数字式竞赛抢答器.docx

博学笃行 盛德日新电子技术综合设计课 题： 数字式竞赛抢答器 电子技术综合设计数电课程设计一、课题名称：数字式竞赛抢答器二、设计任务与要求（1）设计一个可容纳8组参赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。（2）抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。（3）设置一个主持人“复位”按钮。（4）主持人复位后，开始抢答，第一信号鉴别锁存电路得到信号后，由指示灯显示抢答组的编号，同时扬声器发出23秒的音响。三、设计原理显示电路译码电路锁存器优先编码电路抢答按钮主电路报警电路控制电路主持人控制开关图1 抢答器总体框图定时抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分构成，主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成各选手的得分显示功能。定时抢答器的工作过程是：接通电源时，主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯；抢答开始时，主持人将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，这时，抢答器完成以下工作：（1）优先编码器电路立即分辨出抢答者编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；（2）扬声器发出短暂声响，提醒主持人注意；（3）控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答； 单元电路设计：（1）抢答电路抢答电路包括抢答按钮、优先编码电路、锁存器、译码显示电路。抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。当选手进行抢答时，优先编码器74LS148中输入低电平，优先编码器74LS148对进行优先选择，选择完毕时GS输出低电平，第四个RS锁存器的GS输出低电平，Q则处于低电平，在控制电路中，Q控制优先编码器74LS148的EI，EI为低电平，则优先编码器74LS148不能进行工作，其余选手则不能进行抢答。当优先编码器74LS148优先选择完毕后，输出信号给RS锁存器进行锁存，同时RS锁存器输出信号给显示译码器，译码后输给共阴极数码管，显示选手相应编号。 另外，当8号选手输入时，RS锁存器输出0 0 0，在数码管显示数字8；而显示译码器输入1 0 0 0时，才能在数码管输出8。所以，在RS锁存器后连接一个三输入一输出或非门，当输出0 0 0时，通过或非门输出1，或非门接入显示译码器的D端，同时A、B、C输入的为0，此时当8号抢答时，数码管显示8； （2）控制电路控制电路主要完成以下功能：主持人将控制开关拨到“开始”位置时，控制扬声器发声，使抢答电路进入正常抢答工作状态；当参赛选手按动抢答键时，让扬声器发声，并使抢答电路停止工作。主持人开关一段连接低电平，另一端连接高电平和RS锁存器的所有的R段。在第四个RS锁存器中S端接入优先编码器74LS148的GS端，输出端Q端接优先编码器74LS148的使能端EI、报警电路、显示译码器74LS48的使能端RBI和显示灯。主持人开关打开时，整个电路处于工作状态，选手抢答，抢答完毕后，主持人恢复，让开关进行“关开”的过程中，整个电路被恢复，第二次抢答进行。（3）报警电路可以用555构成的多谐振荡器推动扬声器发声，当有选手抢答时，在有高电平输出，同时输给555定时器时，有报警。四、使用器件及仪器优先编码器：74LS148；RS锁存器：74LS279；显示译码器：74LS48；555定时器：NE555；发光二极管；共阴极数码显示器；输入一输出与非门：74LS27；扬声器（由发光二极管代替）；开关；电阻：8个10K， 7个1K，1个500K；电容：1uf和50nf各一个；导线若干。+5直流电源、万用表。五、设计内容与步骤（1）在Multisim 工具软件中设计电路并进行仿真，仿真结果正确则进入下一步骤；（2）安装调试各单元电路； （3）测试定时抢答器的逻辑功能，以满足设计功能要求；（4）画出定时抢答器的系统逻辑电路图；（5）写出设计性实验报告。六、主要芯片介绍1、优先编码器 74LS14874LS148引脚图 74LS148管脚徒输入输出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1xxxxxxxx11111011111111111100xxxxxxx0000010xxxxxx01001100xxxxx011010100xxxx0111011100xxx01111100100xx011111101100x0111111110100011111111111074LS148 8线3线二进制编码器真值表74LS148工作原理如下： 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。 