西安邮电学院 数电课程设计19.docx
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西安邮电学院数电课程设计19
西安郵電學院
数字电路课程设计报告书
题目：
数字抢答器
系部名称
：
通信工程系
学生姓名
：
刘国栋（16）
专业名称
：
通信工程
班级
：
通工0502
时间
：
07年12月10日至07年12月21日
课程设计——四路抢答器
一、任务要求
1设计一个智力竞赛抢答器，可同时供4名选手或4个代表队参加比赛，他们的编号分别是1、2、3、4，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S1、S2、S3、S4。
2给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。
3抢答器具有数据锁存和显示的功能。
抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号。
此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。
优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
4.参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选
手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
5.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
二、总体方案
抢答器是（数字电路）时序逻辑部分知识的实际应用。
在了解各种SSI,MSI器件逻辑功能的基础上，针对任务要求，进行抽象和模块设计。
抢答器电路由抢答控制部分，计数控制部分，显示电路部分与主持信号部分四大模块构成。
各模块之间又相互联系以实现设计要求。
总之，要在十分清楚集成块功能特点的基础上，合理组合，充分优化，以期达到清晰，节约，稳定的实验准则。
抢答器工作原理框图如下：
其工作原理为：
（1）接通电源后，主持人将开关拨接地，抢答器处于禁止状态，组号显示器显示“0”，定时器显示设定时间（39秒）；若有队员在此时抢答，则表示犯规，违规报警电路的红灯亮，并显示其组号，由于锁存电路的原因，只记录下第一组的组号。
（2）在主持人读完题目后，将开关接上电源，宣布"开始"抢答，定时计时时，选手在定时时间内抢答时，抢答器完成，优先判断、编号锁存、编号显示，此为正常抢答，故此时绿灯亮。
当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。
（3）如果在规定的39—00的40秒期间无人抢答，则计数器数码管显示倒计时到“00”时停止倒计数，此时如果再有人抢答，则表示超时抢答（犯规），违规报警电路的红灯和绿灯一起亮，并显示其组号，由于锁存电路的原因，只记录下第一组的组号。
三、单元电路设计
（1）计数器的译码显示电路：
两片74161（74163）的译码电路相同，连接图如下：
（2）,抢答,锁存电路:
1.锁存电路主要由7475来实现，当7475的4，13号管角的信号为“0”时，它将保持原来的状态：
74LS75使能端真值表如下：
D
C
Q
1
1
1
0
1
0
X
0
Qn
当有一组队员按下开关后，Q1’,Q2’,Q3’,Q4’中有一个信号为1，则它们四个通过与非门后的信号为1，在通过非门后，它变为0，接入7475芯片的G12、G34端,实现锁存功能，保持状态不变。
抢答锁存（显示）电路如下：
（3）.脉冲电路由555提供，电路图如下：
输出CP脉冲（设计中我是将两片161的CO1,CO2的与非直接接到555脉冲电路的VCC处）
（4）计时电路：
辞典路用来实现模40的计数器，用两片74161来实现，高位片实现模四的计数，低位片实现模10的计数功能。
用同步置数法来实现，当计数到00后，抢答无效。
74LS161的输出：
高位片模4，它从0000到0011，；低位片模10，它从0000到1001，其状态转移图如下：
高位片:
低位片：
在低位片每一次循环后，不但要给其自身置数，还要控制高位片记数一次，这个可以用其Co来控制高位片的CTt,接下来就是在计数到“39”后，要让记数器停止工作，这个可以用这两片74161的Co与非后反馈给CTp来做到，当计数到“39”后，高低位片的Co都为1，停止计数，计数数码管显示“00”，直到主持人重新预制置，
计数器电路图如下：
（5）报警电路
四选手（即74LS75芯片的四输入）开关D4,D3,D2,D1的或非绿灯（正常抢答）
161芯片进位输出CO1,CO2的与非红灯（违规抢答）
（6）数字显示的实现
74LS161控制7448的输入来控制时间的显示，计数器的置数通过反向器给7448的输入从而达到倒计时的目的。
同时通过7448与数码管的连接实现数字显示，即用七段显示译码器来完成时间的显示。
当然在实验过程中要注意7448七段显示译码器与数码管的连接，同时要注意用限流电阻来保护数码管，否则数码管将不能正常显示或被烧坏。
共阴极数码管的接法及管脚图：
GFGNDAB
EDGNDCH
四、总体电路图
图
（1），.下面是：
我起初设计的电路图:
（此电路不能实现提前抢答时的锁存功能）
图
（2），下图是：
.经老师指导后功能齐全的电路图，其中与非门未用芯片连接便于老师观察我的设计思想。
五、调试过程中的主要问题及解决方法
1，刚开始将数码管的有一端给接到了高电位VCC上，使电路发生短路，后来才知道公阴极数码管的接法-------有两个接地端。
2，我刚插完面包板后就迫不及待的插上电源，发现倒计时部分不置数，不计数，用万用表测了一下才发现犯了最不应该犯的错误，有许多根线都连错了，改正以后问题还未解决。
