级数字电子线路课程设计模板.docx
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级数字电子线路课程设计模板
衡阳师范学院
物理实验报告册
实验课程数字电子线路课程设计
系别：
物理与电子信息科学系
2011级电工（信）1
（2）班
姓名学号
2013年6月8日
题目：
数字抢答器
作者:
指导老师:
陈列尊、李志强
方案设计
（30分）
实验操作
（40 分）
实验报告（30 分）
总分
科学性（10分）
规范性（10分）
创新性（10分）
实验能力
（36分）
仪器设备
（4 分）
实验报告（30分）
注：
90分以上为优，80—89为良，70—79为中，60-69为及格，60分以下为不及格
评语:
等级:
设计要求
1、基本部分
设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或者8名代表参加比赛。
给主持设置一个开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答器的开始。
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。
2、发挥部分
抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以有主持人设定，（如30S）。
当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5S左右。
参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示的选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。
一、方案设计
1、抢答电路的设计
设计电路如图1所示。
电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS279来完成。
该电路主要完成两个功能：
一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。
工作过程：
开关S置于"清除"端时，RS触发器的R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端＝0，使之处于工作状态。
当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO=1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。
此外，CTR＝１，使74LS148优先编码工作标志端＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。
当按键松开即按下时，74LS148的此时由于仍为CTR＝１，使优先编码工作标志端＝１，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。
如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。
74LS148为8线－3线优先编码器。
图1抢答电路图
抢答电路采用的方案所需要的元件清单如表1所示：
表1:
抢答电路元件清单:
元件名称
型号规格
数量（个）
电阻
10KΩ
9
数码管
共阴
1
芯片
74LS148
1
74LS279
1
74LS48
1
开关
9
发光二极管
1
2、倒计时电路的设计
该部分主要由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、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。
具体电路如图2所示。
两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。
74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根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，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，同时以后选手抢答无效。
图2倒计时电路图
倒计时电路采用的方案所需要的元件清单如表2所示：
表2:
倒计时电路元件清单:
元件名称
型号规格
数量（个）
芯片
555
1
74LS04
1
74LS192
2
74LS247
2
74LS11
1
电容
0.1uF
1
10uF
1
电阻
68KΩ
1
15KΩ
1
1KΩ
1
数码管
共阴
2
发光二极管
1
二、电路结构及工作原理
1、抢答电路模块
参考电路如图3。
图3抢答电路图
本部分电路应用到三块芯片74LS184、74LS279、74LS247，其功能分别为编码、锁存、译码。
该部分结构框图如图4所示。
图4抢答电路结构框图
该部分电路完成两个功能：
分辨出选手抢答的先后，同时译码显示出选手的编号，并锁定最先抢答的选手的编号。
禁止其他选手抢答。
该部分电路工作原理，以S7为例。
当开关SW—SPST闭合时，锁存器所有R端为0，锁存器清零，锁存器输出端Q为0。
