《数字逻辑电路实训》多路电子抢答器的设计.docx

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1、数字逻辑电路实训报告多路电子抢答器的设计1整机设计设计要求设计并制作一个带有数码显示功能的电子抢答器。1.1.1 设计任务控制开关，允许抢答才能进行抢答，数码管显示选手的号码和倒计时。1.1.2 性能指标要求1 .编号依次为1-8,各有一个抢答按钮。2 .设置一个控制按钮，用来控制系统清零和抢答的开始。3 .抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，按动抢答按钮，该编号立即 锁存，并在编号显示器上显示该编号，同时封锁输入编码电路，禁止其他抢答。1.2整机实现的基本原理及框图基本原理从通电接口接上电源后，当开关拨到清除状态，El=1, 74LS148芯片不工作， CD4511的BI端为低电平，

2、消隐功能有效，那么使输出端全为0,数码管灭；当拨码开关 拨到另一边时，抢答开始，优先编码器工作，即74LS148芯片工作，可通过8个按键 进行抢答，当最快的按下按键时，74LS148的GS端输出为0,进入至ij 74LS279的第 四个RS触发器时,输出的4Q为1,即返回到74LS148的EI端也为1,此时74LS148 进入锁存状态，74F86的2脚变成为1与1脚的1经过异或门输出为0,进而PNP管 导通，蜂鸣器响起，其他按下均无效；LED2灯亮起，74LS148输出给74LS279的三 个RS触发器，进而输出响应的电平，经过74LS27芯片或非门，进而输出相应的电平 值到CD4511芯片，

3、CD4511芯片的BI端为高电平，此时LT端为高电平，LE端为低 电平，4511译码器工作进而输出编码，使得数码管显示相应的号码。以此类推，均可 显小1 -8号。1.2.1 总体框图译码 显不 电路2各功能电路实现原理及电路设计(1)电源电路设计实现原理C0N2接口为电源输入端，用来接5V电压输入，接着接个LED灯和电阻进行 串、联，LED灯亮指示是为了显示电路是否在供电状态，电阻起分流作用。(2)抢答信号输入电路设计实现原理抢答信号输入由按键和电阻组成多路输入的电路，初始状态按键是没按下的， 即为高电平状态，当按键按下时，输入的信号为低电平。电阻起限流作用。(3)优先编码器电路设计实现原理优

4、先编码器使用74LS148芯片，由8个信号输入端，3个信号输出端，2个使 能端，1个片优先编码输出端构成，EI为使能输入端，当IE=O时，优先编码器处 于工作状态；E0为使能输出端，当且仅当EI=O时，且0-7输入都为1, EO输出为 0； GS为片优先编码器输出端，它在允许编码(IE=0),且有编码输入信号时为0, 在允许编码而无编码输入信号时为1,在不允许编码(IE=1)时，它也为1； 0-7为输 入端,进行取反送到A2, A1, A0端，即图上的C, B, A端。(4)数据锁存电路设计实现原理数据锁存电路使用74LS279芯片，由四个RS触发器构成，其中两个RS触发 器有两个S输入端。假

5、设选手1号抢答后，74LS148输出的译码为000,送到芯片 74LS279后，输出1Q, 2Q, 3Q为111,进而通过74LS27的或非门传送到CD4511 芯片，4Q输出的是1,返回至U74LS148的EI端，此时74LS148芯片停止工作， 进入锁存状态，其他按下无效。(5)控制电路设计实现原理主控制电路由1个拨码开关和电阻构成，当拨码开关拨到“清零端(接地)时， 实现清零作用，当输入低电平时，Q端输出高电平；当输入高电平是，Q端输出保 持原来状态。控制异或门，使蜂鸣电路进行。(6)蜂鸣报警电路设计实现原理蜂鸣报警电路由74LS86芯片，电阻，S8550三极管和蜂鸣器构成，当74LS8

