简易数字数字抢答器毕业设计报告.docx
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简易数字数字抢答器毕业设计报告
毕业设计报告
设计题目：
简易数字数字抢答器
设计作者：
范仙淇
专业班级/学号：
08通信/0806090114
合作者1：
无专业班级/学号：
无
合作者2：
无专业班级/学号：
无
指导教师：
汪岚
设计时间：
2010/12/1－2011/4/15
摘要:
电路选用优先编码器74LS148、锁存器74LS373、74LS47译码和一个7段数码管组成抢答显示电路；定时显示主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、和7段数码管及相关电路组成；由555定时器和三极管构成的报警电路。
接通电源后，主持人将开关拨到"清零"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始"状态，宣布"开始"抢答器工作。
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、扬声器提示。
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。
本文介绍了系统的总体设计和各个功能模块以及系统原理，重点阐述了实现过程中的数据传输和报警信息发送、接收和处理。
关键词:
优先抢答；计时；芯片；逻辑功能
目录
引言·········································································5
第一章.数字抢答器各主要芯片介绍
1.1四输入端与门74LS21·················································5
1.2四组2输入与非门74LS00············································5
1.3六组反相器74LS04····················································5
1.4锁存器74LS373························································6
1.5优先编码器74LS148··················································6
1.6七段数码管译码器74LS47············································7
1.7同步十进制可逆计数器74LS192·····································9
1.8八输入与非门7430····················································9
1.9定时器NE555··························································10
第二章.4路数字抢答器实现原理与电路
2.1数字抢答器总体方框图················································11
2.2电路原理图·····························································12
第三章.各单元电路设计
3.1抢答器电路设计························································12
3.2定时电路设计··························································13
3.3报警电路设计··························································13
3.4时序控制电路设计·····················································14
第四章.安装与调试
4．1安装调试过程··························································14
4．2调试过程中发现的问题和所做的改进·······························15
第五章.总结
后感··········································································15
参考文献····································································16
附录··········································································17
引言
抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S0~S3表示。
另外设置系统清除开关一个，该开关由主持人控制。
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，并在七段数码管上显示选手号码。
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。
当主持人按下清除键后，参赛选手可以进行抢答，同时倒计时电路开始倒计时，抢答有效时，红灯亮，倒计时停止，显示器上显示选手的编号，并保持到主持人将系统清零为止。
第一章.数字抢答器各主要芯片介绍
1.1四输入端与门74LS21
74LS21是通用数字电路：
四输入与门。
其管脚图如下图所示：
图序图题
1.2四组2输入与非门74LS00
74LS00是通用数字电路：
四组2输入与门。
其管脚图如下图所示：
1.3六组反相器74LS04
74LS00是通用数字电路：
六组反相器。
其管脚图如下图所示：
1.4锁存器74LS373
锁存器芯片74LS373是带三态缓冲输出的8D触发器，其引脚图与真值表如下图
<74LS373引脚图>
E
G
功 能
0
0
直通Qi=Di
0
1
保持（Qi保持不变）
1
X
输出高阻
<74LS373真值表>
1.5优先编码器74LS148
74LS148是一个8线—3线优先编码器。
74LS148外部管脚图、真值表如图所示：
74ls148真值表
由表不难看出，在
电路正常工作状态下，允许
当中同时有几个输入端同时为低电平，即有编码输入信号。
的优先权最高，
的优先权最低。
当
时，无论其它输入端有无输入信号（表中以x表示），输出端只给出
的编码，即
，当
时，无论其它输入端有无输入信号，只对
编码，即输出为
。
其余可以依次类推。
1.6七段数码管译码器74LS47
74LS4是一个用于驱动共阳极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，其引角图如下
74LS47译码器原理：
译码为编码的逆过程。
它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。
实现译码的逻辑电路成为译码器。
译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。
74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，下表列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。
输入输出显示数字符号
LT（——）RBI（——-）A3A2A1A0BI（—）/RBO（———）
a（—）b（—）c（—）d（—）e（—）f（—）g（—）
110000100000010
1X0001110011111
1X0010100100102
1X0011100001103
1X0100110011004
1X0101101001005
1X0110111000006
1X0111100011117
1X1000100000008
1X1001100011009
XXXXXX01111111熄灭
10000001111111熄灭
0XXXXX100000008
（1）LT（——）：
试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。
