1、八人搶答器實(shí)訓(xùn)報(bào)告一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?二、設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容-三、設(shè)計(jì)及原理-4.1 總體方案設(shè)計(jì)-4.1.1 設(shè)計(jì)思路-4.1.2 原理框圖-4.2 單元模塊及說明-4.2.1 倒計(jì)時模塊-4.2.2 搶答模塊-四、仿真調(diào)試過程中的部分顯示-五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示-六、設(shè)計(jì)體驗(yàn)及收獲-七、 附錄-一、相關(guān)介紹初始條件要求對數(shù)字電路里 555 電路的運(yùn)用有所了解，同時 熟悉計(jì)數(shù)電路和譯碼電路的運(yùn)用，還要能夠運(yùn)用 protel 軟件進(jìn)行電 路的仿真,能夠運(yùn)用 multisim 軟禁多自己設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真， 檢驗(yàn) 自己所設(shè)計(jì)的電路是否正確。 要求完成的主要任務(wù) 1.運(yùn)用數(shù)字電路設(shè)計(jì)一個能夠滿足特定要求的八路搶答

2、器2. 運(yùn)用 protel 繪制電路原理圖 3.按照所畫的原理圖，在實(shí)驗(yàn)室對根據(jù)所設(shè)計(jì)的原理圖結(jié)合相關(guān)材 料對設(shè)計(jì)進(jìn)行連接和調(diào)試。 搶答器作為一種工具， 已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合。 本文介紹了一種用 74 系列常用集成電路及常用芯片設(shè)計(jì)的數(shù)碼顯示 八路搶答器的電路組成、設(shè)計(jì)思路及功能。該搶答器除具有基本的搶 答功能外，還具有定時、計(jì)時和報(bào)警功能。主持人通過時間預(yù)設(shè)開關(guān) 預(yù)設(shè)供搶答的時間，系統(tǒng)將完成自動倒計(jì)時。若在規(guī)定的時間內(nèi)有人 搶答，則計(jì)時將自動停止；若在規(guī)定的時間內(nèi)無人搶答，則系統(tǒng)中的 發(fā)光二極管，提示主持人本輪搶答無效，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。 關(guān)鍵詞: 關(guān)鍵詞 八路,搶答器,設(shè)計(jì),定

3、時，計(jì)時，報(bào)警二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^本次電工電子課程設(shè)計(jì)希望學(xué)生能很好的利用自己所 學(xué)的理論知識，將理論運(yùn)用于實(shí)踐，從實(shí)踐中了解到自己所學(xué)知 識的用處，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，對實(shí)際問題的理解和對設(shè)計(jì)的 跟好認(rèn)識。同時學(xué)會對 protel 和 multisim 的運(yùn)用。 三、設(shè)計(jì)要求及內(nèi)容在許多比賽活動中，為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶 答者，通常設(shè)置一臺搶答器，通過數(shù)顯、燈光或音響等多種手段 指示出第一搶答者。 （1）設(shè)計(jì)制作一個可容納 8 組參賽的數(shù)字式搶答器，每組 設(shè)置一個搶答按鈕供搶答者使用。 （2）電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人 系統(tǒng)發(fā)出搶答指令后，若參賽者按搶答開關(guān)，則該

4、組指示燈亮并 用組別顯示電路顯示出搶答者的組別， 同時指示燈(發(fā)光二極管) 亮。 此時， 電路應(yīng)具備自鎖存功能， 使別組的搶答開關(guān)不起作用。 （3）若超時仍無人搶答，則報(bào)警指示燈熄滅。 四、設(shè)計(jì)及原理 4.1 總體方案設(shè)計(jì) 4.1.1 設(shè)計(jì)原理 本題的根本目的在于準(zhǔn)確判斷出第一搶答者的信號并將其 鎖存。實(shí)現(xiàn)這一功能可選擇使用鎖存器實(shí)現(xiàn)。在得到第一信號之后應(yīng) 立即將電路的輸入封鎖，即使其他組的搶答信號無效。但是，第一搶 答信號應(yīng)該在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。當(dāng)電路形成第一搶答信號之后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路 顯示出搶答者的序號，也可以用發(fā)光二極管直接指示出序號。 在主持人沒有按下開始搶答

