数电课程设计Word格式文档下载.docx
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若规定抢答时间已过，要告示任何输入的抢答信号都无效，除非重新下达抢答命令。
该设计课题就是针对上述要求，设计出至少供4名参赛选手使用的数字式抢答器。
二、系统设计
1、设计任务与要求
抢答器至少同时供4名选手参赛，分别用4个按钮表示。
设置一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主持人控制。
抢答器具有锁存与显示功能。
当主持人开关开启，参赛选手按动按钮抢答，抢答组号即在数码管上显示，同时绿灯亮。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的组号一直保持到主持人将系统清除为止。
抢答器有定时功能，抢答时间为10秒。
当主持人启动开关时，定时器开始进行减计时。
在规定时间内如有人抢答，计时停止；
若无人抢答，继续倒计时，直到显示无效字符，同时禁止抢答。
当主持人关闭开关时，系统重新置数。
抢答器具有警示功能。
当主持人还没开启开关时，若有人违规抢答，则数码管显示该组号，红灯亮。
提供;
74LS1611片74LS751片
74LS1481片74LS041片
74LS321片74LS001片
555芯片1个74LS321片
555芯片1个74LS482片
数码管2个
发光二级管4个
2、总体方案的选择
解决数字电路的设计无非最常用两种方法:
其一、列真值表。
该方法建模简单，且易于求出电路的函数表达式，进而根据小规模或中规模器件设计电路。
其二、画状态图。
该方法更易于找出状态之间的转换关系，但是在建模上会更困难。
该抢答器设计并不能列出总真值表，且设计任务与要求繁琐，故先需做出总体框图，再将之分为四个模块和一个控制器。
其中，输入模块由抢答键和锁存电路组成；
时间显示模块由计时电路、译码电路和数码管组成；
指示模块由控制电路和发光二级管组成；
时钟模块由时钟电路组成；
控制器由启动键、启动电路、判断电路和复位电路组成。
智力竞赛抢答器的电路结构如图所示：
三、单元电路设计
1、输入模块输入模块由按键和锁存电路组成。
.锁存电路
锁存电路利用74ls148和74ls75。
具体芯片功能真值表如下：
74ls148功能真值表：
输入
输出
ST^
D0^
D1^
D2^
D3^
D4^
D5^
D6^
D7^
Y2^Y1^Y0^
YEX^YS^
1
X
74LS148的管脚图：
74ls75功能真值表:
输出
D
G
Q
Q^
L
H
Q0
Q0^
74LS75的管脚图：
分析：
由芯片功能表可知，当有人按下开关时，YEX^的值从1变成0，而输出是输入的反相，所以使用D触发器时需使用它的Q^端,来使输入与输出一致。
另外只有G为低电平时才有锁存功能。
由图1-1所示，该模块完成两个功能：
一是锁存并显示优先抢答者的组号；
二是使其他选手的按键操作无效。
工作过程：
开关S置于“清除”端时，S=0,74LS148处于工作状态，74LS75的G端一直处于高电平，所以无论按下哪个开关，都能输入数据；
当开关S置于“开始”时，74LS75的G端处于高电平,抢答器处于等待工作状态，当有选手按下按键时（如按下D1）,YEX的值从1变成0,经过非门之后，YEX的值从0变成1,这时74LS75的G端处于低电平，保持原来的状态，封锁了后来其他按键的输入，保证了抢答者的优先性，所以经译码之后，数码管显示数字‘1’，这就是锁存功能。
如果再次抢答需由主持人将S置于“清除”，然后再进行下一轮抢答。
图1-1输入模块
2、指示模块
指示模块由控制电路和发光二级管组成。
所要完成的功能是：
当主持人开关开启，参赛选手按动按钮抢答，抢答组号即在数码管上显示，同时绿灯亮；
、发光二级管
该电路很简单，当发光二级管的N端接地，这样就如果发光二级管的P端接高电平，则发光二级管被点亮；
如果发光二级管的P端接低电平，则发光二级管熄灭。
所画出的电路如下图1-2所示：
图1-2二级管连接电路
、控制电路
分析；
联系输入模块和要求可得到如下所示的真值表2-1：
（以1代表灯的点亮）
S
