才显示号 码。应添加一个计时器，用来限制抢答者的抢答时间，即当主持人宣布开始 抢答后，开始计时，在主持人设定的时间内可以进行抢答；否则，进行下一轮 抢答。还需要添加一个报警器，以便用声音来提示主持人和观众已经有人进 行了抢答。 十、总结：十、总结： 一学期就这样匆匆的过去了，在学习数字电路的这一个学期里我深深的感 受到一份耕耘一份收获的道理，虽然在学习的过程中遇到了一些困难和挫折， 但我最终都挺过来了，战胜了困难，战胜了自己，做课程设计是检验和考察我 的学习情况的一个手段，我们应当更好的去利用。在设计的过程中我主要学习 到了更多的数电方面的知识，如何去画电路图，还有一些技术上的应用知识。 11 让我的实际操作得到了锻炼，更重要的是锻炼了我们自己动手开发的能力，这 让我们受益匪浅。 通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在设计过 程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通， 但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。 做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多， 平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限， 所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路 中的使用有了更多的认识。 平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而 解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看 了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践， 实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个课程设 计对我的作用是非常大的。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知 识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结 论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。 学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变， 和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的 起并高质量的完成项目。 通过此次课程设计，我不仅把知识融会贯通，而且丰富了大脑，同时在查 找资料的过程中也了解了许多课外知识，开拓了视野，认识了将来电子的发展 方向，使自己在专业知识方面和动手能力方面有了质的飞跃。我真正体会到了 学有所用，同时也让我更加深刻的了解数字逻辑电路的重要性，以及对我以后 要学其他课程的帮助和需要。在与同伴的合作中，真正体会到一种共同学习、 共同进步的学习气氛，一种大讨论的学习氛围和其他许多同学为自己课程设计 而忙碌身影，使我体会到的了在合作中每个人的分工和所负责部分的重要性。 这次设计对我来说感触最深的是，要做好一个设计，首先要了解每一个部分所 涉及的知识点，掌握它的原理；同时要跟同伴们紧密联系、加强合作，体会到 一种合作意识。整个设计我都参与其中，这令我的分析设计以及动手能力有了 很大的提高，培养了我思考问题的全面性；让我明白，做学问要有一丝不苟的 态度，遇到困难要有勇往直前的精神，做事情要有耐心和毅力，工作中要学会 与人合作，认真听取他人意见。 12 通过此次课程设计不但锻炼了我们的动手能力，而且使我们的理论与实践 相结合，同时使我们对这门课的知识点有了更深一层的加深和对知识点的巩固， 我们做的是八路智力竞赛抢答器虽然我们的实验失败了，但我们也学到了许多 知识，通过我们的分析我认为主要原因就是：我们对每一个部分所涉及的知识 点，以及它的原理掌握不够，对自己所用的各个芯片的作用，以及各个芯片的 各个管脚的作用了解得不够，例如我们对 74ls373 这给芯片的功能就查阅的不 够清楚，还有自己准备的有关材料