5、按鈕前，參賽者的搶答開關(guān)無效； 當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕后，開始進(jìn)行 30 秒倒計(jì)時，此時，若有 選手搶答，顯示該組別并使搶答指示燈亮表示“已有人搶答” ；當(dāng)計(jì) 時時間到，仍無選手搶答，則計(jì)時指示燈滅表示“時間已到” ，主持 人清零后開始新一輪搶答。 4.2 單元模塊及說明 4.2.1 倒計(jì)時模塊該部分主要由 555 定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步可逆計(jì) 數(shù)器 74LS192 減法計(jì)數(shù)電路、74LS48 譯碼電路和 2 個 7 段數(shù)碼管 及相關(guān)電路組成。完成的功能是當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕后，進(jìn)行 30s 倒計(jì)時，到 0s 時倒計(jì)時指示燈亮。當(dāng)有人搶答時，計(jì)時停止。 兩塊 74LS192 實(shí)

6、現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路 74LS48 顯示到數(shù)碼管 上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192 的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn) 預(yù)置數(shù) 30s，計(jì)數(shù)器的時鐘脈沖由脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù) 器開始減法計(jì)數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當(dāng) 有人搶答時，停止計(jì)數(shù)并顯示此時的倒計(jì)時時間；如果沒有人搶答， 且倒計(jì)時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào) 警，同時宣布此后選手搶答無效。 555 構(gòu)成的是多諧振蕩器，為電路提供脈沖信號，保證倒計(jì)時電 路即有 74LS192 可逆計(jì)數(shù)器構(gòu)成的倒數(shù)功能正常顯示。兩片可逆計(jì)數(shù)器 74LS192 實(shí)現(xiàn) 30s 倒計(jì)時功能， 同時通過發(fā)光

7、二 極管提示時間即將截止時選手應(yīng)該抓緊時間了。該部分是由開關(guān)和優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS279 以及七 段譯碼器 74LS48 構(gòu)成的搶答電路，當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_關(guān)時，前面 介紹的倒計(jì)時電路開始計(jì)計(jì)時時，選手在 30s 時間內(nèi)可以搶答，若即 使時間內(nèi)沒有搶答，則主持人將清零從新開始新的搶答，若有選手搶 答，則鎖存器將鎖著該選手序號，并保證其他選手不能再搶答。 使用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。 該電路主 要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的 編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示 管） 二是禁止其

8、他選手按鍵， ； 其按鍵操作無效。 工作過程： 開關(guān) S 置 于清除端時，RS 觸發(fā)器的 R、S 端均為 0，4 個觸發(fā)器輸出置 0， 使 74LS148 的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端 0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開 關(guān) S 置于開始時，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 （如按下 S5） 74LS148 的輸出經(jīng) RS 鎖存后， ， CTR=1,RBO =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 1，使 74LS148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端，處于禁止?fàn)?態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，74LS148 的 此時

9、 由于仍為 CTR1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端1， 5 所以 74LS148 仍 處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu) 先性。只要有一組選手先按下?lián)尨鹌?，就會將編碼器鎖死，不再對其 他組進(jìn)行編碼。通過 74LS48 譯碼器使搶答組別數(shù)字顯示 0-7。如有 再次搶答需由主持人將 S 開關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶 答。 RS 觸發(fā)器（74LS279） ： 1. 保持狀態(tài)。當(dāng)輸入端接入 S = R =1 的電平時，如果基本 SR 觸發(fā)器現(xiàn)態(tài) Q =1、Q =0，則觸發(fā)器次態(tài) Q =1、Q =0；若基本 SR 觸發(fā)器的 現(xiàn)態(tài) Q =0、 Q =1，則觸發(fā)器次態(tài) Q =0、