YEX^
绿
红
真值表2-1
由真值表可知，绿灯的功能跟G端的输入正好相反，故可以使G端的输入再通过一个非门到达绿灯，如图2-2所示。
而红灯有表达示：
Y红=SYEX=S+YEX，
所以红灯是总开关和YEX的或非输出来控制。
如图2-3所示；
图2-2绿灯亮
图2-3红灯亮
3、时钟模块
时钟模块由时钟电路组成，提供CP脉冲。
、时钟电路
用555芯片搭建，电路图如图3-1：
图3-1时钟模块
示波器显示输出如图3-2：
图3-2时钟信号的输出波形
4、时间显示模块
时间显示模块由计时电路、译码电路和数码管组成。
要完成的功能是：
抢答器有定时功能，抢答时间为10秒。
、译码电路和数码管
数码管译码显示电路由74LS48和数码管组成，该电路比较简单。
74LS48的芯片符号如下图4-1所示：
图4-174LS48芯片符号图
该电路的连接电路图如下图4-2所示：
图4-2数码管译码显示连接电路
、计时电路
计时电路由芯片74LS161完成计数设计，还利用了上面的时钟电路提供脉冲
芯片74LS161的功能表如下：
74LS161：
CR^
LD^
TT
TP
CP
D0
D1
D2
D3
Q1
Q2
Q3
N0
N1
N2
N3
计数
触发器保持，C0=0
保持
74LS161的管脚图：
由161的功能真值表可知，只有当LD^=0时，才可以置数，联系题目要求（主持人开关置零时，系统置数；
主持人开关开启时，开始倒计时）故把LD^端连接总开关；
当TP=0时，输出保持，这就可以锁定输出，故可以考虑选手开关按下时，使TP=0，来使时间停止，另外无效抢答时也需时间停止，终合得知，使C0端也联系到TP端。
可列真值表4-3如下；
C0
D触发器G端
真值表4-3
由此真值表可知，
YTP=COG=C0+G.
所以可以把G端的输入通过一个非门和C0端进行或非后，输出传给TP端，达到时间停止功能。
另外，可画出161芯片10秒计时的状态图4-4，由状态图可知：
161是加法计时器，需加一个反向器使之进行减计时。
这样‘0110是‘1001数输入。
当它到达‘1111’即‘0000’时，C0=1。
反相后的状态图如图4-5所示。
综合以上两大功能，可作出如图4-6所示的时间显示模块图：
图4-6时间显示模块
四、系统联调
1、调试结果
该数字抢答器的总电路图如下图5-1所示：
图5-1总电路图
2、调试方案
.当我设计出这个电路图时，并不是直接搭建电路，而是先在电脑上进行模拟仿真，所使用的软件为Multisim10,该软件是Multisim7的升级版，有更多的芯片可提供选择，也更方便。
具体操作：
我先在电脑上搭建时钟脉冲，因为它是最基本的，也是时间显示模块重要的一部分。
当我搭完成之后，用示波器检测时，并不如预期那样产生脉冲，于是我分析了各个管脚是否连接正确，该接地的，该接电源的，是否接反了。
当我反反覆覆检查了之后，才发现是把电阻R1和R2的阻值接错了，真是“磨刀不误砍柴工”幸而在电脑上及时发现了错误，避免了电路的重搭。
接着我考虑的是输入模块，一开始数码管显示就不对劲，我按的是开关D1，D2，D3，D4，可数码管显示的是0，2，4，6。
当时觉得是不是我开关弄错了，后来重新看了芯片管脚图，发现自己没问题，那只能是上面接错了，于是一级一级往下测，先是数码管管脚，再是48芯片，接着是75芯片，问题终于找到了，原来是应该要把最高位置低电平，结果我把最低位置低电平了，其他位也就跟着出错了，当我改了这个失误后，数码管就正常显示了，而锁存功能很好，几乎没什么问题。
于是我开始搭时间显示模块，记取了上个模块的教训，这次我很认真地再三检查管脚，于是很快就完成了此模块，其中也没有遇到啥问题。
最让我头疼的是红绿灯了，因为此模块门电路用得很多，又是非门，又是与非门，虽然理论上很清楚，实际连电路还是有点眼花缭乱，只能耐心一点，认真一点，一步步连接，在经过几个小失误之后，终于让它们按要求点亮了。
．接着，当然是开始搭面包板了。
A．我拿到面包板并没有马上开始搭电路，先是用万用表检查它的导通情况，看看它是前5排导通，还是全部导通。
没想到倒是
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