思想?yún)R報(bào)總結(jié)

PAGE1機(jī)電與車輛工程學(xué)院09電子信息工程專業(yè)技能訓(xùn)練總結(jié)題目：四路搶答器設(shè)計(jì)班級(jí)：電子信息工程092班姓名：柯明敏學(xué)號(hào)：1665090210小組成員：肖書華劉晶柯明敏王雨生2012年5月技能訓(xùn)練總結(jié)材料一、設(shè)計(jì)題目題目：四人智力競(jìng)賽搶答器二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1）設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)可供4名選手參加比賽的智力競(jìng)賽搶答器。用數(shù)字顯示搶答倒計(jì)時(shí)間，由“9”倒計(jì)到“0”時(shí)，無(wú)人搶答，蜂鳴器連續(xù)響1秒。選手搶答時(shí)，數(shù)碼顯示選手組號(hào)，同時(shí)蜂鳴器響1秒，倒計(jì)時(shí)停止。2）設(shè)計(jì)要求(1)4名選手編號(hào)為：1，2，3，4。各有一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)對(duì)應(yīng)，也分別為1，2，3，4。(2)給主持人設(shè)置一個(gè)控制按鈕，用來(lái)控制系統(tǒng)清零（搶答顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。(3)搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，該選手編號(hào)立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(4)搶答器具有定時(shí)（9秒）搶答的功能。當(dāng)主持人按下開始按鈕后，定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，定時(shí)顯示器顯示倒計(jì)時(shí)間，若無(wú)人搶答，倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，揚(yáng)聲器響，音響持續(xù)1秒。參賽選手在設(shè)定時(shí)間（9秒）內(nèi)搶答有效，搶答成功，揚(yáng)聲器響，音響持續(xù)1秒，同時(shí)定時(shí)器停止倒計(jì)時(shí)，搶答顯示器上顯示選手的編號(hào)，定時(shí)顯示器上顯示剩余搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(5)如果搶答定時(shí)已到，卻沒有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效。系統(tǒng)揚(yáng)聲器報(bào)警（音響持續(xù)1秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器顯示0。(6)可用石英晶體振蕩器或者555定時(shí)器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號(hào)，作為定時(shí)計(jì)數(shù)器的CP信號(hào)。三、原理電路設(shè)計(jì)：整個(gè)電路流程圖；鎖存器電路鎖存器電路編碼器電路譯碼器電路數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)電路編碼器電路數(shù)碼管顯示1khz脈沖電路1hz脈沖電路單穩(wěn)態(tài)電路蜂鳴器電路門單元電路選手搶答主持人按鈕整個(gè)電路如上圖所示，主要分為兩部分，一個(gè)是倒計(jì)時(shí)部分，一個(gè)是搶答電路，其中搶答器電路由鎖存器電路，編碼器電路，譯碼器電路，數(shù)碼管顯示電路組成，其中鎖存器電路可用1khz脈沖電路作為其時(shí)鐘端輸入脈沖，倒計(jì)時(shí)電路由倒計(jì)時(shí)芯片，編碼器電路路，數(shù)碼管顯示電路，倒計(jì)時(shí)采樣1hz的脈沖作為時(shí)鐘信號(hào)輸入端。單穩(wěn)態(tài)電路可以控制蜂鳴器鳴叫的時(shí)間，按要求可設(shè)置為1秒鐘。1、單元電路設(shè)計(jì)（1）、鎖存器電路的設(shè)計(jì)這部分電路的作用是對(duì)編碼輸出信號(hào)進(jìn)行鎖存，其工作原理為：比賽前，先清零（CLR=0），此時(shí)該電路不工作。搶答開始后，開關(guān)電路輸出的低電平信號(hào)送到74LS175中，鎖存電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電平信息，同時(shí)為防止其它開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂，最先產(chǎn)生的輸出電平變化又反過(guò)來(lái)將本觸發(fā)電路鎖定，此時(shí)若其他選手按下按鈕，將不會(huì)起作用，直到主持人按下S1開關(guān)復(fù)位后，方可重新開始搶答。因此該電路實(shí)現(xiàn)了搶答并封鎖其他輸入信號(hào)的功能。