从功能表不难看出，输入优先级别的次为7，6，0。输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。例如5为0。且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时，输出代码为010，这就是优先编码器的工作原理。2、锁存器74LS279 SRQ功能00不定011置1100置011保持 74LS279引脚图 74LS279真值表锁存器74LS279原理：图中端接主持人控制开关，抢答前，控制开关使锁存器输出为零。、分别与编码器的输出端、和工作状态标志GS联接，当有抢答开关按下，编码器输出相应的二进制代码，经锁存器保持抢答信息。编码器工作状态标志GS使锁存器输出Q0为“1”，Q0联接到编码器74LS148的输入使能端EI，封锁其它路输入，同时接译码电路74LS247的控制端，当其为高电平时，译码器工作，当其为低电平时，字型全“灭”。Q1、Q2、Q3与译码显示电路的输入端相连，控制开关为主持人所设，S打向RESET端复位后才可进行下一轮抢答。3、显示译码器74LS48显示译码器74LS48引脚图 显示译码器74LS48真值表显示译码器74LS48工作原理：74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。 由74LS48真值表可获知74LS48所具有的逻辑功能：（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低电平。（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT 和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT = 0）此时BI/RBO端作为输出端， 端输入低电平信号时，表1最后一行，与 及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时DCBA = 0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。4、555定时器NE555555定时器引脚图5、共阴极七段数码管七、仿真电路图八、实物图 九、系统调试把上面所设计的单元电路连接起来可得到整机电路。然后可在印刷电路板上焊接分立元件并进行调试。在调试的过程中可能会遇到由于逻辑门传输延时的存在而带来的竞争冒险问题 ,主要表现在当按键按下 时 ,在连续按键的情况下大约有50 %的可能性误显示为7或4和当选手抢答后，数码管、报警器和显示灯不显示。1测试使用的主要的仪器仪表是万用表。2、测试的电压显示为5伏。3调试电路的方法和技巧是用红黑表笔测试接电源处是否有电压显示，再用表笔分别测试各集成块和电阻，电容的电压，注意用手背触摸一下，检查各仪器是否发热工作。 4、用万用表检测线路的接线时否正确或是否虚焊的情况，根据仿真原理图，测两相连芯片的引脚，若电阻为“0”，则接线正确和无虚焊，否则接线错误或有虚焊现象，进行检查。5、测试电路是否有短路或断路的情况。6、报警电路功能测试，按图在实验上连线，出现电阻和电容的德参数不正确，电阻和电容太大，方法是换小电阻、小电容进行调试。7、检测芯片是否有损坏，监测方法在工作电路中检测相应的高低电平。十、心得体会一个星期多星期的艰苦奋斗，我终于完成了传说中的数字式抢答器，虽然熬了几个通宵，甚至手都被烫了几次，样子也很丑，但总算是完成了，短短的这一个星期，让我学会了很多。刚开始做仿真设计时连仿真软件都安不上去，都快愁死了，下来一想到做这个东西，大二学的知识又要重新复习一遍，头就大了，一脸的迷茫。什么编码器，译码器都忘了长什么样子，但还是硬着头皮翻开了书仔细复习深入了解，但底子还是有的，越看越有精神，慢慢深陷其中，也感觉到亲自操刀的快乐，让我跟开心的是当初在学这门课程时没理解的内容这次也彻底理解掌握了，让我懂得了更多的知识。梳理了理论知识后对于抢答器的设计也就有了一个大致的思路，使自己茅塞顿开。下来就开始做仿真，一个器件一个器件的理解后，仿真也就很容易的做出来了。但是仅有理论知识的铺垫，在实际操作起来还是有难度的，比如整体布局，如果器件胡乱的摆放，到最后联线就很麻烦。又比如线路的短路和开路，自己觉的可行的，但在实际中还是有一定的差距。我的抢答器线路连得不好看，但都费了很大的功夫，这都不算，在板子上面连好后，进入测试时显示器上的数字却是缺胳膊少腿的，愁死人了，自己用万用表仔细的检查，也查出了一些问题，想七段显示器的两边中间的引脚都是要接地的，但我的却只有一边接了，还有最后的开关也没有接电阻，编码器与锁存器之间有一根线也接错了，但在我把这些搞好后，数字有了一些改变，但还存在问题，最好同学帮我仔细看了一下，发现我要的显示编号是从07就要把译码器的6引脚也接地来将高电平置零，这样总算好了。在以后的学习中我不仅要学习理论知识，更重要的是要加强实践的锻炼。而且在这次设计学习中，我不仅在这设计当中学会了很多芯