八路数字抢答器.doc

课程设计报告 题 目 数字抢答器设计 课 程 名 称 数字电子技术 院 部 名 称 专 业 班 级 学 生 姓 名 学 号 课程设计地点 课程设计学时 1周 指 导 教 师 课程设计报告要求 目录一、 设计要求（2）二、 总体参考方案（2）三、 单元电路设计（3）1 定时电路（3）2 门控电路(4)3 报警电路 (5)4 显示电路（6）四、 附图说明各部分功能的实现（7）1.按下S1启动定时30s，开始抢答，灯亮。（7） .某位选手抢答有效（如6号选手）（7）.清零、灭灯、复位（8）五、 整体电路图（8）六、 实验室调试（9） 1.元件清单（9） 2.调试过程（9） 3.调试结果(附照片) （10） 4.设计及调试心得体会（10） 数字抢答器设计一、 设计要求1. 数字抢答器应具有数码锁存、显示功能，抢答组数分为八组，即序号0、1、2、3、4、5、6、7，优先抢答者按动本组开关，组号立即锁存到LED显示器上，同时封锁其它组号。2. 系统设置外部清除键，按动清除键，LED显示器自动清零灭灯。3. 数字抢答器定时为30秒，启动起始键后，要求：30秒定时器开始工作；蜂鸣器要短暂报警；发光二极管亮灯。4. 抢答者在30秒内抢答，抢答有效，终止定时；30秒定时到，无抢答者本次抢答无效，系统短暂报警，发光二极管灭灯。二、 总体参考方案它包括定时电路、门控电路、译码显示电路、8线-3线优先编码器、RS锁存器和报警电路等六个部分组成。其中定时电路、门控电路、译码显示电路及8线-3线优先编码器三部分的时序配合尤为重要，当启动外部操作开关（起始键）时，定时器开始工作，同时打开门控电路，输出有效，8线-3线优先编码器等待数据输入，在定时时间内，优先按动开关的组号立即被锁存到LED显示器上，与此同时，门控电路输出无效，8线-3线优先编码器禁止工作；若定时到而无抢答者，定时电路立即关闭门控电路，输出无效，封锁8线-3线优先编码器，同时发出短暂报警信号。三、单元电路设计1.定时电路原理图如下：555定时器功能表:输入输出阈值输入(VI1)触发输入(VI2)复位(RD)输出(VO)放电管T00导通11截止10导通1不变不变该电路为555定时器构成的一个单稳态触发器，单稳态触发器的特点如下：（A） 、一个稳态和一个暂态（B） 、在外来脉冲作用下，能够由稳态翻转到暂稳态（C） 、暂稳态维持一段时间后将自动返回到稳态（D） 、暂稳态时间长短与触发脉冲无关，仅取决于电路本身的参数该电路功能：5 、当无触发信号输入：Ui保持高电平，电路工作在稳定状态，输出端Uo保持在低电平，555内放电三极管T饱和导通，引脚7接地，电容电压Uc为0V。6 、有触发信号输入(开关按下)：当Ui下降沿到达时，555触发输入端由高电平变为低电平，触发器发生翻转，输出端Uo变为高电平，电路进入暂稳态。7 、在暂稳态期间，555内放电三极管T截止，此后电容C充电至Uc=2/3(Vcc)时，电路又发生翻转。Uo为低电平，T导通，电容C放电，电路恢复至稳定状态。8 暂稳态持续时间：Tw=RCln31.1RC注：由于在仿真时运行效果比较慢，所以以上电路图中元件参数设置比较小。但在实际操作时请按要求来。2、 门控电路 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。 当参赛选手按动抢答键时，抢答电路停止工作。 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。 根据上面的功能要求设计的控制电路如图：Uo定时信号该控制电路工作原理：当按下定时电路开关时，定时电路开始工作，Uo（定时信号）输出高电平。选手未抢答时，74LS148编码器使能端为低电平，允许编码；选手抢答时，74LS148编码器编码，经由74LS279锁存器输出信号从而使74LS48译码器工作并将选手编号显示在数码管上。而当有选手抢答时，GS为低电平0，表示有选手抢答（有信号输入），则锁存器输入端为0，所以输出端为1，即高电平，控制电路将此信号反馈至编码器74LS148使能端，使其无效而停止编码，此时若有其他选手抢答则无效。在定时器工作结束后，若有选手按动抢答器，此时锁存器处于不确定状态（即S、R都为低电平0），数码管显示和发光二极管都会呈现一直忽闪状态，表明此时抢答无效。 74LS279引脚图 74LS279功能表及说明3、 报警电路 由于在multisim中仿真结果不能显现，所以借用另一种仿真软件protues进行仿真电路图如下：定时信号由555定时器和三极管构成的报警电路如图所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo143（RI2R2）C，其输出信号经三极管推动扬声器。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。