8路搶答器設(shè)計（含完整圖）

1、數(shù)字電路課程設(shè)計報告8路數(shù)字搶答器1.概述搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕s0 s7表示。另外設(shè)置系統(tǒng)清除開關(guān)一個，該開關(guān)由主持人控制。搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在七段數(shù)碼管上顯示選手號碼。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當主持人按下清除鍵后，參賽選手可以進行搶答，同時倒計時電路開始倒計時，搶答有效時，紅燈亮，倒計時停止，顯示器上顯示選手的編號，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。2、8路數(shù)字搶答器各主要芯片介紹2.1、74ls148 74ls148是一個8線3線優(yōu)先編碼器。 74ls1

2、48外部管腳圖、真值表如圖所示： 74ls148的功能表輸 入輸 出 1000000000x x x x x x x x1 1 1 1 1 1 1 1x x x x x x x 0x x x x x x 0 1x x x x x 0 1 1x x x x 0 1 1 1x x x 0 1 1 1 1x x 0 1 1 1 1 1x 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 11 1 1 0 10 0 0 1 00 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 1 01 0 0 1 01 0 1 1 01 1 0 1 01 1 1 1 0ucc yex ys i3 i

3、2 i1 i0 y0 i4 i5 i6 i7 s y2 y1 gnd 圖74ls148管腳圖16 974ls1481 8 圖一 74ls148 真值表 由表不難看出，在電路正常工作狀態(tài)下，允許當中同時有幾個輸入端同時為低電平，即有編碼輸入信號。的優(yōu)先權(quán)最高，的優(yōu)先權(quán)最低。當時，無論其它輸入端有無輸入信號（表中以x表示），輸出端只給出的編碼，即，當時，無論其它輸入端有無輸入信號，只對編碼，即輸出為。其余可以依次類推。2.2、555定時器555定時器有兩個比較器 c1和 c2各有一個輸入端連接到三個電阻r組成的分壓器上，比較器的輸出接到rs觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管，輸出級的驅(qū)動電流可達20

4、0ma。電路圖如圖所示。圖555定時器 比較器c1和c2的參考電壓分別為ur1和ur2，根據(jù)c1和c2的另一個輸入端觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出rs觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當復位端為低電平時，rs觸發(fā)器被強制復位。若無需復位操作，復位端應(yīng)接高電平。由于三個電阻等值，所以當沒有控制電壓輸入時，當控制電壓外接時，如外接 ,則 ;為防止干擾，控制電壓端懸空時，應(yīng)接一濾波電容到地。555定時器的邏輯功能如表所示。表一 555定時器的功能表2.3、74ls4874ls48是一個用于驅(qū)動共陰極 led （數(shù)碼管）顯示器的 bcd 碼七段碼譯碼器，特點如下：具有bcd轉(zhuǎn)換和消隱控制、七段譯碼及驅(qū)動功能的ttl電路

5、,能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動led顯示器。圖74ls48 封裝圖其功能如下：4腳是消隱輸入控制端，當=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。：3腳是測試輸入端，當=1，=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 dcba 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 /：波紋隱藏式輸出。a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。邏輯功能見表：表二 74ls48 真值表8421 bcd 碼對應(yīng)的顯示見下圖： 選用共陰極數(shù)碼管，對于 74ls48，它與數(shù)碼管的基本連接方式

6、如下圖 ：圖數(shù)碼管顯示電路2.4、74ls74 74ls74集成電路為雙d觸發(fā)器，其管腳圖如右圖所示。其中d為觸發(fā)器的輸入端，q、為兩個輸出端，d為預置端，d為清除端，cp為時鐘輸入端。真值表為：輸入輸出 cpdq0110100100不定111101100111q 表三 74ls74 功能表封裝圖為：圖6 d觸發(fā)器封裝電路2.5、74ls19274ls192是雙時鐘4位十進制加/減同步計數(shù)器。其封裝圖及功能表如下圖：圖7 74ls192封裝圖及管腳排列圖表四 74ls192功能表其中：tcu 是加計數(shù)進位輸出端，當加計數(shù)到最大數(shù)值時，tcu 發(fā)出一個低電平信號（平時為高電平）；tcd 為見計數(shù)

