数字式竞赛抢答器数电课程设计.docx

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1、摘要数字式竞赛抢答器是有抢答、提前抢答警报、倒计时、数码管显示等组成。抢答的部分需要的时序频率高，整个系统需要一个时序提供，中间需要很多的逻辑门电路，还需要555定时器提供时序。根据抢答器的功能，分成几部分进行模块化设计，更加容易调试和设计。有抢答模块、时序模块、显示模块、倒计时模块。在抢答的模块需要考虑竞争关系，还要有锁存抢答的组别，555定时器模块要搭配好电阻和电容，因为他们的比值决定了周期。在设计电路时，首先是软件模拟mutisim并在软件上进行优化，以达到线路交叉最少，最后买零器件进行焊接工作，焊接完成后进行试验测试和修改。这个抢答器还可以扩展其他高级功能。目录l 分析问题. 3l 查

2、阅资料. 4 l 模块设计. 9l 组合优化. 12 l 软件模拟. 12 l 器件选择. 13l 电路焊接. 13l 实验调试. 15l 实验总结. 16分析问题：我们共同协商最终选择了抢答器方案。根据抢答器的要求：1） 设计制作一个可容纳四组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答时使用且电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。2）在主持人将系统复位并发出抢答指令后，用数码管显示倒计时和第一抢答组别且该组别对应指示灯亮，同时电路的自锁功能使别的抢答开关不起作用。3）对提前抢答和超时作答的组别鸣喇叭示警，并由组别电路显示出犯规组别。扩展要求：设置对应的计分（含加分与扣分）电路。首先是要有

3、抢答功能，这里用非锁死的按键进行抢答，还涉及到了优先编码器，抢答之后要把抢到的组号锁存，这就用到了锁存器，然后通过led灯显示抢答到的组。回答问题需要倒计时，用计数器设计倒计时，然后通过数码管显示。这里需要时钟信号，选用555定时器产生方波信号为整个系统提供时序。用蜂鸣器提示提前抢答和超时发言，并用数码管显示组别。中间还需要大量的逻辑的运算，这里就一一的罗列，因为比较繁琐。这就是大致的方案，接下来就是查资料，实现每个模块。查阅资料查相关的芯片资料，方便后面的设计：l 74148：首先是在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队

4、。在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。74148是一个八线-三线优先级编码器。74148优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚 VCC(16)和GND(8)外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。其中 I 0 I 7为输入信号， A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号， EI是使能输入端， EO使能输出端， G S为片优先编码输出端。由74148真值表可列输出逻辑方程为：A2 =(I4+I5+I6+I7)EIA1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7) EIA0 = (I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)

5、EI当使能输入 IE=1时，所有输出端群被封锁在高电平。当使能输入IE=0时，允许编码，在I0I7输入中，输入 I7优先级最高，其余依次为： I6,I5,I4,I3,I2,I1，I0等级排列。使能输出端EO的逻辑方程为：EO =I0 I1 I2 I3 I4 I5 67 EI，此逻辑表达式表明当所有的编码输入端都是高电平（即没有编码输入），且EI=0时，EO才为零；表明EO的低电平输出信号表示“电路工作，但无编码输入。扩展片优先编码输出端 G S的逻辑方程为： GS = (I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7) EI此时表明只要任何一个编码输入段有低电平信号输入，且EI=0,GS即为低

6、电平。GS的低电平输出信号表示“电路工作，而且有编码输入。”（GS=0）174LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中，下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料。l 74ls48 74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。 由7448真值表可获知7448所具有的逻辑功能：（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（

7、RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低电平，见表1中116行。（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT 和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT = 0）此时BI/RBO端作为输出端， 端输入低电平信号时，表1最后一行，与 及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏

8、的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时DCBA = 0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。74ls190:190 的预置是异步的。当置入控制端（ LD ）为低电平时，不管时钟CP 的状态如何，输出端（Q0Q3）即可预置成与数据输入端（D0D3）相一致的状态。190 的计数是同步的，靠CP 加在4 个触发器上而实现。当计数控制端（CT ）为低电平时，在CP 上升沿作用下Q0Q3同时变化，从

9、而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制（U /D）为低电平时进行加计数，当计数方式控制（U /D）为高电平时进行减计数。只有在CP 为高电平时CT 和U /D 才可以跳变190 有超前进位功能。当计数溢出时，进位/错位输出端（CO/BO）输出一个低电平脉冲，其宽度为CP 脉冲周期的高电平脉冲；行波时钟输出端（ RC ）输出一个宽度等于CP 低电平部分的低电平脉冲。利用 RC 端，可级联成N 位同步计数器。当采用并行CP控制时，则将RC 接到后一级CT ；当采用并行CT 控制时，则将RC 接到后一级CP。引出端符号CO/BO 进位输出/错位输出端CP 时钟输入端（上升沿有效）CT 计

