数电课程设计 八路抢答器课程设计报告111.docx
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数电课程设计八路抢答器课程设计报告111
数字电子技术课程设计报告
题目：
八路抢答器
班级：
姓名：
指导老师：
目录
一、设计要求----------------------------------------------------------1
1.1基本要求-------------------------------------------------------------1
1.2提高要求-------------------------------------------------------------1
二、系统的工作及原理------------------------------------------1
2.1系统的工作框图-----------------------------------------------------1
2.2工作原理-----------------------------------------------------2
3、电路设计--------------------------------------------------------------2
3.1方案的选择-----------------------------------------------------------2
3.1.1方案一----------------------------------------------------------2
3.1.2方案二----------------------------------------------------------3
3.1.3确定方案-------------------------------------------------------3
3.2单元电路设计--------------------------------------------------------4
3.2.1抢答电路的设计----------------------------------------------4
3.2.2脉冲产生电路的设计---------------------------------------------5
3.2.3定时电路的设计---------------------------------------------5
四、电路实验---------------------------------------------------6
4.1焊接--------------------------------------------------------------------6
5、总结-----------------------------------------------------------7
六、作品照片图---------------------------------------------------8
七、参考文献----------------------------------------------------------------------11
附录一（元件清单）------------------------------------------11
附录二（引脚图）-------------------------------------------12
八路抢答器
一、设计要求
1.1基本要求
（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮0-7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除为止。
1.2提高要求
（1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间已设定为24秒。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时。
发光二极管灯亮。
（2）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。
如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效。
二、系统工作框图及原理
2.1系统的工作框图：
如图
（1）
图
（1）抢答器工作框图
2.2工作原理：
如图所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。
其中主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。
扩展电路完成定时抢答的功能。
图
（1）所示电路的工作过程是：
接通电源后，主持人不按开关，此时选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（24s），当主持人将控制开关打开时，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。
当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能：
（1）优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号；
（2）控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；（3）控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。
当定时时间到，却没有选手抢答时，主持人关闭系统。
3、电路设计
3.1方案的选择：
3.1.1【方案一】
原理：
在选手抢答前，“清除/起始”开关S使基本RS触发器输出端Q为0，使集成8线-3线优先编码器禁止；当主持人按下“清除/起始”开关S时，基本RS触发器输出端Q为1，与优先扩展输出端Yex共同作用，使集成8线-3线优先编码器选通输入端ST为0，允许编码，等待数据输入。
此时优先按动序号的组号立即通过编码器按BCD421码输出，经RS锁存器74LS279将该数码锁存到LED显示器上。
与此同时，Yex（引脚为14）由1翻转为0，与非门G1输出为1，选通输入端ST为1，编码器被禁止。
此外，在Yex由1翻转为0时，还驱动报警电路工作，发出声音。
3.1.2【方案二】
采用了74LS148来实现抢答器的选号，采用了74LS279芯片实现对号码的锁存，采用了74LS192实现十进制的减法计数，555芯片产生秒脉冲信号来共同实现倒计时。
3.1.3确定方案
在方案一中，主要多了一个基本RS触发器，以及相对的74LS148引脚与74LS279之间连线的相应改变，这又涉及到之后的提高方案中的连线的改变。
它有自身的优点，即基本RS触发器又相当一锁存器（74LS279），它可以对主持人的指令进行进一步的锁存，这样就可以增强它的抗干扰能力，但其线路过于复杂，另外此次实验所用的电路板对电路设计的大小要求很高，而且在布局和焊接上要越精练越好，所以它不是首选方案。
而由于方案二已能满足基本设计和提高设计的要求，而且它的原理更简单易懂，直观明了，元件更少，连线更方便，焊接更可靠，且比较容易实现，所以最终选用了方案二。
仿真如图
（2）
图
（2）八路抢答器仿真图
3.2单元电路设计
3.2.1抢答电路的设计
抢答电路的功能有两个：
一是能分辨出选手按键的的先后，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键操作无效如图（3）
图（3）抢答电路
其工作原理是：
当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q～1Q）全部为低电平。
于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。
当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下5），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，此时74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。
此外，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。
当按下的键松开后，74LS148的YEX高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号仍不会被接受。
这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。
当优先抢答者回答完问题后，主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
3.2.2脉冲产生部分
图（4）脉冲产生
3.2.3定时电路的设计
74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码显示在数码管上。
74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时24秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为24秒。
555芯片完成产生秒脉冲的功能。
工作过程为：
抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为24，5引脚接高电位。
抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。
当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。
当记到了24秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00。
如图（5）
图（5）定时电路
四、电路实验
4.1焊接
通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：
各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。
同时在电路板上要预先确定电源的正负端，便于区分及焊接。
正确焊接各芯片个管脚连接必须查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。
在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路。
五、总结
本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合，既考查了同学对理论知识的掌握程度，由反映了实际动手能力，更主要的是考查了同学对知识的综合运用以及创新设计思维能力，为今后的发展提供了一次良好的学习环境。
针对课设题目八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证试验方案的可实行性，虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。
同时也使自己认识到：
1、设计思路是整个设计的灵魂
拿下每个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的。
只有对课题的充分理解，对各种器件的熟练掌握，勾画出基本的设计图是成功的关键，，必须多花时间在设计上才能为后续工作提供更扎实的基础。
翻阅各种资料，上网查询填补所需知识的空白是必要的。
2、焊接制作必须精益求精
焊接必须精益求精，一丝不苟，一点的差错都可能导致实验结果错误，因此必须准确无误还要工整，这样才能在调试中能比较轻松进行，也是整个电路可看性更好。
3、建议
设计的作品主要是用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。
4、不足
实验效率低，焊接水平不足导致电路稳定性不高，布线比较混乱，这些都有待提高。
总之，在设计过程中学到了许多。
作为现代的大学生，如果仅停留在以往的层次上，是远远跟不上时代的步伐，也无法使自己立足在竞争如此激烈的社会里，通过此次实习，看到了自己的水平和差距，学要在今后的学习中又进一步的提高。
六、作品照片图
七、参考文献
【1】钱培怡.电子电路实验及课程设计.西安电子科技大学出版社.1992
【2】王毓银.数字电路逻辑设计（第三版）.高等教育出版社.1999
【3】陈有卿.集成电路妙用巧用300例.人民邮电出版社.1999
【4】谢自美.电子线路设计实验测试.华中科技大学出版社.2000
【5】高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社.2002
【6】赵保终.中国集成电路大全（TTL集成电路）.国防工业出版社
【7】周常森.电子电路计算机仿真技术.山东科学技出版社
附录一：
元件清单
序号
类型
数量
1
74LS279（RS锁存器）
1
2
74LS48（4线—7段译码驱动器）
3
3
74LS148（8线—3线优先编码器）
1
4
74LS192（十进制可逆计数器）
2
5
74LS02
3
6
74LS10
3
7
555
1
8
电阻（10KΩ）
9
9
电阻（68KΩ）
1
附录二：
（1）74LS148的引脚图和逻辑功能表
（2）74LS279的逻辑功能表和引脚图
（3）74LS192的逻辑功能表和引脚图
74LS192芯片的引脚图
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