該電路利用集成正邊沿D觸發(fā)器74LS175完成數(shù)據(jù)鎖存功能，74LS175內(nèi)部含有四個(gè)獨(dú)立的D觸發(fā)器，其輸入端分別為1D、2D、3D、4D，輸出端為1Q、2Q、3Q、4Q及它們的4個(gè)互補(bǔ)非輸出端，四個(gè)觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)端（CLK）和清零端（CLR）是公用的。鎖存器的單元電路設(shè)計(jì)如下：（2）、編碼器電路的設(shè)計(jì)編碼器的作用是將參賽選手搶答后的開關(guān)信息轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的8421BCD碼，以提供數(shù)字顯示電路所需要的編碼輸入。編碼器的邏輯功能就是將輸入的每一個(gè)高、低電平信號(hào)編成一個(gè)對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制代碼，為了便于鎖存、顯示最先搶答者的選手號(hào),可首先采用8線-3線優(yōu)先編碼器74LS148對(duì)搶答輸入信號(hào)進(jìn)行編碼。該編碼器有8個(gè)信號(hào)輸入端，3個(gè)二進(jìn)制碼輸出端。此外，電路還設(shè)置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS。當(dāng)EI=0時(shí)，編碼器工作；而當(dāng)EI=1時(shí)，則不論8個(gè)輸入端為何種狀態(tài)，3個(gè)輸出端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出也為低電來(lái)有效的情況。當(dāng)EI為0，且至少有一個(gè)輸入端有編碼請(qǐng)求信號(hào)（邏輯0）時(shí)，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS為0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為1。輸入信號(hào)為0表示發(fā)出編碼信號(hào)，故邏輯符號(hào)輸入端I0～I(xiàn)7上面均有“-”號(hào)，這表示編碼輸入低電平有效，從功能表中看出，I7優(yōu)先權(quán)最高，而I0的優(yōu)先權(quán)最低，只要I7=0，就對(duì)I7進(jìn)行編碼，而不管其他輸入信號(hào)為何種狀態(tài)。74LS148編碼器的編碼輸出是反碼。比如：對(duì)I0編碼，應(yīng)當(dāng)輸出000，而電路輸出是111；對(duì)于編號(hào)，應(yīng)當(dāng)是101，而電路輸出為010，為此，A2、A1、A0上面均有“-”號(hào)，表示輸出反碼。因此在設(shè)計(jì)電路時(shí)需要通過(guò)一個(gè)非門連接到鎖存器。編碼器電路如下：（3）、譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)譯碼器是一個(gè)多輸入，多輸出的組合邏輯電路，它的作用是把給定的代碼進(jìn)行“翻譯”，變成相應(yīng)的狀態(tài)，使輸出通道中相應(yīng)的一路有信號(hào)輸出，譯碼器在數(shù)字系統(tǒng)中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉(zhuǎn)換、終端的數(shù)字顯示，還用于數(shù)據(jù)分配，存貯器尋址和組合控制信號(hào)等，不同的功能可選用不同種類的譯碼器。本設(shè)計(jì)中采用譯碼器74LS48，74LS48計(jì)數(shù)器對(duì)其產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)結(jié)果送入字符譯碼器并驅(qū)動(dòng)七段數(shù)碼管，使數(shù)碼管顯示單脈沖發(fā)生器產(chǎn)生了多少個(gè)脈沖信號(hào)。輸出端（Ya-Yg）為高電平有效，可驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示管，當(dāng)要求輸出0－8時(shí)，消隱輸入（BI/RBO）應(yīng)為高電平或開路，對(duì)于輸出為0時(shí)還要求脈沖消隱輸入（RBI）為高電平或者開路。當(dāng)BI為低電平時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，Ya－Yg均為低電平。當(dāng)RBI和地址端（A0－A3）均為低電平，并且燈測(cè)試輸入端（LT）為高電平時(shí)，Ya－Yg為低電平，脈沖消隱輸出（RBO）也變?yōu)榈碗娖?。?dāng)BI/RBO為高電平或開路時(shí)，LT為低電平可使Ya－Yg均為高電平。