搶答器設(shè)計 數(shù)電課程設(shè)計

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1、 第 1 章 電路設(shè)計簡介 1 原理電路設(shè)計： 1.1 電路總體工作框圖 整個電路框圖如上圖所示，主要分為兩部分，一個是計時部分，一個是搶答電路，其中搶答器電路由，編碼器電路，RS觸發(fā)電路，譯碼器電路，數(shù)碼管顯示電路組成，封鎖電路由三個或門組成，其作用是只讓先按下的有效，而后按下的無效，主持人按鈕用來將電路復位，并將輸出清零和編碼電路解除封鎖，譯碼電路用來譯出編碼，數(shù)碼顯示部分用來顯示按下的選手號碼，556定時電路用來定答題的時間。 第 2 章 硬件電路的組成 1 電路工作原理

2、 當主持人按下復位鍵時，RS觸發(fā)器4Q 3Q 2Q輸出全為零，譯碼芯片此時輸出全為低電平，數(shù)碼管不亮，因4Q 3Q 2Q輸出全為零，通過三個或門（連接如電路圖所示），Ｕ４就輸出低電平，此時７４ＬＳ１４８解除封鎖，且ＧＳ也變?yōu)榈碗娖剑担担兜模遗cGS相連，所以556不工作，輸出去Q為低電平，燈泡不亮。當有答題者按下時 ，ＧＳ變高，５５６開始工作，燈泡發(fā)光，，RS觸發(fā)器4Q 3Q 2Q輸出不全為零　，所以U4輸出為高電平　，74LS148被封鎖，后按下的則無效，并且數(shù)碼管會顯示當前按下的選手。當燈泡熄滅第一次表示答題時間到，答題者停止答題。 電路原理圖如下

3、 圖1-1 電路工作原理圖 2 單元電路設(shè)計及芯片簡介 2.1 搶答器控制電路設(shè)計 搶答器控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能： （1）當參賽選手按動搶答鍵時，燈泡發(fā)光，并顯示相應的組號，搶答電路封鎖和定時電路開始工作。 （2）當設(shè)定的答題時間到，即燈泡第一次熄滅表示時間到，答題人不準再答題。 2.2 編碼器電路的設(shè)計 編碼器采樣74ls148作為編碼芯片，將輸入的信號進行編碼，然后輸出2二進制碼，輸出接到74279上，A0 ，A1 ，A2 均分別接到7

4、4279的S上，當輸出均為高時表示無選手按下，Ｓ為無效電平，RS觸發(fā)器輸出為低，即無編碼輸出。 74ls148芯片及真值表如下： 2.3 定時電路 由555定時器產(chǎn)生時間脈沖，參賽選手按動搶答鍵時，即出現(xiàn)正脈沖，定時時間15S，當?shù)谝淮纬霈F(xiàn)低電平時燈泡熄滅，表示答題時間到，然后主持人即可按復位。 它基本原理是，由于電容C的兩端的電壓不能突變，定時器的2端電壓低觸發(fā)端為低電平，輸出端3為高電平。電源經(jīng)過R1、R2給電容C充電，當電容的電壓充到電源電壓的2/3時，555內(nèi)

5、部的MOS管導通，輸出為低電平。接著電容通過R2和已經(jīng)導通的MOS管放電，當電容的兩端電壓下降到低于1/3的電源電壓時，MOS管截止電容放電停止，此時電源通過R1、R2再次向電容充電，如此反復，形成震蕩，從而在3端得到時鐘脈沖源輸出，根據(jù)公式： 周期T=（R1+2R2）×C×ln2=0.7（R1+2R2）C 。 　　　　高電平：ＴＷ１＝0.7（R1+R2）C＝１０Ｓ　　　　　　 　　　　　　　?。篟1＝R2 　　　　　　　　?。茫剑矗罚埃酰啤? 　　　　　　則可得R1＝R2＝１５Ｋ 2.4 復位電路 復位電路由三個或門和一塊7

6、4279組成，當復位之后74279輸出均為低電平，且Ｒ均變?yōu)闊o效電平１，Ｓ端接在７４ｌｓ１４８上，無選手按下時，Ｓ均為１，輸出Ｑ也就為０，經(jīng)過或門，在Ｕ４上就為０,７４ＬＳ１４８就沒關(guān)閉，當有人按下時Ａ０，Ａ１，Ａ２就出現(xiàn)一個負電平并馬上變?yōu)椋?，結(jié)果Ｑ也就不全為０，此時Ｕ４為１，７４ＬＳ１４８就關(guān)閉了，當再按下復位按鍵，因Ｓ均為高，Ｒ為０時，Ｑ輸出就均變?yōu)椋?，Ｕ４再次變?yōu)椋?即可進行下一輪搶答。 ７４２７９由四個ＲS觸發(fā)器構(gòu)成，因此基本RS觸發(fā)器的反映了其特點， 基本RS觸發(fā)器真值表如下： R非 S非 Qn Qn+1 R非 S非 Qn Qn+1