3，计数器计数异常，但是我在用EWB软件进行仿真时计数却是正常的，后来对电路经过仔细分析才知道是由于“门”器件的时延造成的。
由于时延，使161的置位端LD优先于其CTP端工作，于是计数器低位就不能停止工作，且当计数器低位倒计时到“1”时，不经过“0”状态直接到达“9”状态。
4，当计数到“00”时计数器不能停止，后来我将两片161的CO1,CO2的与非直接接到555脉冲电路的VCC处，当计数器倒计时到“00”时，由于CO1,CO2的与非正好等于0（即低电位），此时555脉冲停止工作，使计数器停止工作，即计数停止。
5，11.红绿灯不亮，极有可能正负极接反，调整过来。
6，抢答器电路中的数码管不显示抢答者号码，74LS148输出（Y2,Y1,Y0）均为“1”后来在老师的帮助下才发现是自己将74LS148芯片的使能端接反了。
原因是我在有EWB软件进行仿真的时候使能端EN是高位有效，但实际中74LS148的使能端EN是低电位有效。
7，提前抢答时电路不锁存，检查发现：
设计74LS75使能端G1-2.G3-4时时考虑太多，把主持人开关K设计了进去。
经改进后解决了这一问题。
8，在连接电路时还遇到不少小问题，但都很好解决，这里就不再一一列举了。
六、分析总结
这次实习是我基本掌握了用万用表来检测电路的方法，并且深深记住了器件使能端的重要作用。
通过两周的实习，基本上达到了实验的目的，对数字电路基本知识更加熟悉，培养了独立分析问题和解决问题的能力，对各个元器件也有了更深入的了解。
在没有做课程设计前，我对课程设计还是不太了解，以为就是简单的设计一个电路然后连接就好了，当老师布置任务是做抢答器并给了N多要求后，我才意识到原来看似简单的抢答器是这么的复杂，有很多的问题都要考虑。
通过这次课程设计，使我认识到做一件事要认真，细心。
刚开始时，好多东西根本不懂，需要去查资料，甚至自己连最基本的设计思路都没有，电路图画不出来！
于是就认真的复习课本上有关这方面的知识，查看实验书中相关的实验。
在几天的设计后，我终于拿出了我的抢答器的设计图，看者真是复杂，参照同学的电路图，我发现的的设计有很多漏洞，很多的设计可以简化，从而可以简化电路的连接和材料的节约。
在星期二的时候我的最终设计终于出炉了，怀了激动的心情让老师指导我的电路图，结果我认为很完善的电路图在老师的指点下，还是发现了不足和可以改进的地方，当最后的改动结束后，我终于领到了材料，可以进行实战了。
接下来我才真正认识到了实习的难处，以前都是动动笔，等到了真正动手的时候才发现自己的不足，那小线头怎么也不听使唤，在2天后，我的电路终于接好了，在激动的通电后，抢答器一点反应都没有，我只能拿着电路图一点一点，一根线一根线的检查。
后来最后还是在同学的帮助下，找到了我接错的线，终于我的抢答器做成了。
在调试的过程中我有一点感受就是如果没有扎实的理论作后盾，不懂原理，即使是小毛病，那怕是一根线接错了，你也查不出来。
在此之前我总认为从小学到大学一直都在学习理论知识，甚至有时候觉得学这么多理论知识没有用，不过经过这次课程设计之后，我深深的感觉到理论的重要性。
有了理论才能指导实践。
最后，在通过这两个礼拜地设计实习，让我真正理解了书本上知识，也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用，理论联系实践，相互关系。
通过此次设计，我对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白自己该学习那个方面，重点是什么？
我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。
七、参考文献
1）王毓银《数字电路逻辑设计》出版社高等教育出版
2）高海生《最新电子元件应用手册》
3）毕满清《电子技术实验与课程设计》出版社：
机械工业出版出
4）张亚婷王乐周丽娟郭华《数字电路实验指导书》出版社：
西安邮电学院
5）毕满清《电子技术实验与课程设计》出版社机械工业出版社
6）高海生《最新电子元气件应用手册》出版社科学技术出版社
西安邮电学院通信系电子设计过程考核表
学生姓名
刘国栋（16）
班级/学号
通工0502/03051074
承担任务实验室（单位）
3#实验楼536
所在部门
电信系
实施时间
2007年12月10日—2007年12月21日
具体内容
第一周
周一老师讲解实习内容、要求及基本原理
周二、三验证性实验正计数器
周四、五设计性实验抢答器
第二周
周一、二设计性实验抢答器
周三、四写实验报告
周五交实验报告
指导教师（师傅）姓名
薛延侠
职务或职称
讲师
指导教师（师傅）
对学生的评价
学习态度
□认真□一般□不认真
学习纪律
□全勤□偶尔缺勤□经常缺勤
实践能力
□很强□一般□较差
指导教师（师傅）对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见
指导教师（师傅）签字
年月日
西安邮电学院通信系电子设计成绩鉴定表
学生姓名
刘国栋
班级/学号
通工0502/03051074
进行时间
2007年12月10日—2007年12月21日
成绩鉴定
学习内容（20分）
与教学任务计划结合程度（10分）
与专业培养结合程度（6分）
其它（4分）
接受单位评价
（20分）
实践能力（10分）
学习态度（6分）
学习纪律（4分）
报告鉴定
（60分）
报告内容与实践过程紧密结合（15分）
报告内容与教学计划内容紧密结合（15分）
报告质量（主题、结构、观点、逻辑、资料、字数30分）
评阅教师姓名
职称
成绩
评语
评阅教师签字
年月日
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