数电程序设计

1、湖南工程学院课程设计任务书课程名称 ： 电子技术课程设计题 目 ： 智力竞赛抢答器专业班级：自动化 1004学生姓名：方程艺 学号： 17指导老师：李立审 批：任务书下达日期2012 年 12 月3日 星期一设计完成日期2012 年 12 月14 日 星期五设计内容与设计要求一、设计内容：1 .设计一个可容纳8组代表队参赛的智力抢答器， 每组 设一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。2 .抢答器具有第一信号鉴别及数据锁存功能。主持人将设备复位（清零）后，发出抢答指令，当第一组参赛者触动 按钮时，该组指示灯亮。此后，其他组别触动按钮无效。3 .设计一个用数码管显示 18组中最先抢答组别的电

2、 路。4 .抢答器具有定时30s抢答的功能，当主持人发出抢答 指令后开始减计时，弁用显示器显示时间。当抢答时间到， 蜂鸣器鸣叫发出报警信号，弁封锁输入电路，禁止选手超时 抢答。5 .设计一个犯规判别电路，弁用指示灯显示。6 .设置记分显示电路，每组预置 100分，答对1次加 10分，答错1次减10分。7 .功能扩展（自选） 二、设计要求：1 .思路清晰，给由整体设计框图和总电路图；2 .单元电路设计，给由具体设计思路和电路；3 .写生设计报告；主要设计条件1 .在实验楼南楼的四楼“综合实验室”和“电子实验 室”调试。2 .提供调试用实验箱和电路所需元件及芯片。说明书格式1 .课程设计封面；2

3、.任务书；3 .说明书目录；4 .设计总体思路，基本原理和框图（总电路图）5 .单元电路设计（各单元电路图）；6 .安装、调试步骤；7 .故障分析与电路改进；8 .总结与体会;9 .附录（元器件清单）；10 .参考文献；11 .课程设计成绩评分表目录1、设计方案11.1 设计方案与要求21.2 设计思想与原理32、单元电路 42.1 抢答器 52.2 报警器 22.3 定时器 62.4 计分器 63、总体电路14、仿真 45、故障分析与电路改进 16、部分重要元件引脚图 17、心得体会11、 设 计方案1.1 设计方案与要求所用到的主要器件： 74ls148 74ls138 74ls192 7

4、4ls32 显示器74ls00 74ls04 74ls20 等功能要求：（1） 可同时供 8 名选手或 8 个代表队参加比赛， 他们的选号分别是s0， s1，s2 ， s3， s4， s5 ， s6， s7 。（ 2）给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答器的开始。（ 3）抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮， 编号立即锁存， 并在 led 数码管上显示选手的编号， 同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，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将系统清零为止（ 4）抢答器具有定时30s抢答的功能，当主持人发出抢

5、答指令后开始减计时，并用显示器显示时间。当抢答时间到，蜂鸣器鸣叫发出报警信号，并封锁输入电路，禁止选手超时抢答。（ 5） 设计一个犯规判别电路，并用指示灯显示。（ 6）设置记分显示电路，每组预置100 分，答对 1 次加 10 分，答错 1 次减10 分。1.2设计思想和原理多路智力抢答器的组成框该设计抢答器的电路主要是由抢答电路， 触发电路，触发锁存 电路，七段显示译码器几部分构成。工作原理：通电后，主持人将开关拨到“清零状态，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。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。当定时 时间到，却没

6、有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时 抢答。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，扬声器提示。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：状态开关2、 单 元电路2.1 抢答器功能：一是分辨选手按键的先后，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。原理：选用优先编码器741s148和jk锁存器可以完成上述功能，所组成的电路图如下所示。这个电路的工作原理过程：当主持人控制开关s 置于“清零”端时，rs触发器的r非端均为0,4个触发器输出（q4

7、-q1）全部置0,使741s148的bi的非=0,显示器灯灭：741s148的选通输入端st的非=0,使之处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人把开关s 置于“开始”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， 等待输入端的信号， 当 有选手将键按下时（比如按下 s5） , 741s148的输出y2y1y0i勺非=010, yex勺非=0，经锁存后，ctr=1， bi 的非 =1，经 741s148 译码后，显示器显示为“ 5”。此外，crt=1使741s148的st的非为高电平，封锁其他按键的输入。如果再次抢答需有主持人将s 开关重新“清除”，电路复位。2.2

8、报警器功能：目主持人可根据抢答题的难以程度，来设定某一次抢答的时间，通过置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。原理：两块74ls192实现减法计数，通过译码电路74ls48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。 74192 的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度， 设定一次抢答的时间， 通过预置时间电路对计数器进行预置， 计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。 按键弹起后， 计数器开始减法计数工作， 并将时间显示在共阴极七段数码显示管上， 当有人抢答时， 停止计数并显示此时的倒计时时间； 如果没有人抢答， 且倒计时时间到时，bo2 输出低电平到时

9、序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。74ls192是同步十进制可逆计数器，具备双时钟输入，同时具备清零和置位功能2.3 定时器这部分电路我们是由555构成多谐振荡器，振荡频率fo=1.43/【（r1+2r c】，其输出信号经三极管推动扬声器。pr为控制信号，当pr为谐振荡器工作； 而当pr为低电平时，电路停振。2.4 计分器计分电路是由2各741s192组成。计分电路是由一个3位数十进制数组成。 其中个位数一直为0。所以显示个位数的显示管4个输入端都接地。十位数开始 显示0,所以置数端的输入为0000。百位数显示1,所以置数端输入为0001。通 过开关u, d来实现高低电平的切