7、 0 0 0 不定 1 0 0 1 0 0 1 不定 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 1 2.5 譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計 搶答部分和倒計時部分的譯碼器均采用74ls48芯片，而數(shù)碼管則選擇與之相對應的7段共陰數(shù)碼管搭配，為避免電流過小，可在譯碼器與數(shù)碼管間接上拉電阻以

8、增大電流，上拉電阻選用1k的9針排阻。譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路設(shè)計如下： 第 3 章 硬件電路的調(diào)試 1. 仿真軟件簡介 ?Proteus 是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是： ①實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器

9、、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。 ②支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多種外圍芯片。 ③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2、MPLAB等軟件。 ④具有強大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。 proteus6.

10、5是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具,真的很不錯?？梢苑抡?1系列、AVR,PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD,RAM,ROM,鍵盤,馬達,LED,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件,...） 其實proteus 與 multisim比較類似,只不過它可以仿真MCU！ 當然,軟件仿真精度有限,而且不可能所有的器件都找得到相應的仿真模型,用開發(fā)板和仿真器當然是最好選擇,可是估計初學者有的可能性比較小吧？ 如果你在學51單片機,如果你想自己動手做做LCD,LED,AD/DA,直流馬達,SPI,IIC,鍵盤,...的小實驗的話,試一下吧,不會讓你失望的！

11、 用51不管你是用匯編或是C編程當然要用keil啦（那個medwin實在不怎么樣~）,uvisoin3有不少新特性呢！ 使用keil c51 v7.20 + proteus 6.5 可以像使用仿真器一樣調(diào)試程序,一般而言,微機實驗中用萬利仿真器+電工系自己做的實驗板的實驗都可以做得到吧！ 仿真結(jié)果： 2. 電路調(diào)試過程 整機電路安裝、調(diào)試 （1）安裝 安裝調(diào)試的先后順序如下，先安裝調(diào)試編碼部分，然后安裝譯碼顯示部分，兩部分安裝完后可連接起來進行調(diào)試，此時，因為數(shù)據(jù)鎖存部分沒安裝，所以沒有鎖存功能，按下相應按鍵，數(shù)

12、碼管顯示目錄相應數(shù)字，但松開后，數(shù)碼管又顯示數(shù)字0。然后斷開前面編碼和顯示部分的連線，安裝鎖存部分，再統(tǒng)一調(diào)試編碼、鎖存、顯示部分，最后再安裝調(diào)試報警部分，這樣可使學生邊安裝、邊學習、邊思考和鞏固理論知識，同時進一步形成數(shù)字電路系統(tǒng)的概念。 在安裝數(shù)碼管前，應選測量數(shù)碼管的好壞，選用萬用表的R×10歐或R×1歐檔，根據(jù)內(nèi)部等效電路將其等效為8個發(fā)光二極管進行測量，如共陰數(shù)碼管為例：將紅表筆接數(shù)碼管公共端(接地端)，黑表筆分別接其他各段，相應的字段應點亮，并且阻值較小，而共陽數(shù)碼管則表筆接法相反。 元件布局：選用萬用板進行焊接前，應綜合考慮整個項目元件的排布和走線，可以參考印刷電路板，焊接集

13、成電路最好使用集成電路插座，這樣便于后面檢修和元件的重復利用，焊接前先將插座插在萬用板上模擬元件布局，考慮完全后再焊接電路。 （2）調(diào)試 ①編碼部分調(diào)試 在焊接完成后，應仔細對照電路圖檢查焊接是否的誤，然后通電調(diào)試，在沒用按鍵按下時，輸出端應全部為低電平（0.5V以下），否則應檢測電路，再根據(jù)前面的真值表?1-1按下相應的按鍵，用萬用表檢查輸出的高低電平狀態(tài)是否正確，具體確認以下四點： S1~S4沒有按鍵按下時，編碼集成電路A0、A1、A3所有輸入端都應為高電平。 在S1~S4 有按鍵按下時，編碼集成電路A0、A1、A3所有輸出端都應為低電平。 在S1~S4某一個按鍵按下時，編碼集

