數(shù)字邏輯電路課程設(shè)計(jì)——搶答器

1、西安郵電學(xué)院數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告書數(shù)字搶答器學(xué)院 名稱：電子工程學(xué)院學(xué)生姓名：專業(yè)名稱：班 級：實(shí)習(xí)時(shí)間：數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)數(shù)字搶答器一、課程設(shè)計(jì)題目數(shù)字式搶答器二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1. 搶答器同時(shí)可供4路參賽選手同時(shí)搶答，分別用4個(gè)按鈕S0S3來控制2. 設(shè)置一個(gè)主持人開關(guān)，用來控制搶答的開始和結(jié)束。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在數(shù)碼管上顯示，選手搶答實(shí)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)清除為止。4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間為10 秒。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開始 "鍵后，定時(shí)器采用倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)到0。5. 參賽選手

2、在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，綠燈亮，數(shù)碼管上顯示選手的編號和剩余搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6. 如果定時(shí)時(shí)間已到（計(jì)數(shù)至0），有人搶答，則為超時(shí)搶答。紅燈亮，并在數(shù)碼管管上顯示該搶答選手。7. 如果主持人未啟動(dòng)“開始”鍵，有人搶答，為提前搶答。顯示其號碼，此時(shí)紅燈亮提示。三、 數(shù)字搶答器總體方案1. 接通電源后，主持人將開關(guān)撥到" 高電平 " 狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器顯示為0, 定時(shí)器顯示為0。 此時(shí) , 若有人搶答, 為違規(guī)搶答數(shù)碼管顯示其編號, 并紅燈警告. 定時(shí)器顯示不變。2. 主持人將開關(guān)置于”開始”狀態(tài)， 宣布 &

3、quot; 開始 "搶答， 搶答器工作, 定時(shí)器倒計(jì)時(shí) , 選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成, 編號鎖存 , 編號顯示 , 綠燈亮表示搶答有效。3. 若在 10 秒內(nèi)無人搶答，10 秒后搶答器自動(dòng)鎖定，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，搶答無效。如果再次搶答必須由主持人再次操作"開始 "狀態(tài)開關(guān)。單元電路設(shè)計(jì)1 .搶答器電路的設(shè)計(jì)(即完成鎖存和顯示功能)(1)搶答，鎖存電路：在這一部分，最主要的是鎖存電路，鎖存電路主要由74LS75來實(shí)現(xiàn), 當(dāng)74LS75的4, 13號管角的信號為使能端，當(dāng)為“ 0”時(shí)，它將保持原 來的狀態(tài)：74LS75的管腳圖和真值表：有一組隊(duì)員按下開關(guān)后，Q

4、1, Q2, Q3, Q4中有一個(gè)信號為0,則它們四個(gè) 通過與門后的信號為0,接入E12和E34,7475實(shí)現(xiàn)鎖存功能，保持狀態(tài)不變。對于譯碼電路，當(dāng)那個(gè)隊(duì)員搶上后，要顯示他的組號，必須把次信號轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制代碼。具關(guān)系為：Q3Q2Q1Q0DCBA00010001001000100011001101000100由上真值表知：A= Q0 + Q2; B= Q1+ Q2;C= Q3;D=0;(2)譯碼電路用74LS48和數(shù)碼管將74LS75鎖住的數(shù)據(jù)顯示出來,輸入端器由端允件選律G| GtC8 AY-幾處Y* 丫其柏表x HHHHHHHHHLH HHHHHHHLHH HHHHHLHHHH HHHHL

