8路搶答器設計（含完整圖）

1、數(shù)字電路課程設計報告8路數(shù)字搶答器1.概述搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕s0 s7表示。另外設置系統(tǒng)清除開關一個，該開關由主持人控制。搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在七段數(shù)碼管上顯示選手號碼。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當主持人按下清除鍵后，參賽選手可以進行搶答，同時倒計時電路開始倒計時，搶答有效時，紅燈亮，倒計時停止，顯示器上顯示選手的編號，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。2、8路數(shù)字搶答器各主要芯片介紹2.1、74ls148 74ls148是一個8線3線優(yōu)先編碼器。 74ls1

2、48外部管腳圖、真值表如圖所示： 74ls148的功能表輸 入輸 出 1000000000x x x x x x x x1 1 1 1 1 1 1 1x x x x x x x 0x x x x x x 0 1x x x x x 0 1 1x x x x 0 1 1 1x x x 0 1 1 1 1x x 0 1 1 1 1 1x 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 11 1 1 0 10 0 0 1 00 0 1 1 00 1 0 1 00 1 1 1 01 0 0 1 01 0 1 1 01 1 0 1 01 1 1 1 0ucc yex ys i3 i

3、2 i1 i0 y0 i4 i5 i6 i7 s y2 y1 gnd 圖74ls148管腳圖16 974ls1481 8 圖一 74ls148 真值表 由表不難看出，在電路正常工作狀態(tài)下，允許當中同時有幾個輸入端同時為低電平，即有編碼輸入信號。的優(yōu)先權最高，的優(yōu)先權最低。當時，無論其它輸入端有無輸入信號（表中以x表示），輸出端只給出的編碼，即，當時，無論其它輸入端有無輸入信號，只對編碼，即輸出為。其余可以依次類推。2.2、555定時器555定時器有兩個比較器 c1和 c2各有一個輸入端連接到三個電阻r組成的分壓器上，比較器的輸出接到rs觸發(fā)器上。此外還有輸出級和放電管，輸出級的驅動電流可達20

4、0ma。電路圖如圖所示。圖555定時器 比較器c1和c2的參考電壓分別為ur1和ur2，根據c1和c2的另一個輸入端觸發(fā)輸入和閾值輸入，可判斷出rs觸發(fā)器的輸出狀態(tài)。當復位端為低電平時，rs觸發(fā)器被強制復位。若無需復位操作，復位端應接高電平。由于三個電阻等值，所以當沒有控制電壓輸入時，當控制電壓外接時，如外接 ,則 ;為防止干擾，控制電壓端懸空時，應接一濾波電容到地。555定時器的邏輯功能如表所示。表一 555定時器的功能表2.3、74ls4874ls48是一個用于驅動共陰極 led （數(shù)碼管）顯示器的 bcd 碼七段碼譯碼器，特點如下：具有bcd轉換和消隱控制、七段譯碼及驅動功能的ttl電路

5、,能提供較大的拉電流。可直接驅動led顯示器。圖74ls48 封裝圖其功能如下：4腳是消隱輸入控制端，當=0 時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。：3腳是測試輸入端，當=1，=0 時，譯碼輸出全為1，不管輸入 dcba 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數(shù)碼管是否損壞。 /：波紋隱藏式輸出。a1、a2、a3、a4、為8421bcd碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。邏輯功能見表：表二 74ls48 真值表8421 bcd 碼對應的顯示見下圖： 選用共陰極數(shù)碼管，對于 74ls48，它與數(shù)碼管的基本連接方式

