數(shù)字電路課程設(shè)計報告書-九路搶答器

1、黎明職業(yè)大學(xué) 信息與電子工程學(xué)院 課程設(shè)計報告數(shù)字電路課程設(shè)計報告書九路搶答器小組成員： 學(xué)號：班 級： 指導(dǎo)老師： 目錄1引言32設(shè)計任務(wù)與要求33設(shè)計方案 43.1方案圖及原理43.2電路圖及其原理54單元電路設(shè)計方法6 4.1聲響電路 6 4.2搶答電路 7 4.3數(shù)碼管 10 4.4定時電路 115仿真結(jié)果126實焊電路圖137軟硬件結(jié)合測試步驟及結(jié)果148設(shè)計收獲和體會149元器件清單1510參考文獻161、引言隨著我國經(jīng)濟和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多競爭場合要求有快速公正的競爭裁決，例如證券、股票交易及各種智力競賽等。在現(xiàn)代社會生活中，智力競賽更是作為一種生動活潑的教育形式和方法能夠引

2、起觀眾極大的興趣。而在競賽中往往分為幾組參加，這時針對主持人提出的問題，各組一般要進行必答和搶答，對必答一般有時間限制，到時有聲響提示；對于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，這就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。一般搶答器由很多門電路組成，線路復(fù)雜，可靠性低，特別是搶答路數(shù)增多時，實現(xiàn)起來更加困難。本文介紹了一種利用數(shù)字電路實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，具有很強的實用性。 數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存

3、，并數(shù)碼管上顯示選手的編號，同時揚聲器給出聲音提示；同時封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。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。搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間為9秒。當(dāng)主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即進行減計時，并用顯示器顯示通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴展電路。參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止；如果定時搶答的時間已到，而沒有選手搶答時，本次搶答無效，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，定時顯示器上顯示0并閃爍。經(jīng)過布線、焊接、調(diào)

4、試等工作后數(shù)字搶答器成形。2、設(shè)計任務(wù)與要求1)、測試選手的反應(yīng)能力，可為不同人數(shù)，最多為9人，以9人為例，選手每人一個按鈕，分別用S0S8表示；2)、設(shè)計一個系統(tǒng)清零和搶答控制開關(guān)S，由主持人控制；3)、用LED數(shù)碼顯示器顯示搶答成功者的編號，同時揚聲器發(fā)出提示聲音（叮咚或音樂）；4)、設(shè)定搶答時間，當(dāng)主持人宣布搶答開始，計時器開始以秒為單位進行減法計數(shù)，同時揚聲器有短暫的聲響提示。在搶答時間內(nèi)，選手搶答成功，這時計時器停止工作，顯示器上顯示參賽者的編號，保持到主持人按復(fù)位鍵為止。當(dāng)規(guī)定的時間到，仍無人搶答時，本次搶答無效，揚聲器報警發(fā)出聲音，并禁止搶答，計時器上顯示“0”；3、設(shè)計方案3.

5、1方案圖及其原理圖1、反應(yīng)測試器方案圖如圖1所示為總體方框圖。接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清零”狀態(tài)，反應(yīng)測試器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈；主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布“開始”反應(yīng)測試器工作。選手開始搶答，選手在搶答時，反應(yīng)測試器做出優(yōu)先判斷是哪位選手，反應(yīng)測試器具有編號鎖存和編號顯示的功能，即顯示出選手的號碼，每次選手搶答，聲響電路都會發(fā)出響聲。當(dāng)一輪測試之后，定時器停止、禁止二次測試。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。3.2、電路圖及其原理圖2、反應(yīng)測試器電路圖工作原理:通過編碼二極管編成BCD碼，將高電平加到CD4

6、511所對應(yīng)的輸入端。從CD4511的引腳可以看出，引腳6、2、1、7分別為BCD碼的D、C、B、A位（D為高位，A為低位，即D、C、B、A分別代表BCD碼8、4、2、1位）。當(dāng)電路上電，主持人按下復(fù)位鍵，選手就可以開始按鍵了。數(shù)碼管起初顯示為0，當(dāng)選手1按下S1測試鍵，高、低電平通過編碼二極管加到CD4511集成芯片，此時CD4511輸入BCD碼為“0001”，數(shù)碼管顯示為1；當(dāng)選手2按下S2測試鍵，此時CD4511輸入BCD碼為“0010”，數(shù)碼管顯示為2；當(dāng)選手3按下S3測試鍵，此時CD4511輸入BCD碼為“0011”，數(shù)碼管顯示為3；當(dāng)選手4按下S4測試鍵，此時CD4511輸入BCD

