1、西安郵電學院數字電路課程設計報告書數字搶答器學院名稱：電子工程學院學生姓名：專業名稱：班級：實習時間：數字電路課程設計 數字搶答器課程設計題目數字式搶答器、設計任務和要求1. 搶答器同時可供4路參賽選手同時搶答，分別用4個按鈕SOS3來控制2. 設置一個主持人開關，用來控制搶答的開始和結束。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在數碼管上 顯示，選手搶答實行優先鎖存，優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除 為止。4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間為10秒。當主持人啟動 開始 鍵后，定時器采用倒計時計數到 0。5. 參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶

2、答有效，定時器停止工作，綠燈亮，數碼 管上顯示選手的編號和剩余搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。6. 如果定時時間已到（計數至 0），有人搶答，則為超時搶答。紅燈亮，并在數碼 管管上顯示該搶答選手。7. 如果主持人未啟動“開始”鍵，有人搶答，為提前搶答。顯示其號碼，此時紅燈 亮提示。三、數字搶答器總體方案1. 接通電源后，主持人將開關撥到 高電平 狀態，搶答器處于禁止狀態，編號顯示 器顯示為 0, 定時器顯示為 0。此時 , 若有人搶答 , 為違規搶答數碼管顯示其編號 , 并紅燈警告 . 定時器顯示不變。2. 主持人將開關置于”開始”狀態， 宣布開始搶答，搶答器工作 , 定時器倒計時

3、, 選手在定時時間內搶答時，搶答器完成 , 編號鎖存 , 編號顯示 , 綠燈亮表示搶答有3. 若在10秒內無人搶答，10秒后搶答器自動鎖定，計數器停止計數，搶答無效。如果再次搶答必須由主持人再次操作 幵始狀態幵關。四、單元電路設計1. 搶答器電路的設計（即完成鎖存和顯示功能）（1）搶答，鎖存電路:在這一部分，最主要的是鎖存電路，鎖存電路主要由74LS75來實現，當74LS75的4，13號管角的信號為使能端，當為“ 0”時，它將保持原來的狀態:74LS75的管腳圖和真值表：有一組隊員按下幵關后，Q1, Q2 Q3, Q4中有一個信號為0,則它們四個通過與門后的信號為0,接入E12和E34,747

4、5實現鎖存功能，保持狀態不變。對于譯碼電路，當那個隊員搶上后，要顯示他的組號，必須把次信號轉換為二進制代碼。其關系為：Q3Q2Q1Q0DB_00010001001000100011001101000-100由上真值表知:A= Q0 + Q2 ； B= Q1+ Q2 ；C=Q3;D=0;(2)譯碼電路用74LS48和數碼管將74LS75鎖住的數據顯示出來, 74LS48的功能管教圖為口 Y Yt Y： Y, Y ,管”jkJinuiujKfiLrLM斗E孚q,、仁丸門選擇北詢出分析可得到搶答鎖存電路的電路圖 (如下圖)：輔A播$ GzC B AYJ肌Ym耳J爲仏HXLLLLLLLLLH1LHHH

5、L1HLHHHL.片HHHHTiHHHHHHHfiLHHHHHHHHLHHHHHHHLHHHHnH旦HLHHHHHHHHLHHHHHHH1HHHHHHHHLH科HHHHH12. 倒計時器的設計此電路用來實現模10的倒計數器，用一片 74161來實現，用同步置數法來實現，由于要求倒計數，即從 1001到0000，所以可以取反而得到。但是，當倒數到0后，還要有鎖存的功能，鎖住電路，即計數到0后停止在0，若想再次計數，必須由主持人按下幵始搶答按鍵，否則為違規搶答，亮紅燈警示。其狀態轉移圖如下:主持人幵關接在161的預置端，接低電平是代表新一輪幵始的比賽，表示置9端，當接通高電平時代表倒計時幵始！根據

6、161的功能表可知，通過對CTP與CTT的控制，可實現計數和保持。我用搶答電路74LS75的使能端E12來控制CTR用(QD*QC8QB*QA來控制 CTT74LS161的管腳圖為74LS161的功能表為有74LS161計數到數碼管顯示之間的轉換關系為：計數器輸入譯碼器輸入數碼管的示數011010019011110008100001117100101106101001015101101004110000113110100102111000011111100000具體電路如下3. 脈沖的設計本實驗中所用的計時器，是和我們的時鐘的頻率一樣的，因此我們通過555的分頻來實現我們所需要的時鐘脈沖以及波

7、形如圖：ot多諧振蕩器的波形圖4. 紅綠燈警告的設計此電路是當在主持人沒有接上幵關之前，有人搶答，則紅燈亮并顯示其組號， 當主持人接上幵關，綠燈亮表示其正確搶答。當記時器計時停止時，若有人搶答時, 則紅燈亮。根據電路結果的分析，此部分電路我放在最后把各模塊綜合在一起時綜 合考慮。得出具體的電路圖如下五、實驗器材-H- l_L 心片數量其他器件數量555一片發光二極管兩個74LS75一片電阻七個74LS48兩片面包板一塊74LS161一片七段顯示管兩個74LS08一片電容兩個74LS04兩片導線若干六、74LS20一片74LS32一片總體電路設計ujgjPQP.VCC550U1U2-ZCU1!:

