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 数字抢答器课程设计题目数字式抢答器、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SOS3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抢答，抢

2、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 , 定时器倒计时

3、, 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 幵始状态幵关。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:74LS75的管脚图和真值表：有一组队员按下幵关后，Q1, 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E12和E34,747

4、5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：Q3Q2Q1Q0DB_00010001001000100011001101000-100由上真值表知:A= Q0 + Q2 ； B= Q1+ Q2 ；C=Q3;D=0;(2)译码电路用74LS48和数码管将74LS75锁住的数据显示出来, 74LS48的功能管教图为口 Y Yt Y： Y, Y ,管”jkJinuiujKfiLrLM斗E孚q,、仁丸门选择北询出分析可得到抢答锁存电路的电路图 (如下图)：辅A播$ GzC B AYJ肌Ym耳J爲仏HXLLLLLLLLLH1LHHH

5、L1HLHHHL.片HHHHTiHHHHHHHfiLHHHHHHHHLHHHHHHHLHHHHnH旦HLHHHHHHHHLHHHHHHH1HHHHHHHHLH科HHHHH12. 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，必须由主持人按下幵始抢答按键，否则为违规抢答，亮红灯警示。其状态转移图如下:主持人幵关接在161的预置端，接低电平是代表新一轮幵始的比赛，表示置9端，当接通高电平时代表倒计时幵始！根据

6、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CTR用(QD*QC8QB*QA来控制 CTT74LS161的管脚图为74LS161的功能表为有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011010019011110008100001117100101106101001015101101004110000113110100102111000011111100000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的时钟脉冲以及波

7、形如图：ot多谐振荡器的波形图4. 红绿灯警告的设计此电路是当在主持人没有接上幵关之前，有人抢答，则红灯亮并显示其组号， 当主持人接上幵关，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五、实验器材-H- l_L 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74LS04两片导线若干六、74LS20一片74LS32一片总体电路设计ujgjPQP.VCC550U1U2-ZCU1!:

8、| e I48arU8E4BFE0C8I畑号0 叭Mg EVPB74l$4eN -HSl-f|H皿羽I z 673 $q iw:22拥JO5Dm：4-li-Uii.iM 汕川74LS161D , d w52； AU H4- 4 I T，|j- rawhwhI W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

9、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

10、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 的一个普遍的问题。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。还有就是连 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

11、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

12、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

13、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

14、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

15、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，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，

16、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

17、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，就应该幵始动手画电路图了。我基本上是先通过软件

18、仿 真再检查错误。电路图画出来后，就可以幵始电路的连接了。带领我们设计这次实 验的老师在幵始时便声明一点：不要把所有片子都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幵始， 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，并且都接触 良好.幵始能工作，可工作一会儿就会发生错误，可能是工作时间过长升温所制，这时 应该让芯片休息一会儿即可.西安邮电学院微电