14、成電路A0、A1、A3三個組的編碼狀態(tài)是否符合編碼要求。 編碼集成電路A0、A1、A3三個編碼輸出管腳到RS觸發(fā)器的輸入管腳是否連接正確，注意高位和低位的區(qū)分。 ②顯示部分調(diào)試 將74LS48的ABC與編碼輸出的4Q、3Q、2Q相連。接譯碼器輸出端(應注意高低位不要接反，否則數(shù)據(jù)顯示不正常)，在按鍵S1~S4沒有按下時，觀測數(shù)碼管應該顯示為0，當某按鍵按下時，數(shù)碼管應該顯示相應數(shù)字(注意，因為此時并沒有安裝鎖存部分，所以按鍵彈起來后，數(shù)據(jù)又恢復為0，即暫時沒有鎖存功能)，并測試顯示譯碼器集成塊U3的各管腳電壓 3 電路的PCB圖 4 、總結(jié) 本電路使用了鎖存

15、器，編碼器，譯碼器數(shù)碼管等構(gòu)成倒計時電路使用了74ls190等電路實現(xiàn)倒計時，并利用使能端及門電路，實現(xiàn)各項鎖存，鳴叫，清零等功能，總結(jié)如下： 優(yōu)點：電路功能原理清晰，各項功能均達到了要求，顯示準確，反應靈敏，無競爭冒險現(xiàn)象，基本滿足了普通競賽的搶答要求。 缺點：如果長按住按鈕不放，主持人清零后將能獲得搶答權(quán)，且由于編碼器電路是優(yōu)先編碼器，所以如果兩人搶答時間間隔在1ms以內(nèi)，將出現(xiàn)編號靠前的選手獲得搶答權(quán)的情況。 改進：可以更改促發(fā)器的類型，如使用jk觸發(fā)器代替，則長按無效，或者在搶答端添加一個發(fā)光二極管，當有人作弊，二極管就會亮，從而阻止選手長按按鈕的缺陷。

16、 第4章 結(jié)束語 1 設(shè)計體會 本次電子課程設(shè)計實習將理論與實踐有機地結(jié)合，既考查了同學對理論知識的掌握程度，由反映了實際動手能力，更主要的是考查了同學對知識的綜合運用以及創(chuàng)新設(shè)計思維能力，為今后的發(fā)展提供了一次良好的學習環(huán)境。 針對課設(shè)題目四路搶答器，一開始還沒有頭緒，不會運用所學知識進行有效設(shè)計，但通過上網(wǎng)查閱各種類似的設(shè)計，去圖書館翻閱相關(guān)設(shè)計書籍，查閱所提供的芯片功能，確定基本設(shè)計方案，又通過仿真驗證試驗方案的可實行性，雖說比較煩雜但卻對設(shè)計一個電路有了基本的經(jīng)驗。同時也使自己認識到： 1、 設(shè)計思路是整個設(shè)計的

17、靈魂 拿下每個課題能有一個非常清晰的設(shè)計思路是至關(guān)重要的。只有對課題的充分理解，對各種器件的熟練掌握，勾畫出基本的設(shè)計圖是成功的關(guān)鍵，，必須多花時間在設(shè)計上才能為后續(xù)工作提供更扎實的基礎(chǔ)。翻閱各種資料，上網(wǎng)查詢填補所需知識的空白是必要的。 2、 焊接制作必須精益求精 焊接必須精益求精，一絲不茍，一點的差錯都可能導致實驗結(jié)果錯誤，因此必須準確無誤還要工整，這樣才能在調(diào)試中能比較輕松進行，也是整個電路可看性更好。 3、 調(diào)試 調(diào)試工作是個精細工作。在調(diào)試過程中，有些問題是芯片本身損壞引起的，也有些是因為焊接問題引起的等因此排查過程需要特別有耐心，通過對芯片功能的檢驗，對焊點的檢查最后檢查

18、出問題所在。當最后解決問題時，電路的正確是非常振奮，也很有成就感和滿足感。 參考文獻 1、閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1989 2、張乃國.電子測量.北京：人民郵電出版社，1985 3、彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導.北京：高等教育出版社，1997 4、華容茂.電工、電子技術(shù)實習與課程設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，2000 附錄A 元器件清單 名稱及標號 型號及大小 數(shù)量 ( 單位：

19、個) 編碼器 74ls148 1 譯碼器 74ls48 1 556 NE556N 1 開關(guān) SW-PB 5 電阻 排阻10K 1 15K 2 LED ____ 1 電容 0.01uF 1 470uF 1 7段共陰數(shù)碼管 —— 1 或門 —— 4 RS觸發(fā)器 74279 1 附錄B 電路總原理圖 16