7、碼為“0100”，數(shù)碼管顯示為4；當(dāng)選手5按下S2測試鍵，此時CD4511輸入BCD碼為“0101”，數(shù)碼管顯示為5；當(dāng)選手6按下S6測試鍵，此時CD4511輸入BCD碼為“0110”，數(shù)碼管顯示為6；當(dāng)選手7按下S7測試鍵，此時CD4511輸入BCD碼為“0111”，數(shù)碼管顯示為7；當(dāng)選手8按下S8測試鍵，此時CD4511輸入BCD碼為“1000”，數(shù)碼管顯示為8；當(dāng)選手9按下S9測試鍵，此時CD4511輸入BCD碼為“1001”，數(shù)碼管顯示為9；選手每按下一次按鍵，聲響電路響一聲。4、單元電路設(shè)計方法4.1、聲響電路4.1.1、聲響電路原理及原理圖由555集成電路和三極管構(gòu)成，其中555集

8、成電路構(gòu)成多諧振蕩器，震蕩頻率f0=1.43/(R1+2R2)C,周期T=0.7（R1+2R2）】C，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器響聲。當(dāng)555集成電路的4腳外加的控制信號為高電平時，多諧振蕩器的工作，在3腳輸出脈沖信號，揚聲器發(fā)出提示聲；反之，多諧振蕩器停振蕩。聲響電路原理圖如下所示：圖3、聲響電路圖4.1.2、555定時器引腳圖圖4、555引腳圖 1腳接地GND 2腳為觸發(fā) 3腳為輸出 4腳復(fù)位 5腳控制電壓 6腳門限(閾值）7腳放電 8腳接電源電壓Vcc4.1.4產(chǎn)生秒脈沖信號電路圖圖 5、脈沖信號電路圖4.2、搶答電路該部分主要完成兩個功能：一是分辨選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編

9、號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。選用芯片CD4511可以完成上述功能。4.2.1、CD4511引腳圖圖 64.2.2、CD4511引腳功能BI:4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0時，不管其它輸入端狀態(tài)是什么的，七段數(shù)碼管都會處于消隱也就是不顯示的狀態(tài)。LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時，允許譯碼輸出。當(dāng)LE=1時譯碼器是鎖定 保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數(shù)值。LT：3腳是測試控制端，當(dāng)BT=1時，譯碼輸出全為1，不管輸入DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮全部顯示，它主要用來檢測數(shù)7段碼管是否有物理損 壞。A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。A、b、c

10、、d、e、f、g、為譯碼器輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的里面有上拉電阻，可直接或者接一個電阻與七段數(shù)碼管接口。4.2.3、CD4511的工作原理圖7、CD4511工作真值表鎖存功能：譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成，傳輸門的導(dǎo)通或截止由控制器LE的電平狀態(tài)。當(dāng)LE為“0”電平導(dǎo)通，TG2截止；當(dāng)LE為“1”電平時，TG1截止，TG2導(dǎo)通此時有鎖存作用譯碼：CD4511譯碼用兩級或非門擔(dān)任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對輸入數(shù)據(jù)B、C進行組合，得出四項，然后將輸入的數(shù)據(jù)AD一起用或非門譯碼。消隱：BI為消隱功能端，該端施加某一電平后，迫使B端輸出為低電平，字形消隱。4.2.4

11、搶答電路原理圖圖 84.3數(shù)碼管此次試驗選用的是共陰數(shù)碼管SM4205圖9、數(shù)碼管原理圖數(shù)碼管管腳：1腳為g 2腳為f 3腳與電容相連接VCC 4腳為a 5腳為b 6腳為e 7腳為d 8腳接地 9腳為c4.4定時電路由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，74LS192的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn)預(yù)置數(shù)。計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當(dāng)有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。

12、74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，具備雙時鐘輸入，同時具備清零和置位功能。4.4.1、74LS192引腳圖及其功能圖10、 74LS192的引腳排列及邏輯符號（a）引腳排列 (b) 邏輯符號圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)端，為減計數(shù)端，為非同步進位輸出端， 為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。4.4.2功能表5、仿真結(jié)果利用仿真軟件proteus 對電路進行仿真。按照總體的電路圖，將各個元件，芯片，電源等排好，用導(dǎo)線連接，開始仿真，首先按下復(fù)位鍵，進行測試，先按S1鍵，數(shù)碼管顯示1，蜂鳴器響，再按其他鍵，每按一次蜂鳴器響一下，數(shù)

