数字式竞赛抢答器实验报告.docx
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数字式竞赛抢答器实验报告
《电子技术综合设计》
题目：
数字式竞赛抢答器
学院：
信息工程学院
专业：
电子信息工程
学号：
2012550732
姓名：
田湘
指导教师：
完成日期：
2014年10月
一、设计任务及系统功能简介
1、基本功能：
（1）设计一个可容纳8组参赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。
（2）抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。
（3）设置一个主持人“复位”按钮。
（4）主持人复位后，开始抢答，第一信号鉴别锁存电路得到信号后，由指示灯显示抢答组的编号，同时扬声器发出2~3秒的音响。
2、选做扩展功能：
（5）设置一个计分电路，每组开始预制100分，由主持人计分，答对一次加10分，答错一次减10分。
二、实现的原理与电路
1、设计原理
图1抢答器总体框图
定时抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分构成，主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。
扩展电路完成各选手的得分显示功能。
定时抢答器的工作过程是：
接通电源时，主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯；抢答开始时，主持人将控制开关拨到“开始”位置，发光二极管灯亮，抢答器处于工作状态，这时，抢答器完成以下工作：
（1）优先编码器电路立即分辨出抢答者编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；
（2）扬声器发出短暂声响，提醒主持人注意；（3）控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；（4）当选手将问题回答完毕，主持人操作计分开关，计分电路采用十进制加/减计数器、数码管显示。
本轮抢答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。
2、单元电路设计：
（1）抢答电路
设计电路如图1.1所示。
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，并通过74LS279锁存优先抢答者的编号，同时通过74LS48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J3为主持人开关，将开关按两次之后（实验中采用的是弹簧开关，即会自动复原，只需摁一次），抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如5号），74LS148的输出（101）经74LS279锁存，同时将输出二进制码（0101）经过译码器74LS48译码后将译码显示电路显示编号5（显示电路采用七段数字数码显示管）。
表1.2为锁存器74LS279引脚图与功能表，其中74LS279中两个S端都连在一起，所以不会有什么影响。
图1.3为优先编码器74LS48引脚图以及功能真值表，表1.4为74LS148的引脚图以及功能真值表。
图1.1抢答电路
图1.2锁存器74LS279的引脚图与功能表
图1.374LS48功能真值表
图1.374LS48引脚图
表1.474LS148的引脚图以及功能真值表
（2）控制电路
实验设计电路图如图2.1所示，控制电路主要完成以下功能：
主持人将控制开关拨到“开始”位置时，可以用555定时器构成的多谐振荡器使发光二极管闪烁，使抢答电路进入正常抢答工作状态；当参赛选手按动抢答键时，二极管再次发亮，并使抢答电路停止工作。
工作过程：