10、Q =1。即 S = R =1 時，觸發(fā)器保 持原狀態(tài)不變。 2. 置 0 狀態(tài)。當(dāng) S =1，R =0 時， 如果基本 SR 觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為 Q =1、 Q =0，因 R =0，會使 Q =1，而 Q =1 與 S =1 共同作用使 Q 端翻轉(zhuǎn)為 0； 如果基本 SR 觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為 Q =0、Q =1，同理會使 Q =0，Q =1。只要輸 入信號 S =1，R =0，無論基本 SR 觸發(fā)器的輸出現(xiàn)態(tài)如何，均會使輸出 次態(tài)置為 0 態(tài)。 3. 置 1 狀態(tài)。當(dāng) S =0、 R =1 時，如果觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為 Q =0、 Q =1，因 S =0，會使 G1 的輸出端次態(tài)翻轉(zhuǎn)為 1，而 Q =1 和 R

11、 =1 共同使 G2 的輸 出端 Q =0； 同理當(dāng) Q =1、Q =0， 也會使觸發(fā)器的次態(tài)輸出為 Q =1、Q =0； 只要 S =0、 R =1，無論觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)如何，均會將觸發(fā)器置 1。 4. 不定狀態(tài)。當(dāng) S = R =0 時，無論觸發(fā)器的原狀態(tài)如何，均會使 Q =1， Q =1。當(dāng)脈沖去掉后， S 和 R 同時恢復(fù)高電平后，觸發(fā)器的新 狀態(tài)要看 G1 和 G2 兩個門翻轉(zhuǎn)速度快慢，所以稱 S = R =0 是不定狀態(tài)， 在實(shí)際電路中要避免此狀態(tài)出現(xiàn)。 I Y 4LS148 的輸入端和輸出端低電平有效。 0 I 7 是輸入信號， 2 Y0 為三位二進(jìn)制編碼輸出信號， I S 1 時，編

12、碼器禁止編碼，當(dāng) I S 0 時，允許編碼。 YS 是技能輸出端，只有在 I S 0，而 I 0 I 7 均無編碼 輸入信號時為 0。 YEX 為優(yōu)先編碼輸出端，在 I S 0 而 I 0 I 7 的其中之 一有信號時，YEX 0。I 0 I 7 各輸入端的優(yōu)先順序?yàn)椋篒 7 級別最高，I 0 級別最低。如果 I 7 0（有信號） ，則其它輸入端即使有輸入信號，均 不起作用，此時輸出只按 I 7 編碼， Y2 Y1 Y0 000。優(yōu)先編碼被廣泛用 于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)有多個外設(shè)申請中斷時，優(yōu)先編碼器總是給 優(yōu)先級別高的設(shè)備先編碼。74LS148 的輸入端和輸出端低電平有效。 I 0 I 7

13、是輸入信號， Y2 Y0 為三位二進(jìn)制編碼輸出信號，I S 1 時， 編碼器禁止編碼， I S 當(dāng) 0 時，允許編碼。YS 是技能輸出端，只有在 I S 0，而 I 0 I 7 均無編 碼輸入信號時為 0。 YEX 為優(yōu)先編碼輸出端，在 I S 0 而 I 0 I 7 的其中 之一有信號時，YEX 0。I 0 I 7 各輸入端的優(yōu)先順序?yàn)椋篒 7 級別最高， I 0 級別最低。如果 I 7 0（有信號） ，則其它輸入端即使有輸入信號， 均不起作用，此時輸出只按 I 7 編碼， Y2 Y1 Y0 000。優(yōu)先編碼被廣泛 用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)有多個外設(shè)申請中斷時，優(yōu)先編碼器總是 給優(yōu)先級別高的

14、設(shè)備先編碼。 二進(jìn)制譯碼器是將輸入的二進(jìn)制代碼的各種狀態(tài)按特定含義翻 譯成對應(yīng)輸出信號的電路。也稱為變量譯碼器。若輸入端有 n 位，代 碼組合就有 2n 個，當(dāng)然可譯出 2n 個輸出信號。 顯示譯碼器由譯碼輸出和顯示器配合使用，最常用的是 BCD 七 段譯碼器。其輸出是驅(qū)動七段字形的七個信號，常見產(chǎn)品型號有 74LS48、74LS47 等。 字符顯示器： 分段式顯示是將字符由分布在同一平面上的若干段 發(fā)光筆劃組成。電子計(jì)算器，數(shù)字萬用表等顯示器都是顯示分段式數(shù) 字。而 LED 數(shù)碼顯示器是最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。LED 的死區(qū)電壓較高，工作電壓大約 1.53V，驅(qū)動電流為幾十毫安。圖

