西安邮电大学 数字抢答器.doc

西安邮电学院数字电路课程设计报告书数字抢答器学院名称：电子工程学院系部名称：学生姓名：专业名称：班 级：实习时间：2010年12月20日至2010年12月31日一 课程设计题目-四路数字抢答器电路设计二 任务和要求1. 在实验板上构造一个抢答器；2. 控制四个人抢答；3. 用LED显示成功抢答者的代码，并且绿灯亮；4. 具有违规显示功能，在开始抢答命令发出以前有人抢答，显示违规者号码，并且红灯亮；5. 超时报警功能，超过规定的时间数码显示无用字符，并锁定电路。三 总体方案的设计 此设计允许抢答者在规定的时间里进行抢答。它可以用数字管显示抢答者的小组序号，并配有相应的灯光报警功能；对违规者，除用灯光报警外，还显示其小组序号，若抢答时间已过，则任何输入的抢答者信号无效，除非从新下达抢答命令。所以有如下的电路图： 脉冲产生电 路译码显示电路编 码 电 路锁定电路抢先信 号定时控制电路输入抢答号码灯光指示电 路抢答准备命令抢答开始命令输入控制电路 四 单元电路设计 1. 抢答器电路的设计(即完成锁存和显示功能) （1）参考电路如图（2）所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：（1）74LS75(四二锁存器)初始状态：抢答者（编号1234为74LS75的四个输入端）处于置零状态，输入低电平；Q1,Q2,Q3,Q4也处于低电平状态，则Q1,Q2,Q3,Q4的非全是高电平，将Q1,Q2,Q3,Q4的非输入到与非门输出F1=0，再经过74LS04（非门）输出F2=1，将F2在输入到74LS75的4，13号（即c1,2 c3,4; 74LS75功能端，高电平工作，低电平锁存住。）脚码。当第一个抢答者抢答时，则F1=1，F2=0，74LS75处于禁止状态， 即74LS75完成锁存功能，后面的人再也无法抢答，确定了抢答者的优先性，除非等到下一轮主持人清零以后。 （2）表（1）是74LS148（8线-3线编码器）功能真值表，其显示74LS148正常工作下各个参数的不同要求，例如Y的非要满足高电平是 74LS148才能正常的工作，并且通过这个真值表我们还可以看出其输出具有优先性，如果74LS75不能锁定抢答者的优先性，那么74LS148就会显示抢答者优先级高的通过 74LS48显示其组号。我们通过74LS75实现锁存功能后，问题就解决了。 图（2） 表（1）2脉冲的设计 本实验中所用的计时器，是和我们的时钟的频率一样的，因此我们通过555的分频来实现我们所需要的时钟脉冲。如图（3）所示。 图（3）3红绿灯警告的设计工作过程：如图（4）所示：由抢答器电路工作过程（1）我们可以知道，正确抢答时，控制台主持人将开关接到Vcc高电平上，而74LS20输出F1=1,再经过非门74LS04输出F2=0接到绿灯的阴极，此时的绿灯刚好接通，所以绿灯亮，正确抢打。 （2）若是有人违规抢答，此时控制台主持人未将开关接到Vcc高电平上，而74LS20输出F1=1,没有经过非门74LS04，F1接到红灯的阳极上，此时的红灯刚好接通，所以红灯亮，正确抢答。图（4）4定时器的设计（此为模24的计数器）如图（5）所示，用 双74LS161实现计数定时功能。工作过程：当主持人发出抢答的命令时，由图（3）给74LS161提供CP使计数器进入定时状态，主持人可以根据题目的难易设定抢答的时间。图（5）只演示一部分计数功能。由于译码显示器只能显示0到9，所以当个位显示到9（代码1001）时，QA，QD同时为1，将其通过74LS00与非门，输出F1=0，接入个位74LS163的置零端，完成一次循环。再将F1接入74LS04输出F2=1，接到十位的T，P，功能端，十位计数器计数一次，当十位QB和个位QC同时为1时，我们定时的时间到了（24）。我们将十位QB和个位QC接入74LS00与非门，输出的F3=0接到十位的置零端，十位置零刚好完成一次完整的计数。 图（5）五总体电路图的设计六实际测量的各单元电路的输入、输出信号波形1. 4D锁存器输入输出波形DGQ2 555电路脉冲波形 七问题和解决方法在总体电路图画出来后，领到了实验的器材和工具。在连接和调试的过程中遇到了好多的问题。按照电路图接好电路后，首先分模块进行调试。