当优先编码器74LS148开始工作，其引脚GS=0接到单稳态触发器74LS121的4脚，而根据其工作原理，当3、4脚都为低电平时，5脚的上升沿会使74LS121有输出（其5脚是在主持人开关摁下两次之后，才会有的上升沿），且输出Q为低电平，此时，555定时器构成的多些振荡器复位，开始工作，从而，发光二极管的灯亮。
图2.2为555定时器的引脚图和组成框图以及功能表，图2.3为555定时器组成的多谐振荡器，2.4为74LS121的引脚图和功能表。
图2.1控制电路
图2.2555定时器的原理图功能表
555定时器的原理图和功能表如图2.2．它是由3个阻值为5K欧的电阻组成的分压器，两个电压比较器C1和C2，基本RS触发器，放电BJTTD以及缓冲器G4组成。
定时器的主要功能取决于比较器,比较器的输出控制RS触发器和放电TD的状态.图中Rd为复位输入端,当Rd为低电平时,不管其他输入端的状态如何,输出Vo为低电平。
由图可知,当5脚悬空时,比较器C1和C2和比较电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc。
由功能表可知:
当VI1>2/3Vcc,VI2>1/3Vcc时,比较器C1输出低电平,比较器C2输出高电平,基本RS触发器被置0,放电三极管TD导通,输出端Vo为低电平。
当VI1<2/3Vcc,VI2<1/3Vcc时,比较器C1输出高电平,比较器C2输出低电平,基本RS触发器被置1,放电三极管TD截止,输出端Vo为高电平。
当VI1<2/3Vcc,VI2>1/3Vcc时,基本RS触发器R=1,S=1,触发器状态不变,电路亦保持原状态不变。
图2.3（多谐振荡电路）
由555组成的多谐振荡电路如图11所示.电阻和电容构成一个RC积分电路，其输入端接施密特触发器的输出端，其输出端接施密特触发器的输入端。
用555定时器构成多谐振荡器就是这个思路。
于是，先用555定时器构成一个施密特触发器，再把这个施密特触发器改接成多谐振荡器。
R1与555定时器内部的放电管TD构成了一个反相器。
逻辑上，这个反相器的输出与555定时器的输出完全相同。
因此，这个施密特触发器有两个输出端，分别为555定时器的3号脚和7号脚。
我们看到，电阻R2和电容C构成了RC积分电路，施密特触发器的一个输出端（7号脚）接RC积分电路的输入端，RC积分电路的输出端接施密特触发器的输入端。
这样，一个多谐振荡器就成了。
多谐振荡器用在报警电路中,主要是用于发光二极管的闪烁频率。
经计算得到多谐振荡器各参数如下:
R1=3.3千欧R2=4.7千欧C1=100纳法C2=10纳法
图2.474LS121的引脚图和功能表
（3）计分电路
计分电路与主电路相互独立，由主持人控制进行加、减计数。
工作过程：
主持人拨两次J1开关（实验中用到的是弹簧开关，摁下之后会自动复原，只要摁一次即可）数码管就会质数为100，摁一次加法器，在原来分数的基础上会加10分，减法器则是在原来分数基础上减10分。
图3.1计分电路
图3.274LS192的引脚排列及逻辑符号
图3.474LS192的功能表
三、整机电路原理图
抢答电路
四、所用原件列表
序号
编号
名称
数量
说明
1
NE555
单稳态触发器
1片
工作电压5V
2
74LS48
七路显示译码器
4片
工作电压5V
3
74LS148
优先编码器
1片
工作电压5V
4
74LS279
触发器
1片
工作电压5V
5
74LS121
单稳态触发器
1片
工作电压5V
6
74LS192
十进制可逆计数器
2片
工作电压5V
7
74LS04
反相器
1只
工作电压5V
8
DPY_7-SEG
共阴极七段数码显示管
4片
工作电压5V
9
74LS00
与非门
一片
工作电压5V
10
R
1K/3.3K/4.7K/10K
5/1/9/1只
11
C
10nF/100nF/1uF/100uF
1/1/1/1只
13
SW
弹片开关
12只
14
LED
发光二极管
1只
五、心得体会
本报告详细介绍了抢答器的设计方案，功能及在设计过程中所做的改进。
这种抢答器主要是基于74系列集成芯片，成本较低，且基本能够使用于学校的一些活动中。
在做本实验前，我对mutisim可以说是一点都不知道，但经过自己亲手仿真，我感觉真的学会很多，而说到这次焊接电路板我有很多的感想和体会。
