数字逻辑电路课程设计——抢答器

1、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：电子工程学院学生姓名：专业名称：班 级：实习时间：数字电路课程设计 数字抢答器一、课程设计题目数字式抢答器二、设计任务和要求1抢答器同时可供4路参赛选手同时抢答，分别用 4个按钮S0S3 来控制。2. 设置一个主持人开关，用来控制抢答的开始和结束。3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号， 并在数码管上显示，选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一 直保持到主持人将系统清除为止。4. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间为10秒。当主持人 启动开始键后，定时器采用倒计时计数到 0。5. 参赛选手在设定的时间内进行

2、抢答， 抢答有效， 定时器停止工作， 绿灯亮，数码管上显示选手的编号和剩余抢答的时间， 并保持到主持 人将系统清除为止。6. 如果定时时间已到（计数至 0），有人抢答，则为超时抢答。红 灯亮，并在数码管管上显示该抢答选手。7. 如果主持人未启动“开始”键，有人抢答，为提前抢答。显示其号 码，此时红灯亮提示。三、数字抢答器总体方案1. 接通电源后，主持人将开关拨到 高电平 状态，抢答器处于禁止 状态，编号显示器显示为 0, 定时器显示为 0。此时 , 若有人抢答 , 为 违规抢答数码管显示其编号 ,并红灯警告 .定时器显示不变 。2. 主持人将开关置于 ”开始”状态，宣布 开始抢答，抢答器工作

3、, 定时器倒计时 , 选手在定时时间内抢答时，抢答器完成 , 编号锁存 , 编号显示 , 绿灯亮表示抢答有效。3. 若在 10秒内无人抢答， 10秒后抢答器自动锁定， 计数器停止计数， 抢答无效。如果再次抢答必须由主持人再次操作 开始 状态开关。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）抢答, 锁存电路 :在这一部分，最主要的是锁存电路，锁存电路主要由 74LS75 来实现，当74LS75的4, 13号管角的信号为使能端，当为“ 0”时， 它将保持原来的状态：输入输岀EDQQHHHLHLLHLX保持Q 0Q1Q1E0-1GNDQ2Q2Q316151413121110

4、97475功能表74LS75的管脚图和真值表：12345787475Q o D o D i E2-3 Vcc D 2 D 3Q3有一组队员按下开关后，Qi，Q2，Q3, Q4中有一个信号为0,则它们四个通过与门后的信号为0,接入Ei2和E34,7475实现锁存功能， 保持状态不变。对于译码电路，当那个队员抢上后，要显示他的组号，必须把次信号转换为二进制代码。其关系为：Q3Q2Q1Q0DCBA00010001001000100011001101000100由上真值表知:(2)译码电路用74LS48和数码管将74LS75锁住的数据显示出来,74LS48的功能管教图为H XLLLLLLL LHHLH

5、HHHHHH X x-lhlhlhlh- X xllhhllhh. X xllllhhe分析可得到抢答锁存电路的电路图(如下图):= E a a g f o a a a o o O爭eU3U1747 1R3100LU15B32D了4匚曲口油Tqqz paazNTTZAZZ 40U2. 倒计时器的设计此电路用来实现模10的倒计数器，用一片74161来实现，用同 步置数法来实现，由于要求倒计数，即从1001到0000,所以可以取反而得到。但是，当倒数到0后，还要有锁存的功能，锁住电路，即 计数到0后停止在0,若想再次计数，必须由主持人按下开始抢答按 键，否则为违规抢答，亮红灯警示。其状态转移图如下

6、：DCBA+ r主持人开关接在161的预置端，接低电平是代表新一轮开始的比赛， 表示置9端，当接通高电平时代表倒计时开始！根据 161的功能表 可知，通过对CTP与CTT的控制，可实现计数和保持。我用抢答电 路74LS75的使能端E12来控制CTP,用(QD*QC8QB*QA)来控 制 CTT。74LS161的管脚图为vcr Qcc Qa Q 6U51274LS161鼻F1/:PD Di66 EP GND “74LS161的功能表为输入(岀爲LDBPETCPDj Dp D | DuQ* Qt Qk Q0XXyXX X X X(30 J 0J0XXfdj h 山 dedj己2 dt也11tX X

7、 X X同步计教11DXXX X X X保持110Xx x y x保持(Qtr = 0)有74LS161计数到数码管显示之间的转换关系为:计数器输入译码器输入数码管的示数011010019011110008100001117100101106101001015101101004110000113110100102111000011111100000U2CtaaK - st0U7EVCCU174LS161N74LS4&HR1wo74LSQ4DU8A : J74LS08D/ /訂t具体电路如下3. 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

8、的时钟脉冲以及波形如图:vcc555_TIMERRATEDLR1：4.7k；-估,R2：150hLI 課 I 4J4-PST - iCtJTDIS -THPTRTcon - C1W 1 J20C2土 T5FUc4. 红绿灯警告的设计此电路是当在主持人没有接上开关之前，有人抢答，则红灯亮并 显示其组号，当主持人接上开关，绿灯亮表示其正确抢答。当记时器 计时停止时，若有人抢答时，则红灯亮。根据电路结果的分析，此部 分电路我放在最后把各模块综合在一起时综合考虑。得出具体的电路图如下U1741一红LED1 U9F槪2 74LS04D .Mg绿氏由DU0 O O 0 . u .74LS161D代UU8E