在电路板上连接电路的遇到了很大的困难，因为老师给我们发的电路板很多地方都不能用，插芯片也插得不紧所以老是得不出自己想要的结果，后来借了一个新的板子，问题就解决了。再调试计数器部分，刚开始的时候计数器不能正常计数，并不是按照1，2，3计数而是按照1，3，5奇数计数，认为芯片有问题，更换芯片后接上电源问题还没有解决，而且各个数码管和灯都特别的亮，然后才想到老师写给我们的注意事项，很多地方都没有加限流电阻，加之电压又比较高，加上该加的限流电阻后，电压又调低一下，可以按照1，2，3，4计数。再一个问题是刚开始的时候抢答部分不能锁定电路，后仔细分析原理并没有任何的错误，再仔细检查电路后发现74LS75芯片的接地和接高电平接错了，因为这个芯片的接地和接高电平分别在12和5管脚，而不是在右下角和左上角。八分析和总结 两周的电路实习，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐心，要有坚持的毅力。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，如CP脉冲的供给通断，到计时电路的零时刻锁存，和抢答器的选手号锁存等。实习过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，而且实验室给发的电路板还不好用，让我拆了两次之后向别班的同学借新的板子问题才能得到解决。当时心里挺灰心的，还想放弃，但最后还是坚持下来了，而且还得到了锻炼。总体来说，这次实习我受益匪浅。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增加了实际操作能力。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。 通过这次电路设计实习，使我加深了对数字电路的兴趣，并且学到了很多的知识。进一步熟悉了在数字电路中常用到的芯片的原理和使用方法。在设计的过程中，积极去查阅资料，不仅学会了， 独立思考，而且学会了在遇到困难的时候不慌忙，不乱阵脚，仔细查找问题。更加很好的提高了自己的动手能力。更加明确了自己以后的学习方向。总的说来，这次课程设计还是很锻炼人的。只是在搭电路阶段遇到一点问题，其他阶段还是符合预定计划的，并没有因为什么问题而耽误实验进程。最后，感谢老师为我们提供这次的实习机会和悉心的指导。九实验仪器设备1 面包板一块。2 钳子，万用表。3 74LS20 1个，74LS161 1个，74LS08 1个，74LS48 2个，74LS148 1个，555 1个， 74LS75 1个 ，74LS04 1个,74LS08 1个。4 红，绿各一个。5 数码管管2个。6. 电阻100欧 4个，4.7千欧 1个，150千欧1个。6 电容0.1微法 1个 ，4.7微法 1个。十参考文献1数字系统设计-数字电路课程设计指南 高书莉 编著 北京邮电出版社2数字电路逻辑设计-脉冲数字电路 第三版 王毓银 主编 高等教育出版社3数字电路实验指导书 张亚婷 杨乐 郭华 王利 周丽娟 编 西安邮电学院电子与信息系统工程系 电子工程学院数字电路课程设计过程考核表学生姓名曾小熙班级/学号光电0801班/05084035承担任务实验室（单位）电子信息工程教研室所在部门电子信息工程系实施时间2010年12 月20 日 2010 年 12 月 31 日具体内容第一周周一：听老师讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题；周二：选定题目，并设计电路，完成电路设计；周三：领取元器件，开始组装电路；周四：组装电路；周五：组装电路；第二周周一：组装电路；周二：组装电路；周三：验收电路；周四：写实验报告；周五：写实验报告；指导教师（师傅）姓名许静职务或职称讲师指导教师（师傅）对学生的评价学习态度 认真 一般 不认真学习纪律 全勤 偶尔缺勤 经常缺勤实践能力 很强 一般 较差指导教师（师傅）对学生专业知识或社会实践能力等情况的意见指导教师（师傅）签字 年 月 日 电子工程学院数字电路课程设计成绩鉴定表 学生姓名曾小熙班级/学号光电0801班/05084035进行时间2010年 12 月 20 日 2010年 12 月 31 日成绩鉴定学习