5、HHHHH HHHLHHHHHH H HLHHHHHHP X XLHLHLHLH K XLLHHLLHH74LS48的功能管教圖為£& X Yi Y Y,1Y. Y4U 111 i i：iTY. Yj Yn f, i Y.p A、* xi C Gm Cjju Gt YrI I V V IT 由由dMlUllllblJ 八 J q型星"y：gxi) 迭推 ftiT 輸出分析可得到搶答鎖存電路的電路圖（如下圖）:2 .倒計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)此電路用來實(shí)現(xiàn)模10的倒計(jì)數(shù)器，用一片74161來實(shí)現(xiàn)，用同步置數(shù)法來實(shí)現(xiàn)，由于要求倒計(jì)數(shù)，即從 1001到0000,所以可以取反而得到。但

6、 是，當(dāng)?shù)箶?shù)到0后，還要有鎖存的功能，鎖住電路，即計(jì)數(shù)到0后停止在0, 若想再次計(jì)數(shù)，必須由主持人按下開始搶答按鍵，否則為違規(guī)搶答，亮紅燈 警示。其狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如下:DCBA主持人開關(guān)接在161的預(yù)置端，接低電平是代表新一輪開始的比賽，表示置9端，當(dāng)接通高電平時(shí)代表倒計(jì)時(shí)開始！根據(jù) 161的功能表可知，通過對CTP與CTT的控制，可實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)和保持。我用搶答電路 74LS75的使能端 E12 來控制 CTP,用 (QD*QC8QB*QA )來控制 CTT。74LS161的管腳圖為74LS161的功能表為有74LS161計(jì)數(shù)到數(shù)碼管顯示之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系為:計(jì)數(shù)器輸入譯碼器輸入數(shù)碼管的示數(shù)0110100

7、19011110008100001117100101106101001015101101004110000113110100102111000011111100000具體電路如下3 .脈沖的設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)中所用的計(jì)時(shí)器，是和我們的時(shí)鐘的頻率一樣的，因此我們通過555的分頻來實(shí)現(xiàn)我們所需要的時(shí)鐘脈沖以及波形如圖：4 .紅綠燈警告的設(shè)計(jì)此電路是當(dāng)在主持人沒有接上開關(guān)之前，有人搶答，則紅燈亮并顯示其 組號，當(dāng)主持人接上開關(guān)，綠燈亮表示其正確搶答。當(dāng)記時(shí)器計(jì)時(shí)停止時(shí)， 若有人搶答時(shí)，則紅燈亮。根據(jù)電路結(jié)果的分析，此部分電路我放在最后把 各模塊綜合在一起時(shí)綜合考慮。得出具體的電路圖如下五、實(shí)驗(yàn)器材芯片數(shù)量其

8、他器件數(shù)量六、555一片發(fā)光二極管兩個(gè)總74LS75一片電阻七個(gè)體74LS48兩片面包板一塊電74LS161一片七段顯示管兩個(gè)路74LS08一片電容兩個(gè)設(shè)74LS04兩片導(dǎo)線計(jì)74LS20一片74LS32一片中324Q 7dLM , ,h ，片W DUA -MiVCC： ：U1= - w566 TIME? RATEDU2WU1S：M：T機(jī)期口；FDCB"EJCE d31）帆:加 U ' a COQ50C0,ML嬲 N I,' ' 4 'HX',卜gj如"IRS - R? :K溫電，III1USEa0 底 1 nu N.M-H 7i Q

9、O& S3- M-4U M IEUSF山口口 C -' OOOD G .陽M目 ! ' , ' ,2皿MH rFLS如- 13 T2 '購TJT*TT UNTBI' '樣一1 w7、 發(fā)生的問題及解決方案在實(shí)際連接電路中會遇到很多復(fù)雜的問題，即使完全按照電路圖連接，也會出現(xiàn)一些問題，使結(jié)果出現(xiàn)錯(cuò)誤， 這就是電路調(diào)試要處理的問題，而這次的課程設(shè)計(jì)，我?guī)缀醮?部分的時(shí)間都花在了調(diào)試電路上。 三天就完成了我自己的設(shè)計(jì)，但是其中有兩天都在調(diào) 試。而且，冉后來幫同學(xué)們調(diào)試的過程中，我又遇到了很多很多不同的問題，這些問題 主要集中在以下幾點(diǎn)。第一點(diǎn)是