9、-出 7U? -ovohq?日hl国bl国13五、实验器材-H- UL 心片数量其他器件数量555一片发光二极管两个74LS75一片电阻七个74LS48两片面包板一块74LS161一片七段显示管两个74LS08一片电容两个74LS04两片导线若干74LS20一片74LS32一片六、总体电路设计VCCVI6TEDCEU2ML删F科M KC T4LS43N ?uii习U15ra-UE-23HAJPifi4QUH I ULU_ . . . . -U口訓齐込0 十卄mHWhlCMNF；HM曲n : M黑羽Ei 1叫74LS161D 二.1 - 12矶ts .4. T_一.1 &D 3um14.腓wJ4

10、L5T6Dh：:七、 发生的问题及解决方案在实际连接电路中会遇到很多复杂的问题，即使完全按照电路图连接 , 也会 出现一些问题，使结果出现错误， 这就是电路调试要处理的问题，而这次的课 程设计，我几乎大部分的时间都花在了调试电路上。 三天就完成了我自己的设 计，但是其中有两天都在调试。而且，再后来帮同学们调试的过程中，我又遇到 了很多很多不同的问题，这些问题主要集中在以下几点。第一点是出在在设计上的，我首先拿到一分同学的电路图，分析一下他设计 的是否合理，找出逻辑的混乱和错误，就基本解决了设计上的问题。第二是电路板得问题，我自己还是比较幸运，我连接自己的电路时，没有出 现电路板内部短路登多种意

11、想不到的问题。 原因是， 当我拿到一块板子时， 我用 万用表把每排插孔都测量一边。 找到断路的地方用导线接好， 确保板子不会出现 问题。然后才开始连接电路。 在给一个同学调试时， 我发现他的设计倒是没有任 何问题，但是一连到板子上，就是出现胡乱的错误，更可气的是，有些时候，有 的芯片的整个管脚还出现全都是到电平的危险现象。 这是我就意识到应该是板子 的问题了， 我建议他换一块板子重新连一遍， 结果问题就迎刃而解。 这里我想到 一个插芯片的技巧， 就是拿到每一片新的芯片是， 可以稍微把它的两排管脚向内 摁一下，但是要一排一起向内按。 保证两排管脚刚好插在两排插孔上而不出现松 动这也是调试时出现的

12、一个普遍的问题。还有第三是接线和芯片连接问题，接线一定要合适，露出的插进插孔的端子一定 要足够，在调试过程中我找到了很多的由于接线不够长而发生的断路现象 就是连线不要交叉，这样很不利于调试并且也很容易造成接线短路，出现问题。 对于连接芯片及芯片的布局， 芯片定要插紧。 不能出现松动。 芯片松动直接造成 接触不良。在调试过程中，我遇到了好多次的 2.6V 左右的电平（一般的数字电 路高低电平区分为 2.7V ），它因该算是高电平。可是在具体的电路中，就不是那 么回事了，比如我测到一个二极管两端的电压分别为 2.6V 和 3.5V 。这就很难办 了，理论上，它们都应该算是高电平，可是，它不能出现我

13、们想要的结果两 端高电平是二极管是不亮的。 这个问题的解决方法有两种： 一是检查芯片是否松 动，把芯片插紧， 二是在高电压端串联一个电阻限压。 芯片问题还造成很多意想 不到的问题，比如，我给一位同学调试时， 161 的计数总是显示出不来，我查了 好几个小时， 从第一天的晚上十一点到凌晨 3点，没查出来只有睡觉， 第二天又 弄了一个早上， 到十点多的时候， 我终于想到一个办法， 在 161 的输出端接四个 发光二极管，可以轻松看出 161输出是否出错， 确保 161是好的以后，再测量每 个 74LS02 输入和输出是否出错，直到最后，一个芯片一个芯片的查找，直到最 后，才发现是因为这个同学的数码

14、管和 74LS74之间连线错了一个位置。这样， 才找到问题所在。第四就是器件问题了，这个其实可以再连线前就检查出来，但是由于我们事 先没有经验，找到最后，发现这个芯片是坏的，没办法，只有换了。八、 分析和总结在这次数字抢答器系统的设计和调试过程中， 我不仅掌握了课程设计的一般 步骤和基本方法， 了解了各种集成数字芯片的功能和使用方法， 而且我感觉自己 对数字电路逻辑设计这门课程的课本内容有了更深刻的理解， 并且这次课程设计 也提高了我理论联系实际的能力， 培养了我基本的设计思想， 锻炼了我的实际动 力。 这次的课程设计，我受益匪浅，不仅在数字逻辑电路的设计上有了很大的 提高而且也学到了一些书本