当LT（——）=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。
（2）BI（—）：
灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。
BI（—）=0时。
不论LT（——）和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极7段数码管熄灭。
（3）RBI（——-）：
灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。
当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI（——-）=0作用下，使译码器输出全1。
其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。
（4）RBO（———）：
灭零输出，它和灭灯输入BI（—）共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。
1.7同步十进制可逆计数器74LS192
74LS192是双时钟4位十进制加/减同步计数器。
其封装图及功能表如下图：
74LS192封装图及管脚排列图
74LS192功能表
其中：
TCU是加计数进位输出端，当加计数到最大数值时，TCU发出一个低电平信号（平时为高电平）；TCD为见计数借位输出端，当减计数到0时，TCD发出一个低电平信号（平时为高电平），TCU和TCD负脉冲宽度等于时钟低电平宽度。
1.8八输入与非门7430
7430是通用数字电路：
八输入与非门。
其管脚图如下图所示：
1.9定时器NE555
NE555定时器有两个比较器C1和C2各有一个输入端连接到三个电阻R组成的分压器上，比较器的输出接到RS触发器上。
此外还有输出级和放电管，输出级的驱动电流可达200mA。
电路图下图所示。
555定时器
比较器C1和C2的参考电压分别为UR1和UR2，根据C1和C2的另一个输入端——触发输入和阈值输入，可判断出RS触发器的输出状态。
当复位端为低电平时，RS触发器被强制复位。
若无需复位操作，复位端应接高电平。
由于三个电阻等值，所以当没有控制电压输入时，当控制电压外接时，如外接Uc,则
;
为防止干扰，控制电压端悬空时，应接一滤波电容到地。
555定时器的逻辑功能如表所示。
第二章.4路数字抢答器实现原理与电路
2.1数字抢答器总体方框图
如下图所示为总体方框图。
其工作原理为：
接通电源后，主持人按下清零状态开关，同时宣布"开始"，编号显示器显示“空值”，开始倒计时，抢答器工作。
选手开始抢答，抢答器完成：
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后，禁止二次抢答。
如果再次抢答必须由主持人再次操作清零状态开关。
2.2电路原理图
第三章.各单元电路设计
3.1抢答器电路设计
抢答电路的功能有两个：
一是分辨出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按按钮操作无效。
选用锁存器74LS373，优先编码器74LS148，反相器74LS04及译码器74LS47可以完成上述功能，其电路组成如下图所示。
3.2定时电路设计
节目主持人跟据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
具体电路下图所示：
3.3报警电路设计
由555定时器和三极管构成的报警电路如下图所示。
其中，555构成多谐振荡器，振荡频率为：
fo=
其输出信号经三极管推动扬声器。
RST为控制信号，当RST为高电平时，多谐振荡器工作；反之，电路停振。
3.4时序控制电路设计
时序控制电路是抢答器设计的关键，他要完成以下三项功能。
（1）主持人按下控制开关后，扬声器发声，抢答器和定时电路进入正常工作抢答状态。
（2）当参赛选手按动抢答键时，扬声器发生，抢答电路和定时电路停止工作。
（3）当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发生，同时抢答电路和定时电路停止工作。
第四章.安装与调试
4.1安装焊接过程
（1）在PCB板上焊接电路元件前，先仔细检查一下PCB板是否有短路或断路的情况，并加以修正。
（2）元件焊接完成后，再仔细检查一下焊盘是否有漏焊的地方，电路板是否有短路的情况。
4.2调试过程中发现的问题和所做的改进
在完成电路的焊接，进入调试阶段时，抢答器显示电路出现了不稳定的问题。
主要表现在数码管部分笔画不能显示。
开始我以为是芯片或数码管出了问题，于是对芯片进行了逐个排查，确定芯片没有损坏后，开始检查导线的焊接情况。
利用万用表对接线处逐个进行了排查，最后发现某芯片的一个引脚处的导线松了。
我对导线进行了重新焊接，过后系统恢复了正常。
第五章.总结
本设计详细介绍了抢答器的设计方案，功能及在设计过程中所做的改进。
这种抢答器主要是基于74系列集成芯片，成本较低，且基本能够一些要求不高的活动中。
改进设想：
该设计作品主要是用74系列集成芯片来完成的，在焊接的过程中由于芯片的引脚过多，布线工作不是很方便。
有时候还因为某一跟线没有焊牢，造成电路的不稳定，这些都是有待改进的。
我的想法是根据单片机原理及相关知识对该设计进行一些改进。
后感
课程设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。
下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结。
第一，接到任务以后进行选题。
选题是课程设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目，这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大。
好比走路，这开始的第一步是具有决定意义的，第一步迈向何方，需要慎重考虑。
否则，就可能走许多弯路、费许多周折，甚至南辕北辙，难以到达目的地。
因此，选题时一定要考虑好了。
第二，题目确定后就是找资料了。
查资料是做毕业设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，到图书馆、书店、资料室去虽说是比较原始的方式，但也有可取之处的。
总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。
第三，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所选的题目也大概有了一些了解，这一步就是在这样一个基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。
第四，有了研究方向，就应该动手实现了。
其实以前的三步都是为这一步作的铺垫。
通过这次设计，我对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的数字电路又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，就像人们常说的温故而知新嘛，在设计的过程中，遇到了很多的问题，有一些知识不太清楚，但是通过一些资料的查找，解决了问题同时也把不太清楚的知识弄清。
在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对可以更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。
在此要感谢我的指导老师，感谢老师给我这样的机会锻炼。
在整个毕业设计过程中我懂得了许多东西，也培养了独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。
而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。
虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。
参考文献
阎石，《数字电子技术基础》，北京：
高等教育出版社，2007。
许莉娅，《数字电路与逻辑设计》，北京：
北京理工大学出版社，2006。
任为民，《数字电子电路学习和实验指导》，北京：
广播电视大学出版社，1992。
[4]XX文库，74系列芯片介绍http//
附录
实际电路原理图
PCB图
实际电路版
升级会员 