电信抢答器课程设计报告.pdf
徐徐 州州 师师 范范 大大 学学 科科 文文 学学 院院本 科 生 课 程 设 计课课 程程 名名 称：称：电子线路综合课程设计电子线路综合课程设计题题目：目：数字智力竞赛抢答器的设计数字智力竞赛抢答器的设计专专 业业 班班 级：级：0808 电信电信学学 生生 姓姓 名：名：钱晓芳钱晓芳学学 生生 学学 号：号：088326152088326152日日期：期：2010-6-302010-6-30指指 导导 教教 师：师：李贵明李贵明科文学院教务部印制科文学院教务部印制一、课程设计目的、任务和内容要求：有许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。同时，还可以设置记分、犯规及奖惩记录等多种功能。设计任务：1.利用各种器件设计一个多路智力竞赛抢答器2.利用电路板对所设计的电路进行检验3.总结检验电路设计的结果设计要求：1、抢答器同时供八名选手或八个代表队比赛，分别用八个按钮 S0S7 表示。2、设置一个系统清除和抢答控制开关 S，开关由主持人控制。3、抢答器具有锁存于显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并且优先抢答选手的编号一直保持到主持人讲系统清零为止。4、参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清零为止。二、进度安排：第3 天：熟悉电路图，买材料，排版；第 46 天：焊接电路；第 712 天： 检查，调试电路；第 712 天：完成课程设计报告。三、主要参考文献：1童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2006.52.阎石.数字电子技术基础M. 北京：高等教育出版社，2006 年3.侯建军. 数字电路实验一体化教程M. 北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005 年指导教师签字：年月日徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- I -摘要.IIAbstract.II1 绪论.12 设计方案简述.22.1 框架.22.2 具体方案.23 详细设计.33.1 设计原理.33.2 电路的工作原理.33.2.1、开关阵列电路. 33.2.2、触发锁存电路. 43.2.3、数码显示器. 43.3 工作过程.53.3.1 优先判决器. 63.3.2 锁存器. 73.3.3 译码器. 83.3.4 数码显示器. 84.1 设计的调试.104.2 分析与检测.105 总结.125.1 设计电路的特点及方案的优缺点：.125.2 改进意见和展望：.125.3 感想.12徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- II -摘要主要介绍用数电知识设计八路抢答器。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出，并与主持人开关相连接，即构成了抢答器的主体电路。经过布线、接线、调试等工作后数字抢答器成形。借助较少的外围元件完成抢答的整个过程，设计制作了八路抢答器，设计编程简单，容易理解掌握，且工作稳定可靠。总体电路简单，易于制作。可供 8 人或 8 个代表队抢答，并用 7 段数码管显示首先抢答者的组别号码，有人抢答后自动闭锁其他各路输入，禁止其他人抢答，使其他组的开关失去作用，而显示最先按下抢答键的组别号。只有当主持人按下复位按键才能再次抢答。关键字：设计；稳定AbstractMainly introduces several electrical design with knowledge. 8 vies to answer firstPriority coding circuit, latches, decoder circuit will be the team on the monitor input signaloutput and host switch, which constitute the main circuit of vies to answer first. After wiring,wiring, commissioning work is forming digital vies to answer first. With fewer peripheralcomponent finish vies to answer first the entire process, design and manufacture, design theresponder sanyuanli programming is simple, easy to understand and grasp, and stable andreliable. Overall circuit is simple and easy to manufacture. For 8 or 8 teams vies to answerfirst, and seven digital display first vies to answer first the tube, the number of people after theresponder groups each input, automatic locking other prohibited to other groups and othersvies to answer first the switch, and shows the first press vies to answer first key category.Only when the host press reset button to again vies to answer first.Key words: Design；Stability徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 1 -1 绪论数字技术是当前发展最快的学科之一，数字逻辑器件已从60年代的小规模集成电路（SSI）发展到目前的中、大规模集成电路（MSI、LSI）及超大规模集成电（VLSI） 。相应地，数字逻辑电路的设计方法在不断地演变和发展，由原来的单一的硬件逻辑设计发展成三个分支，即硬件逻辑设计（中、小规模集成器件） 、软件逻辑设计（软件组装的 LSI 和VSI，如微处理器、单片机等）及兼有二者优点的专用集成电路（ASIC）设计。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 2 -2 设计方案简述2.1 框架框架构思抢答器需要达到的功能并结合自身的能力，列出了图示的总体框架图。