6、如下圖 ：圖數(shù)碼管顯示電路2.4、74ls74 74ls74集成電路為雙d觸發(fā)器，其管腳圖如右圖所示。其中d為觸發(fā)器的輸入端，q、為兩個輸出端，d為預置端，d為清除端，cp為時鐘輸入端。真值表為：輸入輸出 cpdq0110100100不定111101100111q 表三 74ls74 功能表封裝圖為：圖6 d觸發(fā)器封裝電路2.5、74ls19274ls192是雙時鐘4位十進制加/減同步計數(shù)器。其封裝圖及功能表如下圖：圖7 74ls192封裝圖及管腳排列圖表四 74ls192功能表其中：tcu 是加計數(shù)進位輸出端，當加計數(shù)到最大數(shù)值時，tcu 發(fā)出一個低電平信號（平時為高電平）；tcd 為見計數(shù)

7、借位輸出端，當減計數(shù)到0時，tcd 發(fā)出一個低電平信號（平時為高電平），tcu 和tcd 負脈沖寬度等于時鐘低電平寬度。2.6、74ls0074ls00是通用數(shù)字電路：四2輸入與非門。其管腳圖如下圖所示：圖8 管腳排列圖2.7、74ls0874ls08是通用數(shù)字電路：四2輸入與門。其管腳圖如下圖所示：圖9 74ls08管腳排列圖3、8路數(shù)字搶答器實現(xiàn)原理與電路3.1、數(shù)字搶答器總體方框圖如圖1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人按下清零狀態(tài)開關，同時宣布開始，編號顯示器顯示“空值”，開始倒計時，搶答器工作。選手開始搶答，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪

8、搶答之后，禁止二次搶答。如果再次搶答必須由主持人再次操作清零狀態(tài)開關。3.2、電路原理圖： 圖11 系統(tǒng)原理圖4單元電路設計4.1搶答器電路設計 搶答電路的功能有兩個：一是分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按按鈕操作無效。選用優(yōu)先編碼器74ls148和d觸發(fā)器可以完成上述功能，其電路組成如圖12所示。圖12 搶答電路工作原理是：當主持人控制開關按下時，rs觸發(fā)器的端為低電平，輸出端（4q1q）全部為低電平。于是74ls148的/=0,顯示器滅燈：74ls148的選通輸入端=0,74ls148處于工作狀態(tài)。當主持人開關松開后優(yōu)先編碼電路和鎖存電路

9、同時處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端7 0 輸入信號，當有選手將按鈕按下時（按下s5）,74ls148的輸出210 =010, gs =0,經rs鎖存器后，ctr=1，/=1，74ls74處于工作狀態(tài)，4q3q2q=101,經74ls48譯碼后，顯示器上顯示出“5”。此外，ctr=1, 使74ls148的為高電平，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖其他按鈕的輸入。當選手按下的按鈕松開后，74ls148上的gs 為高電平，但由于ctr維持高電平不變，所以74ls148仍處于禁止工作狀態(tài)，其他按鈕的輸入信號不會被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。當優(yōu)先搶答者回

10、答完為題后，主持人只需再次按下清除按鈕，便可以進行下輪搶答。 4.2 定時電路設計 節(jié)目主持人跟據搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，選用十進制同步加/減計數(shù)器74ls192進行設計，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖13所示： 圖13 定時電路4.3 報警電路設計 由555定時器和三極管構成的報警電路如圖14所示。其中，555構成多諧振蕩器，振蕩頻率為：fo =其輸出信號經三極管推動揚聲器。rst為控制信號，當rst為高電平時，多諧振蕩器工作；反之，電路停振。圖14 報警電路4.4 時序控制電路設計時序控制電路是搶答器設計的關鍵，他要完成以下三

11、項功能。 （1）主持人按下控制開關后，揚聲器發(fā)聲，搶答器和定時電路進入正常工作搶答狀態(tài)。 （2）當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)生，搶答電路和定時電路停止工作。 （3）當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)生，同時搶答電路和定時電路停止工作。 根據上面功能要求以及圖12和圖13，設計的時序控制電路如圖15所示。圖中，門g1,g2的作用是控制時鐘信號cp的放行與禁止，門g3的作用是控制74ls148的輸入使能端。圖15（a）所示電路的工作原理是：主持人控制開關按下時，來自于圖12所示的74ls74的輸出ctr=0，經g4 反相，a=1，則從555輸出端來的時鐘信號cp能加到74ls192的cp

