1、 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題 目：數(shù)字定時(shí)搶答器姓 名： 某某某某x學(xué) 號(hào)：20102221 20102234 20103733班 級(jí)：農(nóng)業(yè)電氣化及其自動(dòng)化2010級(jí)1班指導(dǎo)老師：某x設(shè)計(jì)時(shí)間：2012年10月15號(hào)10月28號(hào)信息與工程學(xué)院目錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求3二、設(shè)計(jì)原理和系統(tǒng)框圖4三、單元電路設(shè)計(jì)5四、電路測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果11五、結(jié)束語(yǔ)13六、參考文獻(xiàn)15七、整機(jī)電路原理圖15一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1. 設(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，他們的編號(hào)分別是0.1.2.3.4.5.6.7各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)對(duì)應(yīng)2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān)S，該

2、開(kāi)關(guān)由主持人控制。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。搶答開(kāi)始后，若有選手按動(dòng)即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開(kāi)始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右。5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，

3、本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。二、設(shè)計(jì)原理和系統(tǒng)框圖分析總體框圖的功能，描述總體框圖的工作過(guò)程。定時(shí)搶答器的總體框圖所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開(kāi)始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。工作原理為：接通電源后，主持人的開(kāi)關(guān)處于“清除”位置時(shí)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，選手編號(hào)的LED數(shù)字顯示器燈不亮，搶答定時(shí)時(shí)間LED數(shù)字顯示器顯示設(shè)定時(shí)間。當(dāng)主持人把開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置后，搶答器進(jìn)入工作狀態(tài)，選手們進(jìn)行搶答。當(dāng)其中一個(gè)選手按下?lián)尨鸢粹o后，其他選手再按按鈕無(wú)

4、效，報(bào)警器發(fā)出聲響表示進(jìn)入回答問(wèn)題狀態(tài)，選手編號(hào)的LED數(shù)字顯示器顯示出搶答成功的選手的編號(hào)，與此同時(shí)定時(shí)時(shí)間開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，搶答定時(shí)時(shí)間LED數(shù)字顯示器顯示出該選手所剩下的回答問(wèn)題的時(shí)間。當(dāng)搶答定時(shí)時(shí)間到了，優(yōu)先編碼電路停止工作，選手門(mén)不能繼續(xù)搶答。搶答定時(shí)時(shí)間LED數(shù)字顯示器顯示時(shí)間為“0”。   原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。741

5、92的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒(méi)有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無(wú)效。三、單元電路設(shè)計(jì)給出單元電路圖，分析各單元電路的功能，記錄各單元電路的功能。1、搶答電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)電路如圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來(lái)完成。該電路主要完成兩個(gè)功能：一

6、是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無(wú)效。 圖2工作過(guò)程：開(kāi)關(guān)S置于"清除"端時(shí)，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端）0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于"開(kāi)始"時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端) =1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR

7、，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端），處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為CTR，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端），所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開(kāi)關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。74LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，表1為其功能表。2、定時(shí)電路設(shè)計(jì)節(jié)目主持人根據(jù)搶答器的難易程度，設(shè)計(jì)一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖3。原理及設(shè)計(jì)：該

8、部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)圖3由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)

9、碼顯示管DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒(méi)有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)， 輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無(wú)效。結(jié)合我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及考慮到元器件的成本，我們選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得 ，即秒脈沖。3、報(bào)警電路設(shè)計(jì)由發(fā)光二極管和10K歐姆的電阻構(gòu)成。當(dāng)計(jì)時(shí)器時(shí)間到,無(wú)人搶答 ,發(fā)光二極管亮 ,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作。4、時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能。1) 主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)

10、。2) 當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。3) 當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，定時(shí)和定時(shí)電路停止工作。根據(jù)上面的功能要求，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如（圖5）所示。圖中，門(mén)G1 的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門(mén)G2的作用是控制74LS148的輸人使能端 。圖11、4的工作原理是：主持人控制開(kāi)關(guān)從"清除"位置撥到"開(kāi)始"位置時(shí)，來(lái)自于（圖2）中的74LS279的輸出 1Q=0，經(jīng)G3反相， A1，則時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，則“定時(shí)到信號(hào)

11、”為 1，門(mén)G2的輸出 =0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間按動(dòng)搶答鍵時(shí)，1Q1，經(jīng) G3反相， A0，封鎖 CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門(mén)G2的輸出 =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則“定時(shí)到信號(hào)”為0， =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)， 門(mén)G1處于關(guān)門(mén)狀態(tài)，封鎖 CP信號(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)（功能3）的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間。四、電路測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果（1）單元電路檢測(cè)搶答電路把主持人的控制開(kāi)關(guān)設(shè)置為“清除”位置

12、，用萬(wàn)用表檢查RS觸發(fā)器的端為低電平，輸出端（4Q1Q）全部為低電平。于是74LS48的4端/=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端，即5端=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。然后把主持人的控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，給8路搶答端口即輸入端給上低電平的輸入信號(hào)，如當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如按下），74LS148的輸出=010，=0，經(jīng)RS鎖存器后，74LS279的輸出1Q=1，/=1，74LS279處于工作狀態(tài)，輸出端4Q3Q2Q=101，=0，經(jīng)RS鎖存器后，出“5”。此外，1Q=1，使74LS148仍