7、借位輸出端，當減計數(shù)到0時，tcd 發(fā)出一個低電平信號（平時為高電平），tcu 和tcd 負脈沖寬度等于時鐘低電平寬度。2.6、74ls0074ls00是通用數(shù)字電路：四2輸入與非門。其管腳圖如下圖所示：圖8 管腳排列圖2.7、74ls0874ls08是通用數(shù)字電路：四2輸入與門。其管腳圖如下圖所示：圖9 74ls08管腳排列圖3、8路數(shù)字搶答器實現(xiàn)原理與電路3.1、數(shù)字搶答器總體方框圖如圖1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人按下清零狀態(tài)開關(guān)，同時宣布開始，編號顯示器顯示“空值”，開始倒計時，搶答器工作。選手開始搶答，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪

8、搶答之后，禁止二次搶答。如果再次搶答必須由主持人再次操作清零狀態(tài)開關(guān)。3.2、電路原理圖： 圖11 系統(tǒng)原理圖4單元電路設(shè)計4.1搶答器電路設(shè)計 搶答電路的功能有兩個：一是分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按按鈕操作無效。選用優(yōu)先編碼器74ls148和d觸發(fā)器可以完成上述功能，其電路組成如圖12所示。圖12 搶答電路工作原理是：當主持人控制開關(guān)按下時，rs觸發(fā)器的端為低電平，輸出端（4q1q）全部為低電平。于是74ls148的/=0,顯示器滅燈：74ls148的選通輸入端=0,74ls148處于工作狀態(tài)。當主持人開關(guān)松開后優(yōu)先編碼電路和鎖存電路

9、同時處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端7 0 輸入信號，當有選手將按鈕按下時（按下s5）,74ls148的輸出210 =010, gs =0,經(jīng)rs鎖存器后，ctr=1，/=1，74ls74處于工作狀態(tài)，4q3q2q=101,經(jīng)74ls48譯碼后，顯示器上顯示出“5”。此外，ctr=1, 使74ls148的為高電平，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖其他按鈕的輸入。當選手按下的按鈕松開后，74ls148上的gs 為高電平，但由于ctr維持高電平不變，所以74ls148仍處于禁止工作狀態(tài)，其他按鈕的輸入信號不會被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。當優(yōu)先搶答者回

10、答完為題后，主持人只需再次按下清除按鈕，便可以進行下輪搶答。 4.2 定時電路設(shè)計 節(jié)目主持人跟據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，選用十進制同步加/減計數(shù)器74ls192進行設(shè)計，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖13所示： 圖13 定時電路4.3 報警電路設(shè)計 由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖14所示。其中，555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：fo =其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。rst為控制信號，當rst為高電平時，多諧振蕩器工作；反之，電路停振。圖14 報警電路4.4 時序控制電路設(shè)計時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，他要完成以下三

11、項功能。 （1）主持人按下控制開關(guān)后，揚聲器發(fā)聲，搶答器和定時電路進入正常工作搶答狀態(tài)。 （2）當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)生，搶答電路和定時電路停止工作。 （3）當設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)生，同時搶答電路和定時電路停止工作。 根據(jù)上面功能要求以及圖12和圖13，設(shè)計的時序控制電路如圖15所示。圖中，門g1,g2的作用是控制時鐘信號cp的放行與禁止，門g3的作用是控制74ls148的輸入使能端。圖15（a）所示電路的工作原理是：主持人控制開關(guān)按下時，來自于圖12所示的74ls74的輸出ctr=0，經(jīng)g4 反相，a=1，則從555輸出端來的時鐘信號cp能加到74ls192的cp

12、d時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，來自于圖13所示的借位輸出端=1,門g3的輸出=0，使74ls148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能（1）的要求。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答按鈕時，ctr=1經(jīng)g4反相a=0，封鎖cp信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門g3的輸出=1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能（2）的要求。到定時時間到時，來自74ls192的=0，=1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答，同時g1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖cp信號，是定時電路保持00狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能（3）的要求。圖15（b）所示電路用于控制報警電路。 （a） （b）圖1

13、5 時序控制電路（a）搶答與定時電路的時序控制電路 （b）報警電路的時序控制電路5. 電路調(diào)試5.1調(diào)試步驟（1）、電路性能檢測； 在pcb板上焊接電路元件前，先仔細檢查一下pcb板是否有短路或斷路的情況，并加以修正。元件焊接完成后，再仔細檢查一下焊盤是否有漏焊的地方，電路板是否有短路的情況。（2）、上電，檢測電路各級直流狀態(tài)，排除故障后，并記錄特殊節(jié)點的電位數(shù)值；接+5v電源，檢測各級電路直流狀態(tài)：u1:gndtrigoutrstcvoltthrdiscvccl609hzhu2:a0a1a2a3gndabcdefgvcchhhhhhllhhhllllhu3:clr(a)d(a)clk(a)p