12、d時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，來自于圖13所示的借位輸出端=1,門g3的輸出=0，使74ls148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能（1）的要求。當選手在定時時間內按動搶答按鈕時，ctr=1經g4反相a=0，封鎖cp信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門g3的輸出=1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能（2）的要求。到定時時間到時，來自74ls192的=0，=1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答，同時g1處于關門狀態(tài)，封鎖cp信號，是定時電路保持00狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能（3）的要求。圖15（b）所示電路用于控制報警電路。 （a） （b）圖1

13、5 時序控制電路（a）搶答與定時電路的時序控制電路 （b）報警電路的時序控制電路5. 電路調試5.1調試步驟（1）、電路性能檢測； 在pcb板上焊接電路元件前，先仔細檢查一下pcb板是否有短路或斷路的情況，并加以修正。元件焊接完成后，再仔細檢查一下焊盤是否有漏焊的地方，電路板是否有短路的情況。（2）、上電，檢測電路各級直流狀態(tài)，排除故障后，并記錄特殊節(jié)點的電位數(shù)值；接+5v電源，檢測各級電路直流狀態(tài)：u1:gndtrigoutrstcvoltthrdiscvccl609hzhu2:a0a1a2a3gndabcdefgvcchhhhhhllhhhllllhu3:clr(a)d(a)clk(a)p

14、r(a)q(a)(a)gndclr(b)d(b)clk(b)pr(b)q(b)(b)vcchllhhllhllhhlhu4:clr(a)d(a)clk(a)pr(a)q(a)(a)gndclr(b)d(b)clk(b)pr(b)q(b)(b)vcchllhhllhllhhlhu5:01234567gnd012vcchhhhhhhhlhhhhhhhu6:a0a1a2a3gndabcdefgvcchhhhhlllhhhhhllhu7:a0a1a2a3gndabcdefgvcchhhhlllllhhllllhu8:rstupdwnp0p1p2p3gndq0q1q2q3vcchlhhhhlllhhll

15、hhhu9:rstupdwnp0p1p2p3gndq0q1q2q3vcchlhhlllllhlllhhhu10:gndtrigoutrstcvoltthrdiscvccl1hzhu11:1a1b1y2a2b2ygnd3a3b3y4a4b4yvcchhhlhlll1hzlhu12:a1b1y1a2b2y2gnda3b3y3a4b4y4vcchhlhhhlhlhh 特殊節(jié)點檢測：在電路圖中觀測以下特殊節(jié)點的電平變化情況：節(jié)點(u8)clr(u8)rst(u1)dwn(u9)按s8前hhhll按下s8lllhhs8松開后llllh規(guī)定時間內按下?lián)尨疰Ihhhll倒計時結束hhhhl（3）、交流狀態(tài)觀測

16、 本系統(tǒng)激勵狀態(tài)觀測，排除故障，并記錄數(shù)據電平波形。 若上步驟無法實現(xiàn)時，采用代替法（外激勵法），割裂系統(tǒng)電路，逐級單元電路調試，剔出故障；排除故障后恢復電路系統(tǒng)，再測試并記錄數(shù)據或電平波形。電路接+5v電壓，觀測u1,u10的3（out）輸出電平波形：u1的輸出波形如下圖：u10的輸出波形如下圖：在設計過程中發(fā)現(xiàn)的問題和所做的改進:在完成電路的焊接，進入調試階段時，搶答器顯示電路出現(xiàn)了不穩(wěn)定的問題。主要表現(xiàn)在數(shù)碼管部分筆畫不能顯示。開始我以為是芯片或數(shù)碼管出了問題，于是對芯片進行了逐個排查，確定芯片沒有損壞后，我們開始檢查導線的焊接情況。我們利用萬用表對接線處逐個進行了排查，最后發(fā)現(xiàn)某芯片的