6、6的 异或门电路，输入相同的信号时，输出为低电平，此时，三极管导通，蜂鸣器响起，输 入相异的信号时，输出为高电平，此时，三极管不导通，蜂鸣器不响。(7)译码器电路和数码管显示电路设计实现原理译码器电路使用的是CD4511芯片，其起到的作用是锁存，7段译码及驱动器，A, B, C,D为二进制码输入端，A为最低位；LT为灯测试端，加低电平时，显示 器一直显示数字“8，数码管每段都被点亮，目的是检查显示是否存在故障，当加高 电平时，正常显示数字；BI端为消隐端，当加高电平时，正常显示，当加低电平时， 进入消隐状态。显示电路由数码管和LED灯构成，当抢答成功时，数码管显示，LED 灯点亮。抢答器应完成

7、以下工作：1 .优先编码电路要分班处抢答的编号，并由锁存器进行锁存，然后由显示译码电路 显示编号。2 .控制电路要对输入编码电路进行封锁，防止再次进行抢答。3制作与调试过程制作过程(1)通过查找书的知识以及上网查询各个芯片的资料，学习原理(2)拿到器件，测量器件的大小，修改封装，画原理图及PCB图(3)刻PCB铜板，打孔，打好孔后进行涂抹松香，防止铜板上的线路被氧化从而 导致导电性不好等现象，等松香干后可进行焊接，焊接时应防止虚焊等现象。调试过程(1)接通电源，芯片的工作电压在5V左右，应接通5V电源，观察电源指示灯是 否点亮。点亮说明供电正常。(2)将按键逐个按下，是否显示相应的数字，假设显

8、示相应的数字，说明功能正常。 (3)检查三极管是否焊接正确，这是报警电路的关键位置。4电路测试将器件焊接在板子后，接通电源，电源指示灯亮起当按键分别按下时。数码管 显示81234567灯分别亮起和蜂鸣器响起，主持人控制清零端实现。4.1 测试仪器与设备(1) 5V直流电源(2)数字万用表一台功能测试(1)接电后，电源指示灯亮起。(2)测试8个选手，对应显示的数字及蜂鸣器功能可以正常工作。(3)清零时，数码管不显示，指示灯灭。4.2 结论在实训过程中，看见一个个零散的原件通过自己绘制原理图和PCB,焊接器件，经 过调试最终实现功能，经过了不少步骤，其中每个步骤都是在学以致用，在巩固每个方 法和细

9、节。由于已有绘制原理图经验，在初期绘制电路原理图阶段还是比拟顺利的。可 是进入排版过程了就开始遇到困难了。刚开始用自动布线跳线始终无法完成布线，一连 几天都没有进展。无奈决定擦弃自动布线，开始手动布线。手动布线虽然耗时很久，但 是跳线却少了很多。经过一天的奋战，我总算把PCB连线布好。手动布线我清晰了解到 每条线的连接，在之后的焊接工作的时候简单了很多。焊接必须精益求精，一丝不苟, 一点的过失都可能导致实验结果错误，因此必须准确无误还要工整，这样才能在调试中 能比拟轻松进行，也是整个电路可看性更好。调试工作是个精细工作。在调试过程中， 有些问题是芯片本身损坏引起的，也有些是因为焊接问题引起的等

10、因此排查过程需要特 别有耐心，通过对芯片功能的检验，对焊点的检查最后检查出问题所在。当最后解决问 题时，电路的正确是非常振奋，也很有成就感和满足感。参考文献1罗杰，谢自美.电子线路设计.实验.测试（第5版）M.北京：电子工业出版社,2015.2J阎石.数字电子技术基础（第六版）M.北京：高等教育出版社,2016.3江国强.新编数字逻辑电路（第3版）M.北京：北京邮电大学出版社,2020.4江国强等.新编数字逻辑电路习题、实验与实训（第2版）M.北京：北京邮电大学出版社,2013.1、元件明细表实训器件清单5.1K电阻8个1K电阻2个330欧电阻2个510欧电阻1个74LS148 （带座）1片74LS279 （带座）1片74LS27 （带座）1片74LS86 （带座）1片CD4511 （带座）1片按键8个LED （红、绿各1）2个9012三极管PNP1个单刀拨动开关1个1位数码管（共阴）1个蜂鸣器1个100pF电容（独石）1个单面铜板（10*15cm）1块排针（座）0. 5条2P插头、插针（带线）1个2、实训电路原理图3、实训PCB图4：实物图（正面） SN7MLS86N XAC95256090C0 b H74LS27P5：实物图（反面）