抢答器.docx
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抢答器
炎黄职业技术学院
数字电路课程设计报告书
——数字抢答器
系部名称
：
机电系
学生姓名
：
唐志远
专业名称
：
机械制造与自动化
班级
：
308自动化2班
数字电路课程设计
一、课程设计题目：
四路数字抢答器
二、设计任务和要求：
1.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S１~S４表示。
2.设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
3.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LED数码管上显示，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除为止。
4.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间为十秒。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行倒计时。
5.参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。
6.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，禁止抢答，定时显示器上显示00。
7．在主持人未启动“开始”键前，如有抢答者则对应红灯亮，同时数码管显示其号码。
附：
所用器材:
芯片
数量
芯片
数量
555
一片
74LS161
一片
74LS75
一片
74LS148
一片
74LS48
两片
74LS00
一片
七段显示管
三个
发光二极管
4个
电容
两个
电阻
6个
74LS20
一片
面包板
一块
导线
若干
三、总体方案选择：
如图所示为总体方框图。
其工作原理为：
接通电源后，主持人开关开始时接地处于禁止状态，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"端，宣布"开始"，抢答器工作，同时定时器倒计时。
选手犯规提前抢答时，抢答器完成：
编号锁存、编号显示以及对应红灯亮。
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。
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将开关接地。
数字抢答器总体方框图：
图1，数字抢答器框图
四、单元电路的设计
（1）抢答器电路
该电路完成两个功能：
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；二是禁止其他选手按键,操作无效。
工作过程：
开关S开始接地，锁存器输出端Q1、Q2、Q3、Q4均为0，且开始时4个选手开关均接地。
在主持人开关未与“开始“端相接前如有选手拨动开关则红灯亮同时数码管显示其号码。
当主持人开关与“开始”端接通后，计时器开始计时，此刻选手拨动开关，显示器显示其号码,且锁存器此时锁定，其余输入均无效。
表1--１ 74LS148的功能真值表
74LS75的功能真值表
锁存器输入
锁存器输出
D1
D2
D3
D4
~Q1
~Q2
~Q3
~Q4
1
0
0
0
0
1
1
1
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
0
编码器输入
编码器输出
Yn0
Yn1
Yn2
Yn3
Yn4
Yn5
Yn6
Yn7
Y2
Y1
Y0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
1
1
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
0
0
译码器输入
译码器输出
A3
A2
A1
A0
Y
0
0
0
1
1
0
0
1
0
2
0
0
1
1
3
0
1
0
0
4
抢答电路的电路图如下:
（2）定时电路
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。
可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS161进行设计，电路图如下:
74LS161
（3）脉冲发生电路:
该电路是由555定时器构成的多谐振荡器，使其产生需要的方波作为计数器的CP脉冲，由于电路对脉冲的精确度要求不是很高而晶体振荡需要分频，所以采用555定时器构成的多频振荡器,电路图如下:
.
（4）时序控制电路:
时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：
①主持人将控制开关拨到"开始"位置时，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。
②当参赛选手按动抢答键正常抢答时，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，同时抢答电路和定时电路停止。
四.总体电路图:
五.波形图
1.计时电路低位片4个输出的波形图：
CP
Q1
Q2
Q3
Q4
2.计时电路高位片的4个输出波形图
六、电路组装、调试过程中发生的问题及解决方法：
1）数码管不发光，原因：
针脚电阻接触不良。
解决：
换电阻重新接入。
2）计数器不计数，原因：
555输出频率恒定。
解决：
检查555各个接端，发现电容接反，更正后即可计时。
3）计数器开始时输出和理论不一样，原因：
置入端接线错误。
解决：
重新连接。
4）计数器不按照顺序计时，原因：
74LS48未接紧，且面包板接触不良。
解决：