10、换，从而现实分数的加减。143、总体电路其工作原理:八位选手编号分别为0、1、2、3、4、5、6、7,对应按钮分别为 s0、s1、s2、s& s4 s5、s& s7;首先主持人根据题目的难易程度设置抢答时间，此设定可以通过调节输入两片74ls192的d c、b、a四个管脚的高低电平来进行（例如要设定时间为60s,就将十位的192的d c、b、a分别置位为0、1、1、0,而将各位的192的dg b、a都置于0）。当主持人宣读完题目说“开始”并将开关置于“开始”位置后，输出为高电平，此高电平分为三路：一路输出到集成单稳态触发器74ls121的输入端，使其产生单个周期为 0.5s的脉冲，驱动报警电路

11、发出声响，即实现了发声提示的功能；另一路输出到74ls192的ld端，使其处于高电平而开始减计数；还有一路输出到锁存器的c端；若没有选手安东按钮，则74ls373输出全 为高电平，74ls148也输出高电平，e0端输出低电平至7448的灭灯输入r i / rbo端，使得信号经7448到显示器上时无显示；当任意一路（设 1）抢答器 按下按钮时，八d锁存器74ls373工作，与输入端相对应的输出端（1）输出高 电平，则锁存器输出的八位电平经83八位优先编码器74ls148编码输出的a0a2成为与输入信号相对应的三位二进制码，而74ls148的管脚15 （ e0）的输出电平由低变高，输出到七段译码显

12、示器74ls48 的二进制码经其译码后输出到七段共阴数码管上，则显示器上显示对应的编号（ 1）。此时，7448的ri/rbo端输出高电平，开关出也输出高电平，二者经过与非门输出低电平，经过与门还是低电平输出到锁存器373的c端，起到所存功能，其他选手若再按动对应按钮也无对应输出，即实现了抢答功能；由于 74ls148 的e0段输出高电平输出到集成单稳态触发器 74ls121的输入端，使其产生单个 周期为 0.5s 的脉冲， 驱动报警电路发出声响， 即实现了发声提示的功能； 同时， 74ls148的gs端输出电平由高变低，与秒脉冲发生器产生的秒脉冲相与后输出 为0,使得无脉冲抵达计数器192的d

13、own。计数器停止工作，保持原来显示 不变， 即实现了暂停减计数使其记录抢答时间的功能； 当选手回答完问题后， 主 持人将开关置于“清零”的位置，输出低电平，也是分为三路：一路与74148的e0端（高）与非后变为高电平输出到 373的使能端c,使得锁存器不再锁存 数据，此时，抢答部分显示器灭灯无显示，实现了清零；另一路低电平输出到计数器192的ld端，而cr端也是低电平，所以使得对应显示器输出预置的数据； 若在定时部分计数器倒计时到 00 还无选手按动按钮的话，两片 74ls192 的借位 输出端都输出高电平，二者相与后输出高电平到单稳态触发器74121 的 b 端口，使其产生周期为 0.5s

14、 的脉冲刺激报警电路发声提示。具体框图如下：gndu9a4、仿真按照总体电路图在仿真软件multisim上一一选择芯片并进行连接，然后启动开关观察。multisim 11.0三晨：快捷方式当仿真结果和预期一样，则证明仿真成功。设计的电路是正确的。5、故障分析与电路改进1 .显示器上不显示数字，我们从后级往前级进行测试，首先用1.52v的电压 作用各个笔段, 看对应各笔段是否亮 , 判断是否完好。 若完好则继续检测 74ls148芯片是否完好。在741s148的a、r g d四个输入端随意输入一组二进制数码 （用高低电平表示1 和 0，此处注意要用到8v 以上的电源电压） ，看是否能显示数字。无

15、显示的故障一般问题出在这两个环节。2 若显示器上显示的是不符合要求的数字， 在设计原理正确的前提下， 首先通过测试判断741s148的输出ag与led管的ag笔段是否连接有错。其方法是 741s148的输出ag分别按规律输入高低电平，观察 led管是否显示相应的数 字。如果这个环节正常，则问题在二极管编码电路，再逐一进行检查。3 如果不能锁存，或是锁存不了 1 和 7，则问题在锁存电路，应该从原理上进行分析。锁存电路的设计原理是：启用cd4511的锁存功能端le,高电平有效，即输入高电平时执行锁存功能。 锁存器应能锁定第一个抢答信号， 并拒绝后面抢答信号的干扰。如何设计呢，我们对09十个数字的

16、显示笔段进行分析，只有0 数字的 d 笔段亮与 g 笔段灭，其它数字至少有一点不成立。由此可以区分0 与其它数字。我们将led管的a笔段与g笔段的输入信号反馈到锁存电路，通过锁 存电路控制锁存端le输入为0或1（锁存与否）。当led显示器显示为0时，le=0, cd4511译码芯片不锁存；当led显示器显示其它数字时，le=1,芯片锁存。这 样只要显示器上显示为0， 741s148 译码芯片才不锁定，显示其它数字均锁存。6、部分重要元件引脚图(1) 741s148uuu eq g$ 321。 刖同网同冏同 p| 网口74ls148uul!uljlili4567eta2aighd管脚图(2) 741s192voc po mr tcd tcu pl 再 p3 同同问扃同国阿皿1 2 口 3 | q | 5 | |t | ep|qi qqcpqcpus03gnd(b)管脚图参考文献1 .电子线路设计、实验、测试 （第二版）华中理工大学生版社-谢自美 主编2 .新型集成电路的应用 电子技术基础课程设计华中理工大学生版社梁宗善 主编3 .电子技术基础实验高等教育由版社 陈大钦 主编4 .电子技术课程设计指导高教生版社彭介华主编7、心得体会通过两周的课程设计，使我对数字电路有了进一步的了解，在设计抢答器、 报警器、定时器的过程中，通过翻阅