15、上没有的知识。 尤其是电路调试的本领有了很多的经 验。在进行电路的设计时， 首先我们要做的是对系统要达到的功能要做深入的了 解。通过这次课程设计， 我学到了更多的电路实际操作的技能， 这些是我在课本 上不能学到的。由于喜欢硬件电路，喜欢动手。我更是珍惜这次机会。努力锻炼 自己的电路调试本领。 经过这次课程设计， 我总结了一些经验， 这些都是我以后 要注意的。就是，在连接具体电路之前，我们一定要确保电路板是好的，用万用 表逐一测量一遍各个插孔，当然，一块板子，只用测一遍就行了。确保元器件都 是完好的；在电路连接时，连线要做到横竖走线，不能交叉，尽量避免斜线。插 芯片时要确保芯片插紧。 新篇布局时

16、要合理， 疏密有致。 最好在软件上仿真后自 动布线，看着原理图的走线连接。 电路连接好以后先用万用表检查一遍整个的电 路的正负极是否分别接好，正负极是否短路。再打开电源，检查错误。因为，一 般情况下，我们很难一次性就成功，所以，最好分模块测试，分模块完成，最后 到每个模块都能单独完成后在综合在一起， 整体考虑，整体测试。 这样成功的可 能性就会大很多。 在分模块测试过程中， 用到的最主要的工具是万用表， 接通电 源后，如果没有出现我们现要的结果，不要慌张，用万用表从输入信号开始，逐 一测量每个管脚的电压，一般的数字电路高低电平区分为 2.7V ，如果没看出什么问题，再把实际连接的电路跟踪一边，

17、接通电源，用万用 表从输一一测量各个芯片的管脚电平， 看是否是所预想的， 这样就很好找到错误，在这个世界上，没有任何事情是做一遍就会如愿地成功的，失败、挫折是永远也 无法避免的。电路设计也不例外。因此，面对设计的电路中存在的问题，我们必 须学会冷静地思考，想办法去解决它们。在这次电路设计中，我就遇到了好多的 问题，但是从这些问题中我也学到了好多。好多同学都是把电路图都连好之后这， 连上电源，发现数码管显示的是乱码，或是二极管无缘无故的就亮了。 就心烦意 乱，手忙脚乱的不知道该怎么办。我在帮他们检查时又照着电路图重新检查了一 遍，没有发现什么问题，但数码管的显示还是不对。之后，我又拿万用表对每个

18、 管教进行测试，发现有很多地方的实际电位与本来要实现的不等而且我们用的面 包板也有很多问题，对芯片的管脚和稳定程度有严重影响。 很多芯片再插入电路 板上后根本就不稳定，松松垮垮的，每次试验，都需要用手死死按住按住某些芯 片才可以。在这次数字抢答器系统的设计和调试过程中，我不仅掌握了课程设计的一 般步骤和基本方法，了解了各种集成数字芯片的功能和使用方法， 而且我感觉自 己对数字电路逻辑设计这门课程的课本内容有了更深刻的理解，并且这次课程设计也提高了我理论联系实际的能力，培养了我基本的设计思想，锻炼了我的实际 动力。这次的课程设计，我受益匪浅，不仅在数字逻辑电路的设计上有了很大 的提高而且也学到了

19、一些书本上没有的知识。尤其是电路调试的本领有了很多的 经验。在进行电路的设计时，首先我们要做的是对系统要达到的功能要做深入的 了解。并且要分析该如何实现这些功能，了解有关器件的功能和管脚图，进行构 思，并作整体的布局。其中，最重要的一步就是要有一个良好的构思，这个构思包括对要实现的电路的各个部分具体功能的设想， 以及整个电路的总体布局。 决不是简单的把几个芯片凑在一块面包板上，然后再把线连一连就好了。其次，在构思完成后，就应该开始动手画电路图了。我基本上是先通过软 件仿真再检查错误。 电路图画出来后， 就可以开始电路的连接了。 带领我们设计 这次实验的老师在开始时便声明一点： 不要把所有片子都

20、连好了再对电路进行调 试，这样的话成功的概率几乎为零， 最好是连好一个功能部分， 便立即对该部分 电路进行检测，若成功则继续，若不成功就检查错误，甚至要重新连。这一点无 疑是给我们一个提醒， 让我们的电路成功又有了一层保障。 在这一过程中必须有 一个好的开始， 想清楚各个片子的布局， 线的插法， 否则空间利用率不高可是一 件相当头疼的事情。 由于线路多， 因此必须得时刻保持小心谨慎， 否则万一一根 线连错，就必须检查一大片电路，这显然是得不偿失。还有在这次的课程设计过程中， 我们要注意的问题为： 防止器件的烧毁本系统的 输入电压为+5V,每一个输入端应接一个小电阻，尤其是发光二极管的两端，必须 接一个小电阻 , 不能直接接地或接电源。各个器件的不能悬空在理论中 , 悬空表示输入为低电平 , 但在实际中未必是这样 . 应当接 0的就接地,应当接 1的就接电源。所以对于每个芯片的输入管脚，该接 高电平的就一定要接电源，不可以悬空。片工作时间过长 ,会升温,导致不能实现其基本功能 .当电路全部连好后