8、| e I48arU8E4BFE0C8I畑號0 叭Mg EVPB74l$4eN -HSl-f|H皿羽I z 673 $q iw:22擁JO5Dm：4-li-Uii.iM 汕川74LS161D , d w52； AU H4- 4 I T，|j- rawhwhI W七、發生的問題及解決方案在實際連接電路中會遇到很多復雜的問題，即使完全按照電路圖連接，也會出現一些問題，使結果出現錯誤，這就是電路調試要處理的問題，而這次的課程設計，我幾乎大部分的時間都花在了調試電路上三天就完成了我自己的設計， 但是其中有兩天都在調試。而且，再后來幫同學們調試的過程中，我又遇到了很多很多不同 的問題，這些問題主要集中在

9、以下幾點。第一點是出在在設計上的， 我首先拿到一分同學的電路圖， 分析一下他設計的是 否合理，找出邏輯的混亂和錯誤，就基本解決了設計上的問題。第二是電路板得問題， 我自己還是比較幸運， 我連接自己的電路時， 沒有出現電 路板內部短路登多種意想不到的問題。原因是，當我拿到一塊板子時，我用萬用表 把每排插孔都測量一邊。找到斷路的地方用導線接好，確保板子不會出現問題。然 后才開始連接電路。在給一個同學調試時，我發現他的設計倒是沒有任何問題，但 是一連到板子上，就是出現胡亂的錯誤，更可氣的是，有些時候，有的芯片的整個 管腳還出現全都是到電平的危險現象。這是我就意識到應該是板子的問題了，我建 議他換一塊

10、板子重新連一遍， 結果問題就迎刃而解。 這里我想到一個插芯片的技巧， 就是拿到每一片新的芯片是，可以稍微把它的兩排管腳向內摁一下，但是要一排一 起向內按。保證兩排管腳剛好插在兩排插孔上而不出現松動這也是調試時出現 的一個普遍的問題。第三是接線和芯片連接問題， 接線一定要合適， 露出的插進插孔的端子一定要足 夠，在調試過程中我找到了很多的由于接線不夠長而發生的斷路現象。還有就是連 線不要交叉，這樣很不利于調試并且也很容易造成接線短路，出現問題。對于連接 芯片及芯片的布局，芯片定要插緊。不能出現松動。芯片松動直接造成接觸不良。 在調試過程中， 我遇到了好多次的 2.6V 左右的電平 （一般的數字電

11、路高低電平區分 為 2.7V ），它因該算是高電平。可是在具體的電路中，就不是那么回事了，比如我 測到一個二極管兩端的電壓分別為 2.6V 和 3.5V 。這就很難辦了，理論上，它們都應該算是高電平，可是，它不能出現我們想要的結果兩端高電平是二極管是不亮的。這個問題的解決方法有兩種：一是檢查芯片是否松動，把芯片插緊，二是在 高電壓端串聯一個電阻限壓。芯片問題還造成很多意想不到的問題，比如，我給一 位同學調試時， 161 的計數總是顯示出不來，我查了好幾個小時，從第一天的晚上 十一點到凌晨 3 點，沒查出來只有睡覺， 第二天又弄了一個早上， 到十點多的時候， 我終于想到一個辦法，在 161 的輸

12、出端接四個發光二極管，可以輕松看出161 輸出是否出錯，確保161是好的以后，再測量每個 74LS02輸入和輸出是否出錯，直到最 后，一個芯片一個芯片的查找，直到最后，才發現是因為這個同學的數碼管和74LS74 之間連線錯了一個位置。這樣，才找到問題所在。第四就是器件問題了， 這個其實可以再連線前就檢查出來， 但是由于我們事先沒 有經驗，找到最后，發現這個芯片是壞的，沒辦法，只有換了。八、 分析和總結在這次數字搶答器系統的設計和調試過程中，我不僅掌握了課程設計的一般步 驟和基本方法，了解了各種集成數字芯片的功能和使用方法，而且我感覺自己對數 字電路邏輯設計這門課程的課本內容有了更深刻的理解，并

13、且這次課程設計也提高 了我理論聯系實際的能力，培養了我基本的設計思想，鍛煉了我的實際動力。這次的課程設計，我受益匪淺，不僅在數字邏輯電路的設計上有了很大的提高而且也學 到了一些書本上沒有的知識。尤其是電路調試的本領有了很多的經驗。在進行電路 的設計時，首先我們要做的是對系統要達到的功能要做深入的了解。通過這次課程設計，我學到了更多的電路實際操作的技能，這些是我在課本上 不能學到的。由于喜歡硬件電路，喜歡動手。我更是珍惜這次機會。努力鍛煉自己的電路調試本領。經過這次課程設計，我總結了一些經驗，這些都是我以后要注意 的。就是，在連接具體電路之前，我們一定要確保電路板是好的，用萬用表逐一測 量一遍各