10、出在在設(shè)計(jì)上的，我首先拿到一分同學(xué)的電路圖，分析一下他設(shè)計(jì)的是否合 理，找出邏輯的混亂和錯(cuò)誤，就基本解決了設(shè)計(jì)上的問題。第二是電路板得問題，我自己還是比較幸運(yùn)，我連接自己的電路時(shí)，沒有出現(xiàn)電路板 內(nèi)部短路登多種意想不到的問題。原因是，當(dāng)我拿到一塊板子時(shí)，我用萬用表把每排插 孔都測量一邊。找到斷路的地方用導(dǎo)線接好，確保板子不會出現(xiàn)問題。然后才開始連接 電路。在給一個(gè)同學(xué)調(diào)試時(shí)，我發(fā)現(xiàn)他的設(shè)計(jì)倒是沒有任何問題，但是一連到板子上，就是出現(xiàn)胡亂的錯(cuò)誤，更可氣的是，有些時(shí)候，有的芯片的整個(gè)管腳還出現(xiàn)全都是到電平的危險(xiǎn)現(xiàn)象。這是我就意識到應(yīng)該是板子的問題了，我建議他換一塊板子重新連一遍，結(jié)果問題就迎刃而解

11、。這里我想到一個(gè)插芯片的技巧，就是拿到每一片新的芯片是，可以稍微把它的兩排管腳向內(nèi)摁一下，但是要一排一起向內(nèi)按。保證兩排管腳剛好插在兩排插孔上而不出現(xiàn)松動(dòng)這也是調(diào)試時(shí)出現(xiàn)的一個(gè)普遍的問題。第三是接線和芯片連接問題，接線一定要合適，露出的插進(jìn)插孔的端子一定要足夠，在調(diào)試過程中我找到了很多的由于接線不夠長而發(fā)生的斷路現(xiàn)象。還有就是連線不要交叉，這樣很不利于調(diào)試并且也很容易造成接線短路，出現(xiàn)問題。對于連接芯片及芯片的布局，芯片定要插緊。不能出現(xiàn)松動(dòng)。芯片松動(dòng)直接造成接觸不良。在調(diào)試過程中，我遇到了好多次的2.6V左右的電平（一般的數(shù)字電路高低電平區(qū)分為2.7V）,它因該算是高電平?？墒窃诰唧w的電路中

12、，就不是那么回事了，比如我測到一個(gè)二極管兩端的電壓分別為2.6V和3.5V。這就很難辦了，理論上，它們都應(yīng)該算是高電平，可是，它不能出現(xiàn)我們想要的結(jié)果兩端高電平是二極管是不亮的。這個(gè)問題的解決方法有兩種：一是檢查芯片是否松動(dòng)，把芯片插緊，二是在高電壓端串聯(lián)一個(gè)電阻限壓。芯片問題還造成很多意想不到的問題，比如，我給一位同學(xué)調(diào)試時(shí)，161 的計(jì)數(shù)總是顯示出不來，我查了好幾個(gè)小時(shí)，從第一天的晚上十一點(diǎn)到凌晨3 點(diǎn)，沒查出來只有睡覺，第二天又弄了一個(gè)早上，到十點(diǎn)多的時(shí)候，我終于想到一個(gè)辦法，在161 的輸出端接四個(gè)發(fā)光二極管，可以輕松看出161輸出是否出錯(cuò)，確保161是好的以后，再測量每個(gè)74LS02