4、 显示电路电路图如下：设计中选用的译码器型号是74LS48（共阴），其引脚排列如图所示，其中D、C、B、A BCD码输入端，A、B、C、D、E、F、G 译码输出端，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”，数码管七段同时电亮，以检查数码管各段能否正常发光。 灭灯输入端，“0”时，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。熄零输入端。用来熄灭不希望显示的零。四、附图说明各部分功能的实现1. 按下S1启动定时30s，开始抢答，灯亮。.某位选手抢答有效（如6号选手）i:实物图ii:仿真图按下6号抢答键： 发光二极管LED2发光3.清零、灭灯、复位如图所示：当按下清零开关时，发光二级管LED2灭灯，数码管熄灭。五、整体电路图图中所示元件请按各自需要选择六、实验室调试 1.元件清单四连面包板开关 若干电阻10k 若干电阻68k 若干电容10nF 若干电容100uF 若干定时器NE555 3片 8-3优先编码器(输入低)74LS148 1只七段数码管译码器74LS48 1只四-RS锁存器74LS279 1只共阴数码管 1只LED发光二极管 2只蜂鸣器 1只2、 调试过程调试的方法：不通电检查 电路安装完毕后，不要急于通电，应首先认真检查接线是否正确，包括多线、少线、错线等，尤其是电源线不能接错或接反，以免通电后烧坏电路或元器件。查线的方式有两种：一种是按照设计电路接线图检查安装电路，在安装好的电路中按电路图一一对照检查连线；另一种方法是按实际线路，对照电路原理图按两个元件接线端之间的连线去向检查。无论哪种方法，在检查中都要对已经检查过的连线做标记，使用万用表检查连线很有帮助。直观检查 连线检查完毕后，直观检查电源，元器件接线端之间有无短路，连线处有无接触不良。通电检查 把经过准确测量的电源电压加入电路，电源接通之后不要急于测量数据和观察结果，首先要观察有无异常现象，包括有无冒烟、有无异常气味、触摸元件是否有发烫现象、电源是否短路等。如果出现异常，应立即切断电源，排除故障后可重新通电。分块调试包括测试和调整两个方面。测试是在安装后对电路的参数及工作状态进行测量；调整则是在测试的基础上对电路的结构或参数进行修正，使之满足设计要求。为了使测试能够顺利进行，设计的电路图上应标出各点的电位值，以及其他参考数值。调试过程中我们不能单凭感觉和印象，要始终借助仪器观察，2、调试注意事项测试之前要熟悉各种仪器的使用方法，并仔细加以检查，避免由于仪器使用不当或出现故障而作出错误判断。测试仪器和被测电路应具有良好的共地，只有使仪器和电路之间建立一个公共地参考点，测试的结果才是准确的。调试过程中，发现器件或接线有问题需要更换或修改时，应关断电源，待更换完毕认真检查后方可重新通电。调试过程中，不但要认真观察和检测，还要认真记录。包括记录观察的现象、测量的数据间关系，必要时在记录中应附加说明，尤其是那些和设计不符合的现象更是记录的重点。依据记录的数据才能把实际观察的现象和理论预计的结果加以定量比较，从中发现问题，加以改进，最终完善设计方案。通过收集第一手资料可以帮助自己积累实际经验，切不可低估记录的重要作用。安装和调试自始至终要有严谨的科学作风，不能抱有侥幸心理。出现故障时，不要手忙脚乱，马虎从事，要认真查找故障原因，仔细作出判断，切不可一遇到故障解决不了时就拆线重新安装。因为重新安装的线路仍然存在各种问题，况且原理上的问题也不是重新安装电路就能解决的。在调试过程中，我们认真了解了上述知识，对我们电路作了调试。出现了故障3、 调试结果出现故障：（1）、接线错误，导致无任何结果 （2）、数码管显示与实际结果正好互补，及该亮的部分却处于熄灭状态 原因：数码管用错，本实验应用共阴数码管，错拿为共阳数码管4、 设计及调试心得体会在这周我们学会了很多。特别是课堂上学不到东西。在这里我们第一次真正的把学的东西转变成了电子产品。知道了团队合精神的重要性，第一次知道了手中的电烙铁，手中的导线是有生命的。在设计中，我们也学会了一些设计的小技巧，在设计中，对第一次接触电工的同学来说，焊接是一道难题，焊接工作是具有一定危险性的，不小心就会烫伤，所以焊接时要非常细心，稍微不小心就会把电路板和元件弄坏，刚开始焊的时候手都是抖的，但是熟练了就好了。 通过这次设计，我们对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的数字电路又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，有一些知识都已经不太清楚了，但是通过一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容。在这次设计中也使我们的同学关系