译码器SN74LS247的BIRBO为0，编码器不工作，数码管无显示。
当开关SW—SPST闭合后断开，抢答器处于等待工作状态。
此时锁存器的R端为1，在没有选手按下开关之前，优先编码器的置数端为1，根据其真值表可知输出端（GS、A0、A1、A20）为（1、1、1、1）锁存器保持先前的工作状态不变（即清零），同时对电容C1进行充电。
当有选手按下开关时，例如选手S7按下开关，则优先编码器74LS148的4脚为0，其它各输入端为1。
根据其真值表可知（GS、A0、A1、A20）为（0、0、0、0），再传人锁存器的S端，此时锁存器的R端为1，根据真值表可知输出端（1Q、2Q、3Q、4Q）为（1、1、1、1），再将信号传人译码器74LS247进行编码，此时BIRBQ端为1，译码器处于工作状态，（A、B、C）为（1、1、1）译码输出（a、b、c、d、e、f、g）为（0、0、0、1、1、1、1），传人数码管，显示为“7”。
同时电容放电使优先编码器74LS148的GS端为1，禁止优先编码器工作，从而达到禁止选手抢答的目的。
此时锁存器的R1、S1端都为1，1Q的输出状态保持其前面的状态不变。
如再次抢答，则需主持人将开关SW-SPST闭合再次清零，再断开进入下一轮工作状态。
（1为高电平，0为低电平）
2、倒计时电路模块
由节目主持人根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，计数器的时钟脉冲由555构成的秒脉冲电路提供。
可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，同时74LS247译码显示出来。
该部分的电路如图5所示。
图5倒计时电路图
三、系统测试
1、测试仪器
表3：
测试仪器
仪器名称
型号
编号
万用表
TD9205A+
自备
直流稳压电源
TH-SS3022
20050780
示波器
OSCILLOSCOPEMD25220MHZ
20011805
2、测试数据
抢答电路中的74HC148、74LS573、74HC247所有引脚在不同状态下的电压数据填入下列表格中，并将表5到表12与表四的数据进行比较，将发生变化的数据加粗。
表4：
主持键清0后各引脚的电压 （其中VCC＝ V， 单位：
V）
集成电路
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
74LS148
74LS573
74LS247
表5：
1键按下后各引脚的电压 （其中VCC＝ V， 单位：
V）
集成电路
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
74LS148
74LS573
74LS247
表6：
2键按下后各引脚的电压 （其中VCC＝ V， 单位：
V）
集成电路
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
74LS148
74LS573
74LS247
表7：
3键按下后各引脚的电压 （其中VCC＝ V， 单位：
V）
集成电路
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
74LS148
74LS573
74LS247
表8：
4键按下后各引脚的电压 （其中VCC＝ V， 单位：
V）
集成电路
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
74LS148
74LS573
74LS247
表9：
5键按下后各引脚的电压 （其中VCC＝ V， 单位：
V）
集成电路
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
74LS148
74LS573
74LS247
表10：
6键按下后各引脚的电压 （其中VCC＝ V， 单位：
V）
集成电路
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
74LS148
74LS573
74LS247
表11：
7键按下后各引脚的电压 （其中VCC＝ 4.97V， 单位：
V）
集成电路
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
74LS148
74LS573
74LS247
表12：
0键按下后各引脚的电压 （其中VCC＝ 4.97V， 单位：
V）
集成电路
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
74LS148
74LS573
74LS247
通过上述9个数据表格数的比较，再画出每块集成电路的功能表。
74LS148的功能表见表13:
表13：
74LS148的功能表
输入
输出
EI
0
1
2
3
4
5
6
7
A2
A1
A0
GS
EO
H
×
×
×
×
×
×
×
×
H
H
H
H
H
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
×
×
×
×
×
×
×
L
L
L
L
L
H
L
×
×
×
×
×
×
L
H
L
L
H
L
H
L
×
×
×
×
×
L
H
H
L
H
L
L
H
L
×
×
×
×
L
H
H
H
L