13、輸入和 輸出是否出錯(cuò)，直到最后，一個(gè)芯片一個(gè)芯片的查找，直到最后，才發(fā)現(xiàn)是因?yàn)檫@個(gè)同學(xué)的數(shù)碼管和74LS74之間連線錯(cuò)了一個(gè)位置。這樣，才找到問題所在。第四就是器件問題了，這個(gè)其實(shí)可以再連線前就檢查出來，但是由于我們事先沒有經(jīng)驗(yàn)，找到最后，發(fā)現(xiàn)這個(gè)芯片是壞的，沒辦法，只有換了。8、 分析和總結(jié)在這次數(shù)字搶答器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中，我不僅掌握了課程設(shè)計(jì)的一般步驟和基本方法，了解了各種集成數(shù)字芯片的功能和使用方法，而且我感覺自己對數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)這門課程的課本內(nèi)容有了更深刻的理解，并且這次課程設(shè)計(jì)也提高了我理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)了我基本的設(shè)計(jì)思想，鍛煉了我的實(shí)際動(dòng)力。這次的課程設(shè)計(jì)，我受益匪淺

14、，不僅在數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)上有了很大的提高而且也學(xué)到了一些書本上沒有的知識。尤其是電路調(diào)試的本領(lǐng)有了很多的經(jīng)驗(yàn)。在進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)時(shí)，首先我們要做的是對系統(tǒng)要達(dá)到的功能要做深入的了解。通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了更多的電路實(shí)際操作的技能，這些是我在課本上不能學(xué)到的。由于喜歡硬件電路，喜歡動(dòng)手。我更是珍惜這次機(jī)會。努力鍛煉自己的電路調(diào)試本領(lǐng)。經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)，我總結(jié)了一些經(jīng)驗(yàn)，這些都是我以后要注意的。就是，在連接具體電路之前，我們一定要確保電路板是好的，用萬用表逐一測量一遍各個(gè)插孔，當(dāng)然，一塊板子，只用測一遍就行了。確保元器件都是完好的；在電路連接時(shí)，連線要做到橫豎走線，不能交叉，盡量避免斜線。插芯

15、片時(shí)要確保芯片插緊。新篇布局時(shí)要合理，疏密有致。最好在軟件上仿真后自動(dòng)布線，看著原理圖的走線連接。電路連接好以后先用萬用表檢查一遍整個(gè)的電路的正負(fù)極是否分別接好，正負(fù)極是否短路。再打開電源，檢查錯(cuò)誤。因?yàn)?，一般情況下，我們很難一次性就成功，所以，最好分模塊測試，分模塊完成，最后到每個(gè)模塊都能單獨(dú)完成后在綜合在一起，整體考慮，整體測試。這樣成功的可能性就會大很多。在分模塊測試過程中，用到的最主要的工具是萬用表，接通電源后，如果沒有出現(xiàn)我們現(xiàn)要的結(jié)果，不要慌張，用萬用表從輸入信號開始，逐一測量每個(gè)管腳的電壓，一般的數(shù)字電路高低電平區(qū)分為2.7V，如果沒看出什么問題，再把實(shí)際連接的電路跟蹤一邊，接通

16、電源，用萬用表從輸一一測量各個(gè)芯片的管腳電平，看是否是所預(yù)想的，這樣就很好找到錯(cuò)誤，在這個(gè)世界上，沒有任何事情是做一遍就會如愿地成功的，失敗、挫折是永遠(yuǎn)也無法避免的。電路設(shè)計(jì)也不例外。因此，面對設(shè)計(jì)的電路中存在的問題，我們必須學(xué)會冷靜地思考，想辦法去解決它們。在這次電路設(shè)計(jì)中，我就遇到了好多的問題，但是從這些問題中我也學(xué)到了好多。好多同學(xué)都是把電路圖都連好之后這，連上電源，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示的是亂碼，或是二極管無緣無故的就亮了。就心煩意亂，手忙腳亂的不知道該怎么辦。我在幫他們檢查時(shí)又照著電路圖重新檢查了一遍，沒有發(fā)現(xiàn)什么問題，但數(shù)碼管的顯示還是不對。之后，我又拿萬用表對每個(gè)管教進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)有很多