换插口接入芯片，避免接触不好的地方接线。
5）锁存器不工作，原因：
ENABLE端接入的线不能供给高电位。
解决：
用万用表测试出接线不良处更正。
6）锁存器不能正常锁定，原因：
ENABLE端接入的线不能供给低电位，74LS04不正常。
解决：
换接74LS04。
7）红灯不亮，原因：
正负极接反。
解决：
对换正负极。
8）主持人控制端无效，原因：
74LS08松动。
解决：
接紧即可。
9）计数器死循环，原因：
没有控制使其在00时停止计时。
解决：
由CO端连线与555高电位输入端通过与门进行控制。
10）实验前应先设计电路图，包括各部分的电路图和总体电路图，并可以用MULTICSIM进行仿真，反复分析实现的可能性，预计实验中可能出现的问题即可能的解决方法，最好在实际连电路前仿真。
但有时也会出现仿真可以实现，但实际电路可能会出现大小不等的问题。
11）实验中最好将悬空的输入管脚接高电平，排除电路的一切不稳定因素。
理论中有不少纯理想化的成分，在实验中应考虑实践中各部分合理论的差距，差别。
在实际中，电阻，电容，的真实值不会那样准确。
各器件的输入端在理论中悬空是表示接高电平，但是实际的逻辑器件如果输入端本该接高电平而没接，可能会导致元件的工作不稳定。
12）连电路时出现接触不好等情况。
这是由于面包板的质量和连线时线头裸露部分没有完好的接触面包板的铜片造成的。
这时只能用万用表测量各个接头的电压来判断是否是接触不好。
13）应该注意发光二极管应接上行或下行电阻来保护他的电压不致过大而损坏二极管。
数码管也要通过电阻接地，防止将数码管烧坏。
14）应注意每个元器件的工作原理和工作功能，以及中规模逻辑器件的管脚图，以免因此而造成不必要的过失
15）连接电路时，先连接脉冲发生电路，并检测其是否正常工。
555脉
冲输出电路不能输出脉冲时，检查的方法是看电容和电阻接触是否
好。
16）数码管和7448连接有问题，不能对应显示，解决的方法是判断每根线的连接是通的不。
17）计数器的工作不正常，低位计数而高位不计，原因两块161的级联出问题，检查高位片的控制端是否正常。
18）7475不能锁定，检查ENABLE端的电压是低电平不，逐级排查直到找出问题所在
19）连电路时，有的芯片可能是坏的，我的75锁存芯片就是坏的，可以通过改变输入值，查功能表，用万用表的直流电压档看其输出的高低电平是否符合正常逻辑.有的面包板也可能有问题，用万用表的欧姆档进行检测其连通性。
七、分析总结:
通过本次实验：
加深了对数字电路中D触发器、分频电路、多谐振荡器、CP时钟脉冲源等元件工作原理的理解。
学会对时序逻辑电路的分析和设计，掌握了基本数字电路的设计方法。
掌握了对故障电路的检测，并且能够一步步找出故障解决问题。
总体来说，这次实习我受益匪浅。
在摸索该如何设计电路使之实现。
所需功能的过程中，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。
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。
刚开始设计电路时觉得一点头绪也没有，只是觉得很难。
不过在老师的指导下，我通过查资料，请教同学，在第一周内完成了电路的设计，并进行了仿真。
第二周连接电路，这也不是一件容易的事，我连的电路问题很多，有的是因为线接触不好，有的是因为芯片坏了，反正经过我的努力和向老师同学请教，问题都被解决了。
看着自己努力连接成功的电路，觉得好高兴。
不过也正是这次实验让我明白了理论与实践之间的差异。
我设计的电路在电路仿真中完全正确，可是当我接好电路后，它却和我预期的相差很多。
这也使得我的动手能力得到了提高。
在设计电路时，设计的电路应尽可能的简单。
然后用万用表检查面包板及各芯片是否正常，不正常就赶快换。
接电路的时候，按模块接，先逐块连好，同时逐块检查是否正常，一块连好后再连下一块。
连线时布局是很重要的，芯片的位置也很有讲究，连线时应尽量把所有芯片的位置分开，便于布线。
不然的话，芯片之间的距离太窄，容易造成别的线无法过去。
连线时应尽量让所有的线都贴着面包板，不要让线交叉，这样当发现线路有问题时就比较好改。
。
通过本次实验，我认识到了实践的重要，也提高了我的实际动手能力。
我们要学会把理论联系实际，而这次课程设计就是一个很好的机会，不仅能提高我们的理论知识，而且也培养了我们的实际动手能力。
尽管在中间遇到很多问题，我的设计最后在老师的检查下发现了自己存在的问题，是因为自己想的太简单，没有认真思考。
但是经过老师的指导和同学的帮助，使得这次实验能顺利完成，而且在讨论中我们也学到了很多知识，而且也对也前的知识做了一个很好的回顾。
在这次实验中，我体会到在进行一个综合性的硬件设计时，要全面考虑问题，比如想用其他信号来控制一个信号，就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号，必须是最重要相关的信号，然后用真值表来解决他们的关系，通过门电路来实现。
下来就是在实际动手连接电路时的问题，由于种种客观方面的原因，导致理想和现实相差太远，输入电路不可以悬空，悬空并不是高电平，芯片上有接电源和接地的悬空是高电平，但这个高电平并不是，有时候它不是怎么高，这样地话，就会对后面地时序电路产生影响。
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。
最后，我非常感谢每天一直在实验室指到我们的老师。
因为是他们使我在这次设计中受益非浅。
八、参考文献:
1.高书莉《数字系统设计—数字电路课程设计指南》北京邮电学院出版社
2.毕满清《电子技术实验与课程设计》机械工业出版社
3陈汝全《电子技术常用器件应用手册》机械工业出版社
4高海生《最新电子元气件应用手册》科学技术出版社
5.王毓银《数字电路逻辑设计》高等教育出版社
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