八路抢答器的设计.docx
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八路抢答器的设计
目录
1、元件清单
2、设计电路原理框图
3、电路逻辑原理图及工作原理
4、各单元电路原理及逻辑设计（附所用集成器件引脚功能及真值表）
5、电路安装与调试说明（实验中遇到问题及解决办法及所采取的措施）
6、对电路的改进意见（含创新内容及构思）
7、收获体会及建议
8、设计参考资料
1、元件清单
名称数量
按钮开关：
9
10kΩ电阻：
9
510Ω电阻：
1
1kΩ电阻：
7
发光二级管：
1
74LS148：
1
74LS279：
1
74LS48：
1
（5V）共阴数码管：
1
尖嘴钳/拨钱钳1
镊子1
面包板1
导线
拓展
74LS192：
2
74LS48：
2
共阴数码管：
2
74LS04：
1
74LS003
555：
1
10uF（25V）电容：
1
发光二级管：
1
1kΩ电阻：
15
62K1
15K1
104电容1
2、设计电路原理框图
如图1所示为总体方框图。
图2-1原理框图
3.电路逻辑原理图及工作原理
如图3-1所示为电路逻辑原理图。
其工作原理为：
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。
定时器倒计时，扬声器给出声响提示。
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。
如图3-1电路逻辑原理图
4、各单元电路原理及逻辑设计
4.1抢答器电路
如图4-1所示为必做实验电路参考图。
电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS297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BO=1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“4”。
此外，CTR＝1，使74LS处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S4），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,R148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。
图4-1抢答器电路图
4.2、拓展实验电路参考图
如图4-2为拓展实验参考电路。
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3-1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，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。
图4-2拓展实验电路图
4.3集成器件引脚功能及真值表
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
UP为加计数时钟输入端，DOWN为减计数时钟输入端，LD为预置输入控制端，异步预置，CLR为复位输入端，高电平有效，异步清除，CO为仅为输出：
1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出：
0000状态后负脉冲输出。
图4-374LS192引脚排列和真值表
七段共阴极数码管
共阴极：
com接公共接地端
图4-4共阴极数码管引脚排列图
7段数码管是由7个独立的二极管采用共阴或共阳的方法连接而成。
通常将这7个独立的二极管做成a、b、c、d、e、f、g这7个笔划。
通过一个7位的二进制电平信号就可以显示出想要的结果。
例如，点亮二极管b、c，数码管将会显示数字1，点亮a、b、c、d、e、f、g，数码管将会显示数字0。
所以，数码管的显示需要有7根连线。
每个数字对应的二进制码如表2-3所示。
表2-3七段数码显示器功能表
显示数字
a
b
c
d
e
f
g
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
1
0
0
0
0
2
1
1
0
1
1
0
1
3
1
1
1
1
0
0
1
4
0
1
1
0
0
1
1
5
1
0
1
1
0
1
1
6
0
0
1
1
1
1
1
7
1
1
1
0
0
0
0
8
1
1
1
1
1
1
1
9
0
0
0
1
1
0
1
74LS279引脚排列
S=S1·S2
图4-574LS279引脚排列图
74LS279就是4R-S触发器，每片上有四路R-S触发器。
每路R-S触发器有R和S两个输入和一个输出端Q。
四个锁存器中有两个具有置位端（SA，SB）。
当S为低电平、R为高电平时，输出端（Q）为高电平。
当S为高电平、R为低电平时,Q为低电平。
当S和R均为高电平时，Q被锁在已建立的电平。
当S和R均为低电平时，Q为稳定的高电平状态。
对SA和SB，S的低电平表示只要有一个为低电平，S的高电平表示SA和SB均为高电平。
74LS04引脚排列
图4-674LS04引脚排列图
74LS48引脚排列及功能表
图4-874LS48引脚排列图
表4-274LS48功能表
74LS148引脚排列
图4-974LS148引脚排列图
表4-374LS148功能表
74LS148工作原理如下：
该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。
此外，电路还设置了输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。