14、r(a)q(a)(a)gndclr(b)d(b)clk(b)pr(b)q(b)(b)vcchllhhllhllhhlhu4:clr(a)d(a)clk(a)pr(a)q(a)(a)gndclr(b)d(b)clk(b)pr(b)q(b)(b)vcchllhhllhllhhlhu5:01234567gnd012vcchhhhhhhhlhhhhhhhu6:a0a1a2a3gndabcdefgvcchhhhhlllhhhhhllhu7:a0a1a2a3gndabcdefgvcchhhhlllllhhllllhu8:rstupdwnp0p1p2p3gndq0q1q2q3vcchlhhhhlllhhll

15、hhhu9:rstupdwnp0p1p2p3gndq0q1q2q3vcchlhhlllllhlllhhhu10:gndtrigoutrstcvoltthrdiscvccl1hzhu11:1a1b1y2a2b2ygnd3a3b3y4a4b4yvcchhhlhlll1hzlhu12:a1b1y1a2b2y2gnda3b3y3a4b4y4vcchhlhhhlhlhh 特殊節(jié)點檢測：在電路圖中觀測以下特殊節(jié)點的電平變化情況：節(jié)點(u8)clr(u8)rst(u1)dwn(u9)按s8前hhhll按下s8lllhhs8松開后llllh規(guī)定時間內(nèi)按下?lián)尨疰Ihhhll倒計時結(jié)束hhhhl（3）、交流狀態(tài)觀測

16、 本系統(tǒng)激勵狀態(tài)觀測，排除故障，并記錄數(shù)據(jù)電平波形。 若上步驟無法實現(xiàn)時，采用代替法（外激勵法），割裂系統(tǒng)電路，逐級單元電路調(diào)試，剔出故障；排除故障后恢復電路系統(tǒng)，再測試并記錄數(shù)據(jù)或電平波形。電路接+5v電壓，觀測u1,u10的3（out）輸出電平波形：u1的輸出波形如下圖：u10的輸出波形如下圖：在設(shè)計過程中發(fā)現(xiàn)的問題和所做的改進:在完成電路的焊接，進入調(diào)試階段時，搶答器顯示電路出現(xiàn)了不穩(wěn)定的問題。主要表現(xiàn)在數(shù)碼管部分筆畫不能顯示。開始我以為是芯片或數(shù)碼管出了問題，于是對芯片進行了逐個排查，確定芯片沒有損壞后，我們開始檢查導線的焊接情況。我們利用萬用表對接線處逐個進行了排查，最后發(fā)現(xiàn)某芯片的

17、一個引腳處的導線松了。我對導線進行了重新焊接，過后系統(tǒng)恢復了正常。6、組裝與調(diào)試6.1 使用的主要儀器、儀表5v直流穩(wěn)壓電源；萬用表；6.2 電路調(diào)試6.2.1 靜態(tài)調(diào)試使用萬能表測試引腳連接情況，注意有沒有錯誤連線，引腳之間有沒有誤連。6.2.2 動態(tài)調(diào)試 接上5v直流電源，將系統(tǒng)清除按鍵按下。74ls192的四個rs觸發(fā)器的置0端均為0，使四個觸發(fā)器均被置0。1q為0，使74ls148的使能端=0，74ls148處于允許編碼狀態(tài)，同時1q為0，使74ls48的滅燈輸入端=0，數(shù)碼管無顯示。這時搶答器處于準備搶答狀態(tài)。當將系統(tǒng)清除按鍵放開時，搶答器處于等待狀態(tài)。當有選手將按鍵開關(guān)按下時，搶答

18、器將接受并顯示搶答結(jié)果，假設(shè)按下的是s4，則74ls148的編碼輸出為011，此代碼送入74ls279鎖存后，使4q3q2q=100，亦即74ls148的輸入為0100；又74ls148的優(yōu)先編碼標志輸出為0，使1q=1，即=1，74ls48處于譯碼狀態(tài)，譯碼的結(jié)果顯示為“4”。同時1q=1，使74ls148的=1，74ls148處于禁止狀態(tài)，從而封鎖了其他按鍵的輸入。此外，當優(yōu)先搶答者的按鍵松開再按下時，由于仍為1q=1，使=1，74ls148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會接受二次按鍵時的輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。7、總結(jié) 本設(shè)計詳細介紹了搶答器的設(shè)計方案，功能及在設(shè)計過程中所做的改進。這種

