级数字电子线路课程设计模板.docx

1、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，8089为良，7079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，

2、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

3、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

4、，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR，使74LS148 优先编码工作标志端，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，使优先编码工作标志端，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10 K9数码管共阴1芯 片74LS148174LS279174LS481开 关9发

5、光二极管12、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

6、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555174LS04174LS192274LS247274LS111电容0.1uF110uF1电阻68K115K11 K1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

7、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SWSPST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SWSPST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

8、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

9、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-SS302220050780示波器OSCILLOSCOPE MD252 20MHZ200118052、测试数据抢答电路中的

10、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1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表5：1键按下后各引脚的电压 （其中VCC V，单位：V）集成电路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表6：2键按下后各引脚的电压 （其中VCC V，单位：V）集成电路1234567891011121314151674LS14874LS573

11、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1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表8：4键按下后各引脚的电压 （其中VCC V，单位：V）集成电路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表9：5键按下后各引脚的电压 （其中VCC V，单位：V）集成电路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表10：6键按下后各引脚的电压 （其中VCC V，单位：V） 集成电路1234567891011121314151674LS

12、14874LS57374LS247表11：7键按下后各引脚的电压（其中VCC4.97 V，单位：V）集成电路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247表12：0键按下后各引脚的电压（其中VCC4.97 V，单位：V）集成电路1234567891011121314151674LS14874LS57374LS247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EI01234567A2A1A0GSEOHHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLLLLLLHLLHLLHLHLL

13、HHLHLLHLLHHHLHHLHLLHHHHHLLLHLLHHHHHHLHLHLLHHHHHHHHLLHHHHHHHHHHHHHHH74LS279的功能表见表14:表14：74LS279的功能表输入输出QLLLhLHHLHHHHLLHHH74LS247的功能表见表15：表15：74LS247的功能表输入BI/RBO输出字形LTRBIDCBAabcdefgHHLLLLHLLLLLLH0HLLLHHHLLHHHH1HLLHLHLLHLLHL2HLLHHHLLLLHHL3HLHLLHHLLHHLL4HLHLHHLHLLHLL5HLHHLHLHLLLLL6HLHHHHLLLHHHH7HHLLLHLL

14、LLLLL8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

15、。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

16、、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：芯片和底座的缺口要一致向左或向上； 数码管的底座要装在顶上，一个数码管对应一个插孔； 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

17、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51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

18、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