13、碼管不變。測試完，再按復(fù)位鍵，進行其他鍵測試，現(xiàn)象同第一次測的，這里給出S3鍵的結(jié)果如圖所示。圖11、電路仿真圖6、實焊電路圖圖 12圖 137、軟硬件結(jié)合測試步驟和結(jié)果焊接完畢后，在接通電源前，先用萬用表仔細(xì)檢查各管腳間是否有短路，虛焊、漏焊現(xiàn)象。檢查無誤后，先不要把各個集成塊插入芯片插座中，然后接通電源，用手觸摸橋碓,看看是否發(fā)熱,或者用萬用表測試其兩端的電壓是否在10V左右。如果發(fā)熱或者電壓為零則說明電路中有短路的現(xiàn)象，要立刻切斷電源，再做仔細(xì)的檢查，改正后再進行同樣的測試，直到正常為止。再測試各個芯片的電壓是否正常，正常的話可以把各個集成塊芯片插入芯片插座中。以上檢查無誤后,再進行調(diào)試

14、。首先按下復(fù)位鍵，用萬用表測試芯片的電平，看電路連接是否正確，如有問題，要切斷電源檢查。如果沒有的就再按下?lián)尨鸢粹oS1，數(shù)碼管的顯示數(shù)字是否為“1”。不是的話再仔細(xì)地檢查電路中的連接，再看看蜂鳴器是否響。是的話就依次按下S2、S3S9，按照相同的操作，進行檢查。經(jīng)檢查和改正，電路板正確，進行測試。首先給電路板VCC端接上8V的電壓，接地端接地，電路板顯示0,按下復(fù)位鍵，再按下S1鍵，數(shù)碼管顯示1，且蜂鳴器響，再按其他鍵，每按一次，蜂鳴器響一次，且數(shù)碼管顯示的數(shù)字為1不變。按下復(fù)位鍵，再按下S2鍵，數(shù)碼管顯示2，且蜂鳴器響，再按其他鍵，每按一次，蜂鳴器響一次，且數(shù)碼管顯示的數(shù)字為2不變。按復(fù)位鍵

15、，再按下S3鍵，數(shù)碼管顯示3，且蜂鳴器響，再按其他鍵，每按一次，蜂鳴器響一次，且數(shù)碼管顯示的數(shù)字為3不變。其他的按鍵測試同上述過程。由硬件測得的結(jié)果可看出，硬件測試出的結(jié)果與軟件仿真出的結(jié)果相同。8、設(shè)計收獲和體會通過這次的課程設(shè)計，我學(xué)會了很多，了解了很多，而且學(xué)會了很多課本上學(xué)不到的知識，鍛煉并提高了我的動手實踐能力和獨立思考能力，真的做到了學(xué)以致用。之前都是在課堂上聽老師講，這一次要親手去操作，去焊接電路板等，還是感覺很興奮。首先要理解題目要求，通過查閱書籍以及相關(guān)的資料等，作為參考，設(shè)計出電路圖。在這個過程中，會發(fā)現(xiàn)有很多的問題，也充分的體現(xiàn)了自己學(xué)習(xí)的知識的不足，也使我感覺到只學(xué)課本

16、上的知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還要理論和實踐相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)問題及時看書或者向老師同學(xué)請教，而且鞏固了以前所學(xué)的知識，對其有了更深一步的理解，在焊接電路板的過程中，一定要細(xì)心，注意不要漏焊、虛焊等，因為這是很重要的一步，因為接下來的實驗是否成功，焊接的電路板起著決定性的作用。在調(diào)試的過程中，我的電路板的計時數(shù)碼管顯示的倒計時為奇數(shù)，當(dāng)時很疑惑，因為仿真的結(jié)果是正確的，然后我仔細(xì)檢查了一下電路板，原來是我把數(shù)碼管的管腳資料弄錯了，所以細(xì)心真的很重要，因為馬虎就能導(dǎo)致結(jié)果出不來或是更嚴(yán)重的后果，如果出現(xiàn)了問題，一定要靜下心來，弄清楚到底是哪里出現(xiàn)了問題，而不是著急和煩躁，越是那樣越檢查不出錯誤在哪里?？傊@一次的課程設(shè)計，我收獲頗多，對我來說很有意義。9、元器件清單序號元件數(shù)量二極管1N414811開關(guān)11電阻10K6電阻2K1電阻2201電阻5102電阻1K1電阻15K2電阻68K2芯片74LS1921芯片CD40681芯片CD45112芯片74LS001芯片5552電解電容10uf1電解電容100uf1瓷片電容1032瓷片電容1042NPN90131數(shù)碼管SM4