图 21总体框架2.22.2 具体方案具体方案接通电源后，主持人将开关拨到清除状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器和指示灯灭灯，等主持人将开关置“开始”位置后，抢答器处于等待状态，此时可以进行抢答。抢答器完成：优先判断抢答的组号，并将编号进行锁存，然后通过译码器将编号显示在七段数码管上。如果再次抢答必须由主持人操作清除和开始状态的开关，即需要主持人清零。抢答器按钮编码器锁存器译码器主持人开关控制徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 3 -3 详细设计3.1 设计原理设计原理电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。 该电路主要完成两个功能：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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关 S 置于清除端时，RS 触发器的 R、S 端均为 0，4 个触发器输出置 0，使 74LS148 的优先编码工作标志端（图中 5 号端）0，使之处于工作状态。当开关 S置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下 S5），74LS148 的输出经 RS 锁存后， CTR=1,RBO(图中 4 端) =1,七段显示电路 74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR，使 74LS148 优先编码工作标志端（图中 5 号端），处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148 的 此时由于仍为 CTR，使优先编码工作标志端（图中 5 号端），所以74LS148 仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将 S 开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。74LS148 为8 线3 线优先编码器。图 3-1框图3.2 电路的工作原理电路的工作原理3.2.1、开关阵列电路开关阵列电路该电路由多路开关所组成，供抢答着使用，每一抢答者与一个开关相对应（开关 S0S7 的代号分别是 8，1，2，3，4，5，6，7，即抢答着的组号，便于主持人看到显示器上的数字后，能准确宣布谁是优先抢答者） 。开关应为常开型，当按下开关时，开关闭合；当松开开关时，开关自动弹出断开。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 4 -图 3-2开关3.2.2、触发锁存电路触发锁存电路当某一开关被按下时， 触发锁存的电路被触发， 在输出端产生相应的开关电平信息。同时为了防止其它开关随后触发而产生紊乱， 让最先产生的输出电平返回来将触发锁存器的电路锁定。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果只能是它们中的任一个产生有效输出，任然达到了优先判断的效果。因为在完成本设计的时， 实验室不能提供现成的锁存器(集成电路 74LS279)则结合所学的理论知识，用集成电路 74LS00 自制成了锁存器，代替了他(集成电路 74LS279)的功能。图 3-3锁存器3.2.33.2.3、数码显示器数码显示器数码管通常有发光二极管（ LED ）数码管和液晶（ LCD ）数码管。本设计提供的为 LED 数码管，如图 4 所示。它显示最先抢答者的相应的代号，方便主持人宣布最先抢答者。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 5 -图 3-4数码管3.3 工作过程工作过程开关 S 置于“清除”端时， RS 触发器的R端均为 0， 5 个触发器输出置 0， 使 74LS148的ST0，使之处于工作状态。当开关 S 置于“开始”时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下 S5） ，74LS148 的输出210010Y YY ,0EXY,经 RS 锁存后,2Q=1,1BI ,74LS48 处于工作状态，5Q4Q3Q=101，且 1Q=0，则经译码显示为“5”。此外，2Q，使 74LS148 的ST，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148 的1EXY此时由于仍有 2Q，使ST，所以 74LS148 仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将 S 开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。若按下 S0，经 RS 锁存器后，1Q=1，74LS148 的输出210111Y YY ,0EXY,经 RS 锁存后,2Q=1,1BI ,74LS48 处于工作状态， 5Q4Q3Q=000， 且 1Q=1,所以经译码显示为“8”。保证抢答者的优先性与上述类似。若所按的是其他开关(S1、S2、S3、S4、S6、S7)的工作过程与按下开关 S5 的工作过程相似，只是 5Q4Q3Q 的输出会发生变化。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 6 -图 3-5总电路图3.3.1 优先判决器优先判决器优先判决器主要是由 74LS148 集成优先编码器等组成。 该编码器有 8 个信号输入端，3 个二进制码输出端，选通输入端ST，选通输出端SY和扩展端EXY。其功能表如表 2所示。从功能表中可以看出当ST“0”时，编码器工作，而当ST“1”时，则不论8 个输入端为何种状态，输出端均为“1” ，且SY端和EXY端为“1” ，编码器处于非工作状态,这种情况被称为输入低电平有效。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 7 -优先编码器 74LS148 功能表表 3-1输入输出ST0I1I2I3I4I5I6I7I2Y1Y0YSYEXY11111101111111111101000001000100110001101010001110111000111110010001111110110001111111101000111111111110注：表中代表任意状态3.3.2 锁存器锁存器SR 锁存器是该设计中保证多个开关随后触发而不产生紊乱的重要部分， 因实验室不能提供现成的锁存器，则用两个与非门(与非门由集成电路 74LS00 提供)组成了一个 SR锁存器。用与非门组成的 SR 锁存器的特性表表 3-2DSDRQ*Q11001111010101111001101100010011注：SD、RD的 0 状态同时消失以后状态不定。