四路抢答器的设计.doc

西安邮电学院数字电路课程设计报告书院系名称：学生姓名：专业名称：班 级：实习时间：题目：四路数字抢答器的设计一 实验目的（1） 设计一个四路抢答器。（2） 掌握小型数字系统的设计方法、组装、和调试技术，将孤立、零碎的电路及电子学知识融汇到实际产品中去。（3） 巩固数字电子技术所学的理论，着重解决工程实践的动手能力、创新能力和进行综合设计的能力。二 实验要求（1） 抢答器同时提供4名选手参赛，分别用4个按钮表示。抢答时长为10秒。（2） 输入抢答信号在“抢答开始”命令后的规定时间，显示抢答者的序号，相应的绿灯亮。在命令开始前抢答，显示违规者的序号，红灯亮。（3） 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在数码管上显示选手。抢答实行优先锁存，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） 参赛选手在设定时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作。显示器上显示选手编号和抢答时间，并保持到主持人清零为止。（5） 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效。红灯亮，并禁止抢答。定时器上显示0。三 使用元件器件数量器件数量74lLS1611片74LS1481片74LS751片74LS482片74LS201片74LS041片74LS001片74LS081片5551片数码管2个电容4.7u1个电容1031个4.71个1501个电阻1004个面包板1块导线若干万用表1台四 总体方案的设计 图1为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，组号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关拨到“开始状态，宣布抢答器开始工作。定时器倒计时。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、组号锁存、组号显示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人在再次操作“清除”和“开始”状态开关。抢答电路优先编码电路锁存器译码电路译码显示主持人开关控制电路脉冲产生电路定时电路译码电路显示电路扩展电路主体电路 图1五 单元电路的设计1. 输入控制电路 此电路要求能够区分抢答者是否违规：若输入的抢答信号是在“开始”命令下达之前发出，则抢答者犯规，输入控制电路应发出“抢答无效”的信号，并配合抢先信号锁定电路使指示灯发出相应的变化；若抢答信号是在“开始”命令下达之后发出的，则抢答有效。经分析，我认为可以通过控制电源开关来实现，判断抢答信号是否有效。这些可以用抢先信号锁定电路配合基本门电路和发光二极管实现。2. 抢答电路 参考电路如图2所示，该电路由74LS148优先编码器、74LS75 D触发器、74LS48译码器和数码管组成。 该电路完成两个功能：（1）分辨出参赛选手按键的先后，锁存并显示优先抢答者的组号；（2）使其他选手案件操作无效。 工作过程： ，74LS148始终处于工作状态。 , ,74LS48也始终处于工作状态。开关S置于“清除”端时，将74LS148的I1I4开关全部置于未抢答状态，此时I0I7均处于高电平状态。当开关S置于“开始”端时，抢答器处于等待工作状态，当有选手按下键时，（例如按下I4），74LS148的输出经74LS75 D触发器锁存后，ABC=100，经译码器显示为“4”。此外，I1I4中必有一个为0，将此信号经过与门输入到74LS75的E0/1,E2/3端，使触发器处于禁止状态，保证了抢答者的优先性。图274LS148的功能真值表：输 入输 出STIOI1I2I3I4I5I6I7Y2Y1Y0YEXYS1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X0111111110010011111111110174LS75的功能真值表：输入输出E0/1E2/3Q111010X0Q03.定时电路参考电路如图3所示，该电路由74LS161、74LS48、74LS04、74LS20实现。把161做成模十的计数器，开始时置数端为0110,161的输出端各接一个非门，就很容易的做成了模为十的倒计时器。再经过48的译码，数码管就可显示为9，当从0110一直循环到1111时，就完成一次循环。将1111信号过一个与非门接到161的端，即可完成计时结束后的保持为0的功能。将1111信号过一个与非门与抢答电路的反馈信号通过一个与门连接到E0/1,E2/3端，即可完成计时结束后禁止抢答的功能。开关直接连接到端，而端直接接与E0/1,E2/3端相同的信号，即可完成正常抢答后显示时间的功能。74LS161的功能真值表：计数器输入译码器输入数码管显示011010019011110008100001117100101106101001015101101004110000113110100102111000011111100000图34.脉冲电路参考电路如图4所示， 脉冲电路主要是由555实现。其作用是为定是电路提供定时脉冲。图4 注： 在实际搭电路时，两个电容位置应该与图4相同，因为需要的是秒脉冲，实际只需要等待一秒即可改变。而在仿真时的扫描频率设置的很快，而在没改变扫软件的描频率的前提下，将两电容的位置对调，即可产生如图6所示脉冲，这样可便于仿真时的观察。图5产生脉冲的波形为： 图65.译码显示电路译码电路将“有效”或“无效”抢答时间的抢答者的号码用数码管显示出来。若正常抢答，定是电路显示抢答时间，抢答电路显示抢答者的号码。若违规抢答，定是电路灭0，抢答电路显示违规者的号码。若超时，定是电路显示为0，抢答电路灭0。译码电路用7段显示译码器74LS48和数码管实现。6.指示灯的显示抢答情况 通过一个绿灯的表示抢答信号的“有效”和“无效”，通过红灯显示倒计时电路的计时停止与否。 六. 总系统电路图（手画设计图附在报告后面） 总体电路图如图6所示：图7七. 心得体会及分析 对于这次设计的四路抢答器，在做之前认为很难，但是当自己所设计出来后，才发现没有想象中的那么复杂。其实就是将课本上基础的和重点的知识运用到了实际中。只要掌握好课本中的基本知识，了解到实验所用器件的功能及作用，就能很好的完成这次课程设计。在对所需知识掌握的前提下，还要有一定的实践能力。例如：（1）对于课本上的各个器件的管脚的作用很熟悉，但是对实际的器件的管脚没法与之对应，很容易对所搭建的电路造成影响。是与仿真或理论上的到的结果不相符。（2）在设计定是电路时，首先我没有用输出端Q去控制反馈，而是用了CO端，导致了置数没法置入，使我了解到要完全将理论勇于实践的困难。（2）在连接前要规划好芯片的安装位置，否则很容易在连线的过程中出现困难。我的电路就是由于有一部分器件的位置离得太近，造成没法连线，以致多用器件。（3）在连接接电源是时，最好再次检查一下电路，我在二次检查时，就发现好几条线的连接是错误的。如果线路连接错误，就会造成实验结果错误或者没显示，甚至烧坏器件。 再通过这两周的设计实习，使我懂得了怎样将课本上的知识运用到实际中。是我在巩固了课本上知识之外还提高了自己分析问题及解决问题的能力。在不懂时，通过与同学的的交流，使我在设计过程中的效率提高了，防止了走入一些误区所耗费的时间。使我了解到合作的重要性。总之，这次的实习使我受益匪浅。在独自摸索时间的过程中，加强了我理论联系实际的能力。增强了我的自信心。使我了解到，在面对一些问题时，不能听别人说困难就知难而退，要做相信自己有将掌握的知识运用到实际中的能力。 附录（参考文献）：数字电路逻辑设计 王毓银 主编 高等教育出版社数字课程逻辑设计 师亚莉 戢小量 编西安邮电学院出版数字电路与EDA实践教程 唐小华 主编 科学出版社