15、 1-3 是七段 LED 數(shù)碼管的引線圖和顯示數(shù)字情況。74LS47 譯碼驅(qū)動 器輸出是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管須采用共陽極接法；而 74LS48 譯碼驅(qū)動器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管須采用 共陰極接法。數(shù)碼管常用型號有 BS201、BS202 等。圖 1-4（a）是共 陰式 LED 數(shù)碼管的原理圖，使用時，公陰極接地，7 個陽極 ag 由 相應(yīng)的 BCD 七段譯碼器來驅(qū)動。 五、產(chǎn)品實(shí)物圖六、設(shè)計(jì)體驗(yàn)及收獲這次課程設(shè)計(jì)的電路是比較復(fù)雜的。 雖然以前在模電中接觸過 一些電子電路，但在初期還是感到無從下手。在整個電路的設(shè)計(jì)過程 中，花費(fèi)時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)

16、上，在 方案的選擇中，我們仔細(xì)分析其原理以及可行的原因，最后還是在仿 真多次對電路的改進(jìn)，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計(jì)過程中，我 深刻的體會到在設(shè)計(jì)過程中， 需要反復(fù)實(shí)踐， 其過程很可能相當(dāng)煩瑣， 有時花很長時間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做， 那時心中未免有點(diǎn)灰 心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計(jì)思路 是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一 半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為 我們設(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 設(shè)計(jì)單元電路階段， 這個階段可以說是考察數(shù)電書本知識的階段。 所有的設(shè)計(jì)方法還有步驟在數(shù)電書上都有， 而且還有例題。

17、這個階段遇 到的主要問題就是以前的知識忘記不少， 所以做設(shè)計(jì)的時候要常隨手翻 閱課本，等于是做了幾道數(shù)電作業(yè)題。這個階段的難度也不是很大，一 般翻課本就可以找到答案并解決問題。 實(shí)驗(yàn)階段可以說是這次設(shè)計(jì)中最重要的部分，因?yàn)橐郧暗闹皇抢?論而不是真正的實(shí)體。 所以說它是最重要的。 實(shí)驗(yàn)階段我們遇到的問題 有：對軟件不熟悉；對實(shí)驗(yàn)過程中信號的測量知識學(xué)習(xí)很少；因?yàn)楦鱾€ 模塊是分開做而后又組裝到一起的， 所以兼容性不是很好 （也就是不能 融合為一個整體，部分工作能行但是接到一起就會出現(xiàn)問題），而且在 接連電路板時，還應(yīng)該仔細(xì)考慮，合理安排芯片的位置，這樣在接線路 時才能方便，接好的電路才美觀，符合要

18、求。 制作過程是一個考驗(yàn)人耐心的過程， 不能有絲毫的急躁， 電路的焊 接要一步一步來，焊點(diǎn)多，走線復(fù)雜。這又要我們要靈活處理，一邊操 作一邊構(gòu)思，在不影響試驗(yàn)的前提下加快進(jìn)度。 另外就是要熟練地掌握課本上的知識， 這樣才能對試驗(yàn)中出現(xiàn)的問 題進(jìn)行分析解決。這是應(yīng)用課本知識的大好時機(jī)。 總之，通過這次練習(xí)我有了很多收獲。在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使 之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增強(qiáng)了 動手能力。在改進(jìn)電路的過程中，同學(xué)們共同探討，最后的電路已經(jīng) 比初期設(shè)計(jì)有了很大提高。在讓我體會到了設(shè)計(jì)電路的艱辛的同時， 更讓我體會到成功的喜悅和快樂。雖然仿真是我們的設(shè)想是成功的， 但是在接連電路板時未能成功的顯示出所需要的結(jié)果，不過，我認(rèn)為 此次課程實(shí)習(xí)還是成功的，讓我收獲了很多。八、附錄8.2 相關(guān)芯片管腳圖 74LS00 管腳