19、搶答器主要是基于74系列集成芯片，成本較低，且基本能夠使用于學校的一些活動中。改進設(shè)想及建議：（1）我們設(shè)計的作品主要是用74系列集成芯片來完成的，在焊接的過程中由于芯片的引腳過多，布線工作不是很方便。有時候還因為某一跟線沒有焊牢，造成電路的不穩(wěn)定，這些都是有待改進的。我們的想法是根據(jù)單片機原理及相關(guān)知識對我們的設(shè)計進行一些改進。（2）選手號碼的顯示問題：在設(shè)計過程中，我發(fā)現(xiàn)按下?lián)尨鸢粹o后，我希望其在七段數(shù)碼顯示管上顯示的選手號碼是1到8，這樣符合我一般的思維，而按照我一開始所做的設(shè)計，數(shù)碼管只能顯示0到7，我在認真研究體設(shè)計方案和7448譯碼器的功能表（見表3）后，發(fā)現(xiàn)解決此問題只須將顯示0

20、改為顯示8，而其他的顯示則不改變。由表3可以看出，將7448的a3端置1，其他位置0。我們通過觀察表3看出，只有在字形（見表3）為0時，a2、a1、a0=1，其他均為0。于是我們就將a2、a1、a0 三端先接入非門7404，然后將他們接入與門7408，7408的輸出接7446的a3端，這樣就實現(xiàn)了顯示8的功能，其他的數(shù)碼的顯示并無影響。（3）增加定時電路、報警電路等。8、后感課程設(shè)計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。下面我對整個畢業(yè)設(shè)計的過程做一下簡單的總結(jié)。第一，接到任務(wù)以后進行選題。選題是課程設(shè)計的開端，選擇恰當?shù)?、感興趣的題目，這對于整個畢業(yè)設(shè)計是否能夠順利進

21、行關(guān)系極大。好比走路，這開始的第一步是具有決定意義的，第一步邁向何方，需要慎重考慮。否則，就可能走許多彎路、費許多周折，甚至南轅北轍，難以到達目的地。因此，選題時一定要考慮好了。第二，題目確定后就是找資料了。查資料是做畢業(yè)設(shè)計的前期準備工作，好的開端就相當于成功了一半，到圖書館、書店、資料室去雖說是比較原始的方式，但也有可取之處的?？傊还芡ㄟ^哪種方式查的資料都是有利用價值的，要一一記錄下來以備后用。第三，通過上面的過程，已經(jīng)積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一些了解，這一步就是在這樣一個基礎(chǔ)上，綜合已有的資料來更透徹的分析題目。第四，有了研究方向，就應(yīng)該動手實現(xiàn)了。其實以前的三步都是為

22、這一步作的鋪墊。通過這次設(shè)計，我對數(shù)字電路設(shè)計中的邏輯關(guān)系等有了一定的認識，對以前學的數(shù)字電路又有了一定的新認識，溫習了以前學的知識，就像人們常說的溫故而知新嘛，但在設(shè)計的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識都已經(jīng)不太清楚了，但是通過一些資料又重新的溫習了一下數(shù)字電路部分的內(nèi)容。在這次畢業(yè)設(shè)計中也使我們的同學關(guān)系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。在此要感謝我的指導老師，感謝老師給我這樣的機會鍛煉。在整個畢業(yè)設(shè)計過程中我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨立工作的能力，樹立了對自己工作能力的信心，相信會對今后的學習

23、工作生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設(shè)計過程中所學到的東西是這次畢業(yè)設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。參考文獻：【1】 閻 石. 數(shù)字電子電路. 北京：高等教育出版社. 2007【2】 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）. 北京：高等教育出版社. 2000【3】 任為民. 數(shù)字電子電路學習和實驗指導. 北京：廣播電視大學出版社.1992附錄 實驗的電路板a面 實驗的電路板b面運用multisim仿真實際電路：tgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgshls50clmtwn60eo8wgqv7xav2ohum32wgeauwydiawgmer4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkagtgkqcwa3ptgz7r4i30ka1dkaghn3xtkknbycudxqa7fhyi2chhi92tgkqcwa3ptgshls50clmtwn60eo8wgqv7