14、個插孔，當然，一塊板子，只用測一遍就行了。確保元器件都是完好的； 在電路連接時，連線要做到橫豎走線，不能交叉，盡量避免斜線。插芯片時要確保 芯片插緊。新篇布局時要合理，疏密有致。最好在軟件上仿真后自動布線，看著原 理圖的走線連接。電路連接好以后先用萬用表檢查一遍整個的電路的正負極是否分 別接好，正負極是否短路。再打開電源，檢查錯誤。因為，一般情況下，我們很難 一次性就成功，所以，最好分模塊測試，分模塊完成，最后到每個模塊都能單獨完 成后在綜合在一起，整體考慮，整體測試。這樣成功的可能性就會大很多。在分模 塊測試過程中，用到的最主要的工具是萬用表，接通電源后，如果沒有出現我們現 要的結果，不要慌

15、張，用萬用表從輸入信號開始，逐一測量每個管腳的電壓，一般 的數字電路高低電平區分為 2.7V ，如果沒看出什么問題，再把實際連接的電路跟蹤一邊，接通電源，用萬用表從 輸一一測量各個芯片的管腳電平，看是否是所預想的，這樣就很好找到錯誤，在這 個世界上，沒有任何事情是做一遍就會如愿地成功的，失敗、挫折是永遠也無法避 免的。電路設計也不例外。因此，面對設計的電路中存在的問題，我們必須學會冷 靜地思考，想辦法去解決它們。在這次電路設計中，我就遇到了好多的問題，但是 從這些問題中我也學到了好多。好多同學都是把電路圖都連好之后這，連上電源， 發現數碼管顯示的是亂碼，或是二極管無緣無故的就亮了。就心煩意亂，

16、手忙腳亂 的不知道該怎么辦。我在幫他們檢查時又照著電路圖重新檢查了一遍，沒有發現什 么問題，但數碼管的顯示還是不對。之后，我又拿萬用表對每個管教進行測試，發 現有很多地方的實際電位與本來要實現的不等而且我們用的面包板也有很多問題， 對芯片的管腳和穩定程度有嚴重影響。很多芯片再插入電路板上后根本就不穩定， 松松垮垮的，每次試驗，都需要用手死死按住按住某些芯片才可以。在這次數字搶答器系統的設計和調試過程中，我不僅掌握了課程設計的一般步驟和基本方法，了解了各種集成數字芯片的功能和使用方法，而且我感覺自己對數 字電路邏輯設計這門課程的課本內容有了更深刻的理解，并且這次課程設計也提高 了我理論聯系實際的

17、能力，培養了我基本的設計思想，鍛煉了我的實際動力。這次的課程設計，我受益匪淺，不僅在數字邏輯電路的設計上有了很大的提高而且也學 到了一些書本上沒有的知識。尤其是電路調試的本領有了很多的經驗。在進行電路 的設計時，首先我們要做的是對系統要達到的功能要做深入的了解。并且要分析該如何實現這些功能，了解有關器件的功能和管腳圖，進行構思， 并作整體的布局。其中，最重要的一步就是要有一個良好的構思，這個構思包括對 要實現的電路的各個部分具體功能的設想，以及整個電路的總體布局。決不是簡單 的把幾個芯片湊在一塊面包板上，然后再把線連一連就好了。其次，在構思完成后，就應該幵始動手畫電路圖了。我基本上是先通過軟件

18、仿 真再檢查錯誤。電路圖畫出來后，就可以幵始電路的連接了。帶領我們設計這次實 驗的老師在幵始時便聲明一點：不要把所有片子都連好了再對電路進行調試，這樣 的話成功的概率幾乎為零，最好是連好一個功能部分，便立即對該部分電路進行檢 測，若成功則繼續，若不成功就檢查錯誤，甚至要重新連。這一點無疑是給我們一 個提醒，讓我們的電路成功又有了一層保障。在這一過程中必須有一個好的幵始， 想清楚各個片子的布局，線的插法，否則空間利用率不高可是一件相當頭疼的事情。由于線路多，因此必須得時刻保持小心謹慎，否則萬一一根線連錯，就必須檢查一 大片電路，這顯然是得不償失。還有在這次的課程設計過程中，我們要注意的問題為：防止器件的燒毀本系統的輸入電壓為+5V,每一個輸入端應接一個小電阻，尤其是發光二極管的兩端，必須接一個 小電阻，不能直接接地或接電源。各個器件的不能懸空在理論中，懸空表示輸入為低電平，但在實際中未必是這樣應 當接0的就接地，應當接1的就接電源。所以對于每個芯片的輸入管腳， 該接高電平 的就一定要接電源，不可以懸空。片工作時間過長，會升溫，導致不能實現其基本功能當電路全部連好后，并且都接觸 良好.幵始能工作，可工作一會兒就會發生錯誤，可能是工作時間過長升溫所制，這時 應該讓芯片休息一會兒即可.西安郵電學院微電