当EI=0时，编码器工作；而当EI=1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。
这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。
当EI为0，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑0）时，优先编码工作状态标志GS为0。
表明编码器处于工作状态，否则为1。
由功能表可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端（优先级别最低位）有低电平输入时，A2A1A0均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由GS的状态加以区别，当GS＝1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时A2A1A0=111为非编码输出；GS＝0时，A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码（编码输出）。
EO只有在EI为0，且所有输入端都为1时，输出为0，它可与另一片同样器件的EI连接，以便组成更多输入端的优先编码器。
从功能表不难看出，输入优先级别的次为7，6，……，0。
输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。
例如5为0。
且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时，输出代码为010，这就是优先编码器的工作原理。
555定时器
555定时器是一种多功能的中规模集成器件，它的结构比较复杂，在定时器内部，一般包含20多只晶体管，10多个电阻和数值电容。
本系统需要产生频率为500KHZ的脉冲信号，用于为161道计数提供CP信号，及频率为1HZ信号用于计时电路。
以上电路可用555定时器组成，如图2-4-1
图2-4-1脉冲振荡电路
图4-10555定时器引脚图
555芯片的VCC和GND端分别为电源端和接地端，OUT为输出端，输出时钟脉冲信号，RST为复位端，低电平有效；CON为电压控制端，当不用时，为提高电路的稳定性，常把其经一0.01uF的电容接地；THR为高电平触发端；DIS为放电端，也可以作为集电极开路输出端使用；TRI为低电平触发端。
5、电路安装与调试说明（实验中遇到问题及解决办法及所采取的措施）
由于我们只在接触面包板的机会少，对它的性能不是很了解，不能很好的运用它，实验中遇到了很多困难，不过经过学习我们对面包板有了很好的了解，而且能够运用它。
实验中出现了一下问题：
5.1当我们连接好电路时，三个发现共阴数码管分别显示0、2、0，且一直不改变；开关也没有反应，蜂鸣器不响。
解决方法：
经过检查发现电路中555芯片的没接+5V和0V。
我们把各芯片的+5V引脚接上+5V，把接地引脚接地，把开关接正确。
5.2解决上面问题后共阴数码管BS201能显示数字，二极管也能发光，可是数码管只能显示数字0、2、4、6。
解决方法：
我们再次检查电路，结果发现74LS148芯片的15号引脚没接+5V，我们用导线将其接到+5V上，电路终于正常工作了。
5.3做拓展试验时，电路接完后发现共阴数码管BS201能显示的数字不正确。
解决方法：
通过检查电路发现74LS148芯片上的置数引脚有一个接错了。
我们用导线将其连接正确。
5.4共阴数码管BS201能显示30，也能到计时，可是到计的数据不正确。
解决方法：
通过检查电路发现555定时器没有单独接电源。
我们把555定时器单独接上电源，电路能实现实验要求的功能。
5.5电路能实现实验要求的功能，可是共阴数码管BS201显示的数字不是很清晰。
解决方法：
检查电路，发现电路连接是正确的，叫老师过来验收，老师说也许是哪里接触不良，但合格了。
6、对电路的改进意见（含创新内容及构思）
1）在抢答器电路中的5个开关上各串联一个小喇叭，当有人抢答时可以发出“哒……”的提示音，可以使主持人在第一时间找到抢答者。
2）可采用板载蜂鸣器。
7、收获体会及建议
做数字电路综合实验不仅是对前面所学知识的一种检验，也是对自己能力的一种提高。
可以提高自己的动手能力。
这次实验老师安排了4天的时间，我们通过努力用3天便完成了任务。
在实验中我遇到了许多问题，但经过努力我都一一解决了，最后完成了实验任务。
通过这次试验我对数字电路有了新认识，知道理论和实践是有很大差异的。
我们要不断提高自己的动手操作能力，才能在今后的工作中得心应手。
6、心得体会
通过这次课程设计,我学到了很多书本上没有的实际的知识,熟悉了一些元器件、芯片在工程中的灵活运用。
在设计及制作过程中，遇到过一些困难。
通过上网和去图书馆查资料解决之。
并且在网上搜集到了一些元器件及电路的相关资料对以后的学习及工作是很有帮助的。
最重要的是我学会了自学的方法，这将使我今后离开学校，踏上社会是相当有帮助的。
其次是进一步熟练地掌握和运用了相关的专业软件，提高了我们自身的专业素质。
这也是我们工科学生所必须掌握的基础技能。
同时也深深的体会到，我们书本上所学的知识和实际的东西相差甚远，我们所不懂的知识还有很多，因此今后我们要更加注重实际方面的锻炼和运用。
8、设计参考资料
8.1寇戈等《模拟电路与数字电路》北京：
电子工业出版社，2004.1
8.2王远《模拟电子技术》北京：
机械工业出版社，2000.8
8.3阎石《数字电子计数基础》北京：
高等教育出版社，1998
8.4沈嗣昌《数字系统设计引论》北京：
高等教育出版社，1999
8.5童诗白《模拟电子技术基础》（第二版）【M】，北京，高等教育出版社，1988
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