它给了我们一个很好的提高动手能力的机会。
平常我们只是在头脑中去抽象的记忆、理解那些课本上的理论知识。
有的理论知识很好懂，但是有的理论知识确是晦涩难懂的，甚至只是靠自己的死记硬背去记住。
但是我们都知道，那样的记忆只是一时的，很快你就会忘记。
而这次却给了我们一个在实践中灵活运用知识的机会，我们通过在实践中发现问题，进而去书本中找相关的知识去解决问题，从而巩固了理论知识。
那样的知识是你从根本上去认识它，理解它，所以你的记忆时间会很长。
我想简单的说以下几点:
我们设计的作品主要用mutisim仿真，刚做好自己的初步设计交给老师检查时，老师就指出我设计中的一个明显缺点，我的数码显示是0-7，事实上，一般选手的编号会是1-8，在几个一起做抢答器的同学的共同努力下，我们成功地解决了这个问题，我们只是将本该输出为零的那开关改为输出八，开始的设计中，74LS48的D端是接地，在A、B、C均输入为零时，数码显示管因输入端ABCD=0000会显示为零，现在我们在此基础上加一个三输入的或非门，其输入端分别接A、B、C端，只有在ABC=000时，D端才会为为1（否则D端均为0），此时数码管将显示为8，解决这个问题后，我们只需在焊板子的时候注意排好序就可以了。
其实说到这次的焊接电路除了有很多的兴奋之余，毕竟也是进入大学里第一次焊接电路板，以前只是听老师说，了解很多理论的东西，这次是真正将自己学到的东西融入到设计焊接中来。
说到焊接的过程中，首先，起码是经过一个小时的时间，我才学会焊接而不会出现虚焊，同时焊接时候不会和其他点的焊接连到一起。
另外我认为比较纠结的是芯片的引脚，在我们做仿真图的时候，mutisim上得芯片没有按引脚排好，而是按照非常方便我们布板的方式来排列引脚，痛苦也就来了，连线的时候非常的麻烦。
老师开始说，如果可以，尽量把线布置在正面，但是后来我发现我的不太可能全部布置在正面，当然绝大部分是因为我布板不合理。
不过这次焊接电路也有遗憾，一开始我是想让电路具有一下扩展功能的，但是在开始的时候由于我布板不是很合理，我最终还是没有完成这些扩展功能的。
早就听已经做过的同学说说过了，焊接电路板不难，但是要一次性焊接成功就不简单了。
果然不出所料，焊了将近三天后我的主电路已经基本上可以了，只要接上5V高电压和地就可以运行了。
一看结果大失所望，我的数码管上显示不正常，它只显示器7，随你按哪个按钮都是一样。
对着仿真图看了老半天，没有发现什么错误来，后来我用万用表对着仿真图一个点一个点的查，结果发现自己还有几条线忘记连，连好之后，再去接上5V和地，结果还是有错误，抢答开关根本不是按顺序来，而且还有些号码重复，再次检查之后，我是实在检查不出来，后来还是在老师提醒下，我开始检查最先接好的地与高电平，结果终于让我发现了那个错误，在74LS148上一个焊接的点没有弄好，本来不要接地的结果也接地了，改正之后，我的电路板也终于可以正常运行了。
最后我还想总结一下，我这次焊接电路板的感觉，简单的来说，痛并快乐着。
焊板子这三四天天天熬到很晚，而且午觉也取消了，许多时候都是饿到不行了才出去吃饭，那个时候已经两三点了，但是，当看到板子正常运行的时候，觉得一切都值了。
在这里，非常感谢学校给我们这次机会真正的实践，我希望以后有更多这样的课程设计，同时，非常感谢盛老师，首先，她在给我们检查仿真的时候非常认真，指出每个同学仿真设计中需要改进的部分，在焊板子的时候，经常来到实验室指导我们，还在同学们实在找不出电路板中错误的时候，自己亲自帮忙检查，有这样一个认真、负责、有耐心的好老师负责我们班的数字电路课程设计，是我们莫大的荣耀。
六、焊好后的电路板
七、参考文献：
1、康华光编<<电子技术基础数字部分>>,北京高等教育出版社,2000年6月版.
2、李海编<<74系列芯片手册>>,重庆重庆大学出版社1999年9月版.
3、欧阳星明编<<数字逻辑>>，武汉华中科技大学出版社，2002年5月版
4、闫石编<<数字电子技术基础>>，高等教育出版社，20006年5月版
5、
6、
7、学院实验中心下载的引脚图
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