H
H
L
H
L
×
×
×
L
H
H
H
H
H
L
L
L
H
L
×
×
L
H
H
H
H
H
H
L
H
L
H
L
×
L
H
H
H
H
H
H
H
H
L
L
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
H
74LS279的功能表见表14:
表14：
74LS279的功能表
输入
输出
Q
L
L
L
h
L
×
H
H
×
L
H
H
H
H
L
L
H
H
H
——
74LS247的功能表见表15：
表15：
74LS247的功能表
输入
BI/RBO
输出
字形
LT
RBI
D
C
B
A
a
b
c
d
e
f
g
H
H
L
L
L
L
H
L
L
L
L
L
L
H
0
H
×
L
L
L
H
H
H
L
L
H
H
H
H
1
H
×
L
L
H
L
H
L
L
H
L
L
H
L
2
H
×
L
L
H
H
H
L
L
L
L
H
H
L
3
H
×
L
H
L
L
H
H
L
L
H
H
L
L
4
H
×
L
H
L
H
H
L
H
L
L
H
L
L
5
H
×
L
H
H
L
H
L
H
L
L
L
L
L
6
H
×
L
H
H
H
H
L
L
L
H
H
H
H
7
H
×
H
L
L
L
H
L
L
L
L
L
L
L
8
倒计时电路时序电路时序图，其中必须包括NE555的Q端，个位74LS192的QA、QB、QC、QD、
，十位74LS192的QSA、QSB、QSC、QSD、
S。
图6倒计时电路时序图
四、结论
通过数字抢答的方案的设计、电路板的焊接、元件各引脚之间的连线、分模块对电路板进行调试和测试过程，比较完善地完成了数字抢答器。
从总体上来说，该设计让自己在书上学习到的东西应用到实践中来；锻炼了焊接技术，提高了自己的动手能力，培养了电子制作的兴趣。
为以后自己制作电子产品锻炼了基础，也学到了许多电路检测方面的知识，为自己分析电路、改进电路打下了基础。
在制作的同时也复习了一下«数字电路»，提高了自己的理论水平。
最重要的是让自己学到了许多分析问题、解决问题的方法。
五、实验总结及心得体会
1、整个设计过程所做的工作
将数电设计实验——抢答器的抢答部分的电路图重画了一遍，对元件进行了位置调整。
对元件进行了测试，包括数码管各引脚所对应的数码显示部分，以及开关各引脚在开关中所起的作用。
焊接了抢答部分。
对所焊的抢答部分进行了测试。
焊接了抢答器的时序部分。
分析了一下时序部分的原理。
解决怎样把“0”变成“8”
对电路进行了测试，使电路稳定性提高了；测试了抢答部分的芯片的一部分引脚的工作电压值，并把测量值填入了自己所画的表格中。
用示波器观察时序电路部分工作时电压的变化；把测试好所有数据的电路板交给老师检查；完成好实验报告。
2、通过设计后的收获
锻炼了焊接技术。
重温元件的保存问题：
电路板未使用时可用书夹住或者用纸包住，已经使用可以用一个小塑料袋密封保存。
接线问题：
电源线应尽量留长一点，负电源线应做出标记（可以绕一个圈），以便于分辨。
芯片的焊接：
先焊好底座，由于芯片脚与脚之间的距离很近，焊接时应防止短路。
焊接时尽量不要烫伤导线的外皮，导线应先上锡以免焊接时产生毛刺。
画电路图时要尽量规范化，合理化，要注意结点。
元件布局：
①芯片和底座的缺口要一致向左或向上；
②数码管的底座要装在顶上，一个数码管对应一个插孔；
③注意电阻大小，不要摆放错误，电容的正负端别弄错。
数码管的测试：
中间两根长引脚为共阴端或共阳端。
本实验为共阳极。
图7共阳极数码管
对芯片的功能有了进一步的认识。
完成了抢答器的自动消隐功能。
学到了一些简单的电路检测方法。
完成实验报告。
3、设计过程中存在的问题及解决的方法
芯片底座缺口的方向弄错了一个，缺口应朝左或者朝上。
不细心，漏掉几根线未连接。
由于电路图中数码管先未画，后来接线时忘记接51Ω的限流电阻。
测试时未清理桌面，桌面上残留了许多的焊锡碎片，造成短路，出现乱码现象。
没有注意芯片的引脚的个数，74LS00是14个脚，自己焊了一个16个脚的座。
“0”转变为“8”的方法：
把74LS247的14脚、74LS148的15脚以及开关S8同时接到一个三端的与门上，再将与门的输出端接到数码管的g脚上。
自动消隐功能实现的具体方法为：
将74LS148的15脚与74LS192的BO2输出脚接到74LS00的与非门输出脚，再将与非门的输出脚接到另外一个与非门的两个输入脚，实现74LS184的15脚与74LS192的BO2脚相与，再将输出脚接到三个74LS247的消隐端（4脚），实现自动消隐。
4、通过本次设计，回答下面三个问题
我想做什么？
把该抢答器做好,并弄懂原理。
对电路进行改进，做一个更好的。
通过学习这门课知识，做一些自己感兴趣的东西。
例如数字时钟之类的。
通过做一些小东西，在此基础上更进一步，做一些功能强大的电路。
拓宽自己的知识面。
我能做什么？
能够焊接电子产品。
做一些简单的电子产品。
能够检查一些简单的电子产品。
我做了什么？
复习了一下数电知识。
分析了一下该抢答器的原理。
学习了PROTEL画图软件。
完成了该抢答器的制作。
提高了自己对电子设计的兴趣。
六、附录
附录1：
电路全图如图8所示
附录2：
电路照片图如图9所示
图8电路总图
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