引出端符號(hào):A0－A3譯碼地址輸入端EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿),I)/EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),R)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿),O)消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效）EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),L)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),T)燈測(cè)試輸入端（低電平有效）EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),R)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿＿),B)EQ\*jc2\o\ad(\s\up17(＿),I)脈沖消隱輸入端（低電平有效）Ya－Yg段輸出此次搶答電路采用74ls48芯片與之相對(duì)應(yīng)的7段共陰數(shù)碼管搭配，為避免電路過(guò)小，可在譯碼器與數(shù)碼管間接上拉電阻以增大電流，上拉電阻選用1k的9針排阻。譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)如下：（4）、倒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)電路采用74ls190作為倒計(jì)時(shí)芯片，并將其輸入端置入初始計(jì)數(shù)，clk信號(hào)輸入端采樣1hz的信號(hào)輸入，P0,P1,P2,P3為數(shù)據(jù)并行輸入端，輸出為Q0，Q1，Q2，Q3，并且可以讓電路在到零時(shí)保持。74LS190的預(yù)置是異步的，當(dāng)置入控制端（LD）為低電平時(shí)，不管時(shí)鐘CLK的狀態(tài)如何，輸出端（Q0～Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（P0～P3）相一致的狀態(tài)。74LS190的計(jì)數(shù)是同步的，靠CLK加在4個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)。當(dāng)計(jì)數(shù)控制端為低電平時(shí)，在CLK上升沿作用下Q0～Q3同時(shí)變化，從而消除了異步計(jì)數(shù)器中出現(xiàn)的計(jì)數(shù)尖峰。當(dāng)計(jì)數(shù)方式控制(U/D）為低電平時(shí)進(jìn)行加計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)方式控制（U/D）為高電平時(shí)進(jìn)行減計(jì)數(shù)。只有在CLK為高電平時(shí)TC和U/D才可以跳變。74LS190有超前進(jìn)位功能。當(dāng)計(jì)數(shù)溢出時(shí)，進(jìn)位/錯(cuò)位輸出端輸出一個(gè)低電平脈沖，其寬度為CLK脈沖周期的高電平脈沖；行波時(shí)鐘輸出端（RCO）輸一個(gè)寬度等于CP低電平部分的低電平脈沖。使用74LS190芯片的減一計(jì)數(shù)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間的遞減計(jì)數(shù)，并通過(guò)一個(gè)七段數(shù)碼管來(lái)顯示芯片的輸出狀態(tài)。為使顯示數(shù)字在計(jì)數(shù)結(jié)束后停止繼續(xù)計(jì)數(shù)，應(yīng)該在計(jì)數(shù)結(jié)束后對(duì)74LS190的輸出進(jìn)行鎖存。74LS190倒數(shù)計(jì)數(shù)達(dá)到0時(shí)，對(duì)74LS190的輸入時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行屏蔽，從而使74LS190芯片不再進(jìn)行倒數(shù)計(jì)數(shù)。倒計(jì)時(shí)單元電路如下：（5）、時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)在本電路中需要兩種時(shí)鐘脈沖，一種是給74ls175提供的1khz脈沖信號(hào)，另一種是給倒計(jì)時(shí)電路74ls190提供的1hz，根據(jù)555多諧振蕩器的頻率計(jì)算公式：可以求得1hz的電路電阻均取47k，電容取10uf，而1khz電路的電阻取4.7k，電容取0.1uf。時(shí)鐘電路的設(shè)計(jì)電路圖如下：（6）、單穩(wěn)態(tài)電路及蜂鳴器的設(shè)計(jì)為保證蜂鳴器鳴叫時(shí)間為一秒，可以使用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，單穩(wěn)態(tài)電路的芯片可以選擇74ls123。根據(jù)74ls123的暫穩(wěn)態(tài)計(jì)算公式：我們可以選擇R為36k，C為100uf，則在誤差許可范圍內(nèi)，鳴叫時(shí)間大約是1秒。74ls123的真值表如下：蜂鳴器采用有源蜂鳴器，為避免單穩(wěn)態(tài)電路輸出端電流不足，可以使用一個(gè)NPN三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器鳴叫。