13、處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號(hào)不會(huì)被接收。定時(shí)電路用示波器檢查555的輸出波形是否為1Hz的方波信號(hào)，如不是對(duì)555的外圍電路進(jìn)行調(diào)整達(dá)到要求為止。給74LS192的數(shù)據(jù)輸入端設(shè)定一次搶答的時(shí)間，如35秒（00110101）的八位數(shù)據(jù)。觀察顯示器的顯示時(shí)間是否進(jìn)行減計(jì)數(shù)。有問(wèn)題按原理進(jìn)行修改。時(shí)序控制電路及報(bào)警電路<1> 主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。<2> 當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。<3> 當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

14、（2）整機(jī)電路調(diào)試開(kāi)始時(shí)，主持人將控制開(kāi)關(guān)接地，搶答電路部分鎖存器74LS279的狀態(tài)輸出全為0，74LS48的滅燈輸入與鎖存器74LS279的1Q相接，故搶答電路無(wú)顯示（清除）；與此同時(shí)，在計(jì)時(shí)電路部分，減法計(jì)數(shù)器74LS192的預(yù)置數(shù)端為0，將事先的預(yù)置數(shù)送入減法計(jì)數(shù)器中。當(dāng)主持人按鍵彈起時(shí)，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)工作，搶答開(kāi)始；在沒(méi)有人按鍵且搶答時(shí)間沒(méi)到時(shí)，優(yōu)先編碼器輸出為1，計(jì)數(shù)器輸出為1，74LS148的5端，即0,而優(yōu)先編碼器和計(jì)數(shù)器都正常工作；當(dāng)在規(guī)定時(shí)間有人按下?lián)尨鸢存I時(shí)，輸出為0，1Q=1，=1，優(yōu)先編碼器停止工作，此后選手的搶答無(wú)效，電路將按鍵者的編號(hào)顯示在LED上；同時(shí)，1Q=1

15、，計(jì)數(shù)部分的計(jì)數(shù)脈沖=0，計(jì)數(shù)器停止工作，此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間記錄并顯示在LED上；74LS148的端由1跳變到0，Q輸出暫態(tài)高電平，發(fā)光二極管亮； 如果在規(guī)定時(shí)間無(wú)人搶答，由1跳變到0， Q輸出暫態(tài)高電平，發(fā)光二極管亮；=1，搶答電路停止工作，此后的搶答按鍵無(wú)效。（3）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄74LS14874LS27974LS4874LS19274LS192主持人開(kāi)關(guān)S1Q01000010CP0110001111CP有人搶答00111111074LS121555主持人開(kāi)關(guān)SCP1QSPR4311CP11100101100001CP111001111000有人搶答1CP001010101111五、結(jié)束語(yǔ)經(jīng)過(guò)

16、一個(gè)多星期的共同努力，我們終于完成了數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)課題。雖然時(shí)間不長(zhǎng)，但是在這個(gè)過(guò)程中我們得到了很多東西。因?yàn)橐郧皼](méi)有做過(guò)這一方面的課題，所以一開(kāi)始看到這個(gè)題目的時(shí)候有點(diǎn)不知所措，不知道從什么時(shí)候開(kāi)始做，不知道焊槍怎么使用。經(jīng)過(guò)老師的指導(dǎo)后，我和另兩位同學(xué)開(kāi)始查資料、討論，開(kāi)始設(shè)計(jì)整機(jī)電路原理圖，我們覺(jué)得只有設(shè)計(jì)好這個(gè)才是前期準(zhǔn)備的關(guān)鍵。在這個(gè)過(guò)程中，我們有沖突、爭(zhēng)論、矛盾，但是經(jīng)過(guò)商量我們找到了最好的解決辦法，同時(shí)也收獲了友誼。在這一段時(shí)間，我們經(jīng)歷了階段性成功的喜悅、測(cè)試失敗后的失望、陷入困境時(shí)的不知所措、重新投入的振作。在老師的指導(dǎo)下，我們終于成功解決所有問(wèn)題，當(dāng)接通電源，計(jì)時(shí)器在跳動(dòng)，一切都正常工作的時(shí)候，我們終于體驗(yàn)到成功的快樂(lè)，我們培養(yǎng)出了無(wú)與倫比的默契和深厚的友誼。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，最大的收獲就是把書(shū)本和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)了，提高了動(dòng)手能力。學(xué)到了很多東西，懂得了團(tuán)結(jié)合作的真正意義，對(duì)我們以后的學(xué)習(xí)和工作幫助很大。作為電氣專業(yè)的學(xué)生，課程設(shè)計(jì)對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是很重要的。這次實(shí)驗(yàn)，讓我們從開(kāi)始的不懂不會(huì)不敢，到現(xiàn)在基本了解了每一個(gè)元件的構(gòu)成和功能，可以記住每個(gè)元件管腳的位置，能大致看懂每部分的構(gòu)造和應(yīng)用，以及在面對(duì)焊接電路常見(jiàn)問(wèn)題時(shí)能