10、数控制端（低电平有效）D0D3 并行数据输入端LD 异步并行置入控制端（低电平有效）Q0Q3 输出端RC 行波时钟输出端（低电平有效）U /D 加/减计数方式控制端74LS273：D1D8为数据输入口；Q1Q8为数据输出口CLK为触发时钟；CLR为数据清除端。74HC244：八同相三态缓冲器/线驱动器 74HC244芯片的功能如果输入的数据可以保持比较长的时间(比如键盘)，简单输入接口扩展通常使用的典型芯片为74HC244，由该芯片可构成三态数据缓冲器。74HC244芯片的引脚排列如图1所示。 由于AT的51系列单片机一般用并口进行编程，理论上可以直接用单片机的几根I/O口接并口线，但如果电路

11、板没做好，可能会连带把计算机并口烧坏，所以要加个74HC244芯片隔离一下。 74HC244芯片的引脚 74HC244芯片使用说明74HC244芯片内部共有两个四位三态缓冲器，使用时可分别以1G和2G作为它们的选通工作信号。 当1G和2G都为低电平时，输出端Y和输入端A状态相同；当1G和2G都为高电平时，输出呈高阻态。 74HC244芯片内部共有两个四位三态缓冲器，使用时可分别以1G和2G作为它们的选通工作信号。当1G和2G都为低电平时，输出端Y和输入端A状态相同；当1G和2G都为高电平时，输出呈高阻态。l 模块设计抢答模块：首先是用非锁死按键作为输入，通过接上拉电阻。当有按键按下时，电位被拉

12、低，抢答的信号输入74hc148进行有限编码，这里就有了抢答的作用，每次只有一个输入的效果，再把结果通过74ls273进行锁存。以防止后面按键操作的影响。再把273的输出信号进行译码输出到数码管显示组别和用led灯进行提示。输出信号和倒计时信号有一个比较的关系，如果提前抢答蜂鸣器会提示相关的led灯也会提示组别。下面是软件设计的电路：l 时钟信号产生器：用555定时器产生方波信号，通过设计合适的电阻比产生了不同的周期，r6,r7,c1一起决定了方波信号的占空比为50%。把信号输出到190计数器进行倒计时时钟模块。l 倒计时模块：这里使用74ls190十进制作为倒计时芯片。l 提前抢答提示和回答

13、超时模块：这里使用很多逻辑门电路，解释起来很繁琐。l 组合优化：进行线路布局，优化了链接，这样更加合适焊接电路，合理化一些线，这样减少跳线。l 软件模拟通过实验软件模拟是成功地。l 器件选择这个去小寨格买零件，选择都是抗干扰强的芯片。l 电路焊接在焊接这方面由于涉及的跳线非常多，所以用的跳线很多，看起来不美观。确实显示焊接比想象的更加复杂，首先要分辨每个引脚的功能，因为芯片的引脚是不规则与仿真的引脚位置不一致的。最终花了两天的时间焊接出了。l 实验调试去实验室调试时，两个数码管可以正常显示，有一个数码管的显示乱码，然后抢答无法锁存，通过测试发现是273的锁存出现了问题，由于273的时序不是用定

14、时器提供，而是用抢答输出信号通过逻辑门输出的，所以出现了，数据输入和锁存信号的竞争冒险。蜂鸣器也不响，灯也不会亮。由于电路板已经焊出来，很难进行排除。但是电路仿真时没有问题的。l 实验总结：这次的数电课程设计是一个小组一起完成的，工作分配是个问题，由于大家也不知道擅长什么，所以我们是一起软件设计，组员互相讨论出相应的方案。在设计的时候由于线路很多，很容易连错线路，而且还要对照着芯片的数据手册进行连接。在选择芯片是还要考虑能不能买到。其中数码管的例子就是，当时设计的时候用已经集成编码的数码管，但是现实中没有买到，所以又要加多译码器芯片。其实讨论的更多的是逻辑门的处理，因为其中涉及很多逻辑连接，市

15、面上没有单个逻辑门买，一个芯片上集成了多个逻辑门，所以在优化的时候需要注意连线，可能软件上连接出来的是很简单，但是实际中不一定是简单的。在焊接方面我们原则是能不跳线就不跳线。实验调试环节，第一实验调试有一个数码管乱码，而且led，蜂鸣器也不会工作。第二次的时候我的搭档拿去给老师检查，但是问题没有被解决。第三次去实验室，重新的分析电路一遍，发现锁存器的问题，然后我们用人工时序信号代替锁存信号，最终成功解决了抢答问题。其他的问题没有找到解决方法，但是软件仿真时成功的。这次课程设计再次说明了现实和理论的差别，不论软件模拟多么完美，实际中还是会有问题出现的。这次合作我觉得是个很好学习方式，不同的思想碰撞在一起，产生新的最优的想法。 19 / 19