單穩(wěn)態(tài)電路及蜂鳴器電路如下：5、整體電路。整體電路工作原理：搶答電路：使用74ls175作為鎖存電路，當(dāng)有人搶答時(shí)，利用鎖存器的輸出信號(hào)號(hào)將時(shí)鐘脈沖置零，74ls175立即被鎖存，同時(shí)蜂鳴器鳴叫1s，這時(shí)搶答無(wú)效，使用74ls148作為編碼器，對(duì)輸入的型號(hào)進(jìn)行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入共陰數(shù)碼管里顯示出搶答者的編號(hào)。主持人電路：；利用74ls190計(jì)數(shù)器作為倒計(jì)時(shí)的芯片，當(dāng)主持人按下?lián)尨鸢粹o時(shí)，74ls190被置九，同時(shí)將顯示上次搶到題目的選手編號(hào)的數(shù)碼管清零，并開始倒計(jì)時(shí)，，并通過(guò)74ls48編碼器將即時(shí)時(shí)間進(jìn)行編碼，并送到7段共陰數(shù)碼管，顯示此時(shí)的時(shí)間。假如在9秒內(nèi)有人搶答，則計(jì)數(shù)器停止倒計(jì)時(shí)，將鎖存器鎖存，禁止選手搶答，蜂鳴器鳴叫一秒，停止倒計(jì)時(shí)。整體電路圖如下：PCB圖設(shè)計(jì)圖如下：最終電路板為：6、總結(jié)：本電路使用了鎖存器，編碼器，譯碼器數(shù)碼管等構(gòu)成倒計(jì)時(shí)電路使用了74ls190等電路實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)，并利用使能端及門電路，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)鎖存，鳴叫，清零等功能，總結(jié)如下：優(yōu)點(diǎn)：電路功能原理清晰，各項(xiàng)功能均達(dá)到了要求，顯示準(zhǔn)確，反應(yīng)靈敏，無(wú)競(jìng)爭(zhēng)冒險(xiǎn)現(xiàn)象，基本滿足了普通競(jìng)賽的搶答要求。缺點(diǎn)：如果長(zhǎng)按住按鈕不放，主持人清零后將能獲得搶答權(quán)，且由于編碼器電路是優(yōu)先編碼器，所以如果兩人搶答時(shí)間間隔在1ms以內(nèi)，將出現(xiàn)編號(hào)靠前的選手獲得搶答權(quán)的情況。改進(jìn)：可以更改促發(fā)器的類型，如使用jk觸發(fā)器代替，則長(zhǎng)按無(wú)效，或者在搶答端添加一個(gè)發(fā)光二極管，當(dāng)有人作弊，二極管就會(huì)亮，從而阻止選手長(zhǎng)按按鈕的缺陷。心得體會(huì)：本畢業(yè)設(shè)計(jì)是在各位老師的親切關(guān)懷和細(xì)心指導(dǎo)下以及為我們小組成員的共同努力下完成的，在設(shè)計(jì)過(guò)程，得到了其他老師的細(xì)心指導(dǎo)和諸多幫助，他們的無(wú)私幫助和耐心指導(dǎo)也是我們小組得以完成本設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。再此我們向他們表示由衷的感謝。此間我還得到了其他同學(xué)等諸多指導(dǎo)，再此表示感謝。可以說(shuō)如果沒有他們的幫助我就不可能順利的按時(shí)完成畢業(yè)設(shè)計(jì)。真誠(chéng)的感謝所有的幫助過(guò)我的老師們，同學(xué)們、和朋友們。還有就是通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)于數(shù)字電路知識(shí)有了更深的了解，尤其是對(duì)數(shù)字邏輯芯片的性能和使用方面的知識(shí)有了進(jìn)一步的研究。同時(shí)實(shí)物的制作也提升了我的動(dòng)手能力，實(shí)踐能力得到了一定的鍛煉，加深了我對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)方面的興趣。理論與實(shí)踐得到了很好的結(jié)合。7、參考文獻(xiàn)：[1]閻石，數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社，2005年[2]梁廷貴.現(xiàn)代集成電路實(shí)用手冊(cè).北京：科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社，2002年[3]黃繼昌.數(shù)字集成電路應(yīng)用300例.北京：人民郵電出版社，2002年[4]徐麗香.數(shù)字電子技術(shù).北京：電子工業(yè)出版社，2006年[5]何書森，何華斌.實(shí)用數(shù)字電路原理與設(shè)計(jì)速成.福建：福建科學(xué)技術(shù)出版社.[6]肖景和.數(shù)字集成電路應(yīng)用精粹.北京：人民郵電出版社,2005年附錄一：四人智力搶答器設(shè)計(jì)成品展示附錄二：電路元件清單名稱及標(biāo)號(hào)型號(hào)及大小封裝形式數(shù)量鎖存器74ls175DIP161個(gè)編碼器74ls148DIP161個(gè)譯碼器74ls48DIP162個(gè)計(jì)數(shù)器74ls190DIP161個(gè)4與非門74ls2