17、地方的實(shí)際電位與本來要實(shí)現(xiàn)的不等而且我們用的面包板也有很多問題，對芯片的管腳和穩(wěn)定程度有嚴(yán)重影響。很多芯片再插入電路板上后根本就不穩(wěn)定，松松垮垮的，每次試驗(yàn)，都需要用手死死按住按住某些芯片才可以。在這次數(shù)字搶答器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和調(diào)試過程中，我不僅掌握了課程設(shè)計(jì)的一般步驟和基本方法，了解了各種集成數(shù)字芯片的功能和使用方法，而且我感覺自己對數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)這門課程的課本內(nèi)容有了更深刻的理解，并且這次課程設(shè)計(jì)也提高了我理論聯(lián)系實(shí)際的能力，培養(yǎng)了我基本的設(shè)計(jì)思想，鍛煉了我的實(shí)際動(dòng)力。這次的課程設(shè)計(jì)，我受益匪淺，不僅在數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)上有了很大的提高而且也學(xué)到了一些書本上沒有的 知識。尤其是電路調(diào)試的本領(lǐng)

18、有了很多的經(jīng)驗(yàn)。在進(jìn)行電路的設(shè)計(jì)時(shí)，首先我們要做的 是對系統(tǒng)要達(dá)到的功能要做深入的了解。并且要分析該如何實(shí)現(xiàn)這些功能，了解有關(guān)器件的功能和管腳圖，進(jìn)行構(gòu)思，并作 整體的布局。其中，最重要的一步就是要有一個(gè)良好的構(gòu)思，這個(gè)構(gòu)思包括對要實(shí)現(xiàn)的 電路的各個(gè)部分具體功能的設(shè)想，以及整個(gè)電路的總體布局。決不是簡單的把幾個(gè)芯片 湊在一塊面包板上，然后再把線連一連就好了。其次，在構(gòu)思完成后，就應(yīng)該開始動(dòng)手畫電路圖了。我基本上是先通過軟件仿真再 檢查錯(cuò)誤。電路圖畫出來后，就可以開始電路的連接了。帶領(lǐng)我們設(shè)計(jì)這次實(shí)驗(yàn)的老師 在開始時(shí)便聲明一點(diǎn)：不要把所有片子都連好了再對電路進(jìn)行調(diào)試，這樣的話成功的概 率幾乎為零

19、，最好是連好一個(gè)功能部分，便立即對該部分電路進(jìn)行檢測，若成功則繼續(xù)， 若不成功就檢查錯(cuò)誤，甚至要重新連。這一點(diǎn)無疑是給我們一個(gè)提醒，讓我們的電路成 功又有了一層保障。在這一過程中必須有一個(gè)好的開始，想清楚各個(gè)片子的布局，線的 插法，否則空間利用率不高可是一件相當(dāng)頭疼的事情。由于線路多，因此必須得時(shí)刻保 持小心謹(jǐn)慎，否則萬一一根線連錯(cuò)，就必須檢查一大片電路，這顯然是得不償失。 還有在這次的課程設(shè)計(jì)過程中，我們要注意的問題為：防止器件的燒毀本系統(tǒng)的輸入電 壓為+5V每一個(gè)輸入端應(yīng)接一個(gè)小電阻，尤其是發(fā)光二極管的兩端，必須接一個(gè)小電阻，不 能直接接地或接電源。各個(gè)器件的不能懸空在理論中，懸空表示輸入為低電平，但在實(shí)際中未必是這樣.應(yīng)當(dāng)接0 的就接地,應(yīng)當(dāng)接1的就接電源。所以對于每個(gè)芯片的輸入管腳，該接高電平的就一定要 接電源，不可以懸空。片工作時(shí)間過長，會升溫，導(dǎo)致不能實(shí)現(xiàn)其基本功能.當(dāng)電路全部連好后，并且都接觸良好.開 始能工作，可工作一會兒就會發(fā)生錯(cuò)誤，可能是工