17、一個引腳處的導線松了。我對導線進行了重新焊接，過后系統(tǒng)恢復了正常。6、組裝與調試6.1 使用的主要儀器、儀表5v直流穩(wěn)壓電源；萬用表；6.2 電路調試6.2.1 靜態(tài)調試使用萬能表測試引腳連接情況，注意有沒有錯誤連線，引腳之間有沒有誤連。6.2.2 動態(tài)調試 接上5v直流電源，將系統(tǒng)清除按鍵按下。74ls192的四個rs觸發(fā)器的置0端均為0，使四個觸發(fā)器均被置0。1q為0，使74ls148的使能端=0，74ls148處于允許編碼狀態(tài)，同時1q為0，使74ls48的滅燈輸入端=0，數(shù)碼管無顯示。這時搶答器處于準備搶答狀態(tài)。當將系統(tǒng)清除按鍵放開時，搶答器處于等待狀態(tài)。當有選手將按鍵開關按下時，搶答

18、器將接受并顯示搶答結果，假設按下的是s4，則74ls148的編碼輸出為011，此代碼送入74ls279鎖存后，使4q3q2q=100，亦即74ls148的輸入為0100；又74ls148的優(yōu)先編碼標志輸出為0，使1q=1，即=1，74ls48處于譯碼狀態(tài)，譯碼的結果顯示為“4”。同時1q=1，使74ls148的=1，74ls148處于禁止狀態(tài)，從而封鎖了其他按鍵的輸入。此外，當優(yōu)先搶答者的按鍵松開再按下時，由于仍為1q=1，使=1，74ls148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會接受二次按鍵時的輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。7、總結 本設計詳細介紹了搶答器的設計方案，功能及在設計過程中所做的改進。這種

19、搶答器主要是基于74系列集成芯片，成本較低，且基本能夠使用于學校的一些活動中。改進設想及建議：（1）我們設計的作品主要是用74系列集成芯片來完成的，在焊接的過程中由于芯片的引腳過多，布線工作不是很方便。有時候還因為某一跟線沒有焊牢，造成電路的不穩(wěn)定，這些都是有待改進的。我們的想法是根據單片機原理及相關知識對我們的設計進行一些改進。（2）選手號碼的顯示問題：在設計過程中，我發(fā)現(xiàn)按下?lián)尨鸢粹o后，我希望其在七段數(shù)碼顯示管上顯示的選手號碼是1到8，這樣符合我一般的思維，而按照我一開始所做的設計，數(shù)碼管只能顯示0到7，我在認真研究體設計方案和7448譯碼器的功能表（見表3）后，發(fā)現(xiàn)解決此問題只須將顯示0

20、改為顯示8，而其他的顯示則不改變。由表3可以看出，將7448的a3端置1，其他位置0。我們通過觀察表3看出，只有在字形（見表3）為0時，a2、a1、a0=1，其他均為0。于是我們就將a2、a1、a0 三端先接入非門7404，然后將他們接入與門7408，7408的輸出接7446的a3端，這樣就實現(xiàn)了顯示8的功能，其他的數(shù)碼的顯示并無影響。（3）增加定時電路、報警電路等。8、后感課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。下面我對整個畢業(yè)設計的過程做一下簡單的總結。第一，接到任務以后進行選題。選題是課程設計的開端，選擇恰當?shù)摹⒏信d趣的題目，這對于整個畢業(yè)設計是否能夠順利進行關系極大。好比走路，這開始的第一步是具有決定意義的，第一步邁向何方，需要慎重考慮。否則，就可能走許多彎路、費許多周折，甚至南轅北轍，難以到達目的地。因此，選題時一定要考慮好了。第二，題目確定后就是找資料了。查資料是做畢業(yè)設計的前期準備工作，好的開端就相當于成功了一半，到圖書館、書店、資料室去雖說是比較原始的方式，但也有可取之處的。總之，不管通過