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 8 -3.3.3 译码器译码器本设计中选用的译码器型号是 74LS48 （共阴） ， 其引脚排列如图 6 所示， 其中3A、2A、1A、0ABCD 码输入端，aY、bY、cY、dY、eY、fY、gY译码输出端，输出“1”有效，用来驱动共阴极 LED 数码管。LT测灯输入端，LT“0”时，译码输出全为“1” ，数码管七段同时电亮，以检查数码管各段能否正常发光。RBO/BI灭灯输入端，BI“0”时，译码输出全为“0” 。 作为输出端使用时，称灭“0”输出端，在 A=B=C=D=0 时，而且RBI=0 时，RBO才会输出低电平，表示译码器把不希望显示的零熄灭了。RBI熄零输入端。用来熄灭不希望显示的零。图 3-674LS48 的引脚排列图3.3.4 数码显示器数码显示器LED 数码管是目前最常用的数字显示器，它分为共阴管和共阳管。在此只对共阴管作介绍， 其电路和出线形式的引出脚如图 7 所示。 一个 LED 数码管可用来显示一位 09十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5 寸和 0.36 寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为 22.5V，每个发光二极管的点亮电流在 510mA。LED 数码管要显示 BCD 码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 9 -(a) 共阴连接（ “1”电平驱动）(b) 符号及引脚功能图 3-7LED 数码管徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 10 -4 设计结果及分析4.1 设计的调试设计的调试1、在调试的过程中主要运用了数字万用表。2、在调试之前我们这一组的成员在一起。首先，对照事先设计好的原理图仔细检查在实物中是否有接错的地方(主要检查集成电路的引脚与导线是否出错接错和是否出现了短路)，若发现有，就立即改正。以防给实物通电之后，出现意外。然后，用数字万用表检测实物中是否有不导通的地方，若有，应立即修正。以防通电后不能工作，而怀疑其他地方出错。3、在上一步完成的基础之上，给实物通电，进行调试。我们这组出现的问题记改正措施如下：我们初次调试时，实物的确没有工作。然而，我们对事先设计好的原理图进行仔细的研究， 最后在指导老师的帮助下发现我们设计的原理图有错误(在集成电路 74LS148与锁存器之间多加了反相器)，决定将它去掉。在上一步完成了之后通电，发现 LED 显示器上显示的是 07 之间的数，但是我们需要它显示 18 之间的数。经过较长时间的思考，并结合指导老师给出的意见，在开关 S0 和集成电路 74LS48 之间加了一个 SR 锁存器 1Q，详见图 7。然而，也成了我们完成此设计的最终原理图。经过上两步的改进，终于达到了我们事先预定的目标。4.2 分析与检测分析与检测将电路连接好后，接通稳压电源。看数码管是否显示预期效果。若没有，则认真的逐个检查电路是否短路或断路，运行时如果电路不稳定，则再检查电路是否存在虚焊的徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 11 -问题。直到显示正确的结果。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 12 -5 总结5.1 设计电路的特点及方案的优缺点：设计电路的特点及方案的优缺点：a、 设计电路的特点： 集成电路 74LS148 和由 74LS00 构成基本 SR 锁存触发器完成了优先判断的功能。在此充分利用了集成电路 74LS148 的主要功能。再通过译码器(集成电路 74LS48)和 LED 显示器显示优先抢答的组号给主持人宣布最先抢答的组号提供了有力的证据。b、方案优点：该电路原理简单、并且在接线时可以使自己思路清晰，缩短了完成此设计的时间。c、方案缺点：用集成电路 74LSOO 构成 SR 锁存器时比较麻烦，最容易把线接错。在面包板上所布的线比较复杂，不利于后面的检查。5.2 改进意见和展望：改进意见和展望：我们设计的此八路抢答器只能用来判断优先抢答这是谁， 只能用在比较普通的场合。我觉得它有很多需要改进的地方：当首次给它通电后，LED 显示器上应显示 0，待主持人清零后，LED 显示器不显示，只有等有抢答开关按下时才显示号码。应添加一个计时器，用来限制抢答者的抢答时间，即当主持人宣布开始抢答后，开始计时，在主持人设定的时间内可以进行抢答；否则，进行下一轮抢答。还需要添加一个报警器，以便用声音来提示主持人和观众已经有人进行了抢答。5.3 感想感想通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 13 -设计过程中， 我们了解了很多元件的功能， 并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 14 -答辩记录表学生姓名：钱晓芳学号：088326152班级：08 电信答辩地点：22#406答辩内容记录：问题：各个芯片的作用。回答：74Ls148 是优先编码器，它记录了强大选手的编号：74LS279 是锁存器，它存储了首先抢答选手的编号，并阻止其他选手进行抢答：74Ls48 是译码器，它将对应选手的编号显示在数码管上。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 15 -成绩评定表学生姓名：钱晓芳学号：088326152.班级：08 电信类别合计分值各项分值评分标准实际得分合计得分备注平时完成情况3010按时参加课程设计，无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。10设计方案规范合理， 设计目标明确，符合专业培养要求， 时间安排得当，技术路线可靠。10按设计任务书的要求完成了全部任务，能完整演示其设计内容，符合要求。报告完成情况3010报告文字通顺，内容翔实，论述充分、完整，立论正确，结构严谨合理，报告整体格式规范。10设计方案合理、可行，论证严谨，逻辑性强；符号统一；图表完备、符合规范要求。10能对整个设计过程进行全面的总结，得出有价值的结论或结果；参考文献数量在 3 篇以上，格式符合要求，在正文中正确引用。答辩情况4020在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。答辩组长：20在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。总评成绩：分指导教师：（签字）日期：年月日徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告- 16 -课程设计总结成绩分析表班级分数分布90 分以上89-8079-7069-6060 分以下学生数百分比最高分最低分平均分
