1、電 子 技 術課程設計報告書題 目：數字定時搶答器姓 名：左孝念 劉玉佩 徐德華 學 號：123621069 123621064 123621031指導老師：李澤平設計時間：2014 6 5電子與信息工程學院目 錄1、 設計任務與要求12、設計原理與電路12.1總體框圖12.2單元電路的設計12.3定時搶答電路的整機電路圖23、組裝與調試24、設計總結25、主要元件資料26、附 錄27、參考文獻3 數字定時搶答器 電子技術課程設計數字定時搶答器1、 設計任務與要求1. 設計一個智力競賽搶答器，可同時供8名選手或8個代表隊比賽，他們的編號分別是0.1.2.3.4.5.6.7各用一個搶答按鈕，按鈕

2、的編號與選手的編號對應2. 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。搶答開始后，若有選手按動即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在LED數碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。5. 參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清

3、除為止。6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。2、 設計原理與電路2.1 總體框圖分析總體框圖的功能，描述總體框圖的工作過程。定時搶答器的總體框圖（如圖1.1）所示，它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答按鈕時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴展電路完成定時搶答的功能。工作原理為：接通電源后，主持人的開關處于“清除”位置時，搶答器處于禁止狀態(tài)，選手編號的LED數字顯示器燈不亮，搶答定時時間LED數字顯示器顯示設定時間。當主持人把開關撥到“開始”位置后，搶答器進入工作

4、狀態(tài)，選手們進行搶答。當其中一個選手按下搶答按鈕后，其他選手再按按鈕無效，報警器發(fā)出聲響表示進入回答問題狀態(tài)，選手編號的LED數字顯示器顯示出搶答成功的選手的編號，與此同時定時時間開始倒計時，搶答定時時間LED數字顯示器顯示出該選手所剩下的回答問題的時間。當搶答定時時間到了，優(yōu)先編碼電路停止工作，選手門不能繼續(xù)搶答。搶答定時時間LED數字顯示器顯示時間為“0”。 原理及設計：該部分主要由555定時器秒脈沖產生電路、十進制同步加減計數器74LS192減法計數電路、74LS48譯碼電路和2個7段數碼管即相關電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實現減法計數，通過譯碼電路74LS48顯示到

5、數碼管上，其時鐘信號由時鐘產生電路提供。74192的預置數控制端實現預置數，由節(jié)目主持人根據搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數器進行預置，計數器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數器開始減法計數工作，并將時間顯示在共陰極七段數碼顯示管DPY_7-SEG 上，當有人搶答時，停止計數并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時，輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。 2.2、單元電路的設計給出單元電路圖，分析各單元電路的功能，記錄各單元電路的功能。1、搶答電路設計 設計電路如圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖

6、存器 74LS297 來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數字數碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關S置于清除端時，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）0，使之處于工作狀態(tài)。當開關S置于開始時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出經RS鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端) =1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經譯碼顯示為“5”。此外，CT

7、R，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端），處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的 此時由于仍為CTR，使優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端），所以74LS148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開關重新置“清除”然后再進行下一輪搶答。74LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，表1為其功能表。2、定時電路設計節(jié)目主持人根據搶答器的難易程度，設計一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數器進行預置，選用十進制同步加減計數器74LS192進行設計，計數器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖3。原理及設計：

8、該部分主要由555定時器秒脈沖產生電路、十進制同步加減計數器74LS192減法計數電路、74LS48譯碼電路和2個7段數碼管即相關電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實現減法計數，通過譯碼電路74LS48顯示到數碼管上，其時鐘信號由時鐘產生電路提供。原理及設計：該部分主要由555定時器秒脈沖產生電路、十進制同步加減計數器74LS192減法計數電路、74LS48譯碼電路和2個7段數碼管即相關電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實現減法計數，通過譯碼電路74LS48顯示到數碼管上，其時鐘信號圖3由時鐘產生電路提供。按鍵彈起后，計數器開始減法計數工作，并將時間顯示在共陰極七段

9、數碼顯示管DPY_7-SEG 上，當有人搶答時，停止計數并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。結合我們的實際經驗及考慮到元器件的成本，我們選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得 ，即秒脈沖。3、時序控制電路設計時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能。1) 主持人將控制開關撥到“開始”位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)。2) 當參賽選手按動搶答按鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。3) 當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲

10、，定時和定時電路停止工作。根據上面的功能要求，設計的時序控制電路如（圖5）所示。圖中，門G1 的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端 。圖11、4的工作原理是：主持人控制開關從清除位置撥到開始位置時，來自于（圖2）中的74LS279的輸出 1Q=0，經G3反相， A1，則時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則“定時到信號”為 1，門G2的輸出 =0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現功能的要求。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，1Q1，經 G3反相， A0，封鎖 CP信號，定時器

11、處于保持工作狀態(tài)；同時，門G2的輸出 =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現功能的要求。當定時時間到時，則“定時到信號”為0， =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。同時， 門G1處于關門狀態(tài)，封鎖 CP信號，使定時電路保持00狀態(tài)不變，從而實現（功能3）的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。2.3、定時搶答電路的整機電路圖、3、 組裝與調試介紹定時搶答電路的調試過程、在調試中遇到的問題及解決的辦法。在通電之前必須對照原理圖對線路進行詳細的檢查，這是非常重要的一點，如果有連接錯誤的地方須及時糾正。調試可以分為兩大步進行：1、 分塊調試將整個

12、電路劃分為搶答電路和計時電路兩大塊，先測試搶答電路，開關處于清除端，通電后代表選手編號的顯示器是滅的，然后將開關撥向開始搶答，顯示器仍是滅的，閉合代表選手的其中一個開關，顯示器顯示選手編號，斷開此開關再閉合其他任意開關，顯示器仍顯示剛才的數字則表明搶答電路正常；通電后代表計時的兩個顯示器顯示預置的時間30，開關從清除端撥向開始，然后顯示器開始倒計時，當時間顯示為00時停止計時則計時器正常。2、 整機聯調將整個電路連接好，接通電源，能達到預期的功能則表示整機工作正常，如果未能達到，則仍需進行檢查調試。3.遇到的問題及解決方法：當我們把搶答電路連好時發(fā)現不管怎么搶答，數碼管始終顯示7，后來我們根據

13、老師教的檢驗方法，發(fā)現有根線沒接進去，導致信號沒輸出去。將發(fā)光二極管與數碼管并聯后我們發(fā)現發(fā)光二極管并不能正常工作，而數碼管卻可以，經過老師指導，我們測出并聯時數碼管兩端電壓為1.66v，而單獨接二極管時，二極管兩端電壓為4.89v，單獨接數碼管時的電壓為1.65v，這說明二極管并聯后不能正常工作是因為其兩端電壓過低，不足以使其發(fā)光。我們用一個實驗箱做搶答電路，一個做定時電路，當我們將這兩個電路相連時發(fā)現其不能正常工作，后來經老師指導發(fā)現是兩個實驗箱的地沒相連，不能構成閉合回路的緣故搶答時發(fā)現按開關1和0都顯示1，后來經檢測發(fā)現是74LS148的9端和10端連接處電路板未被腐蝕掉，刮掉漆后正常

14、搶答。調試時發(fā)現電壓過高或過低會影響計數器的正常工作，計數器有時呈現雙數遞減有時呈現單數遞減，這說明TTL與非門對電源電壓的穩(wěn)定性要求較嚴，只允許在5V上有10%的波動調試過程中發(fā)現當計數器遞減到00時仍然可以搶答，后來通過對電路圖及其原理的仔細研究發(fā)現1Q不應該直接接到ST端，應先接一個非門再接一個與非門后接到ST，這樣才能保證當計數時間到后74LS148停止工作，搶答不能進行。4、 設計總結課程設計體會，收獲等。（字體小4號，宋體）本次課程設計用了一個多月的時間全部做完，整個過程大家積極參與，認真思考從中收獲很多。可以總結為以下的幾點：1，對數字電路知識的鞏固與提高這次課程設計主要是運用數

15、字電路邏輯設計的一些相關知識，在整個實習過程中，都離不開對數字電路課程知識的再學習。我在最開始，就先將實習用到的知識通過翻閱數電書回顧了一遍，這樣的回顧讓我對知識的理解更加透徹，對后來的快速設計起了很好的鋪墊作用。2，學會了理論聯系實際課程設計，通過選擇的題目，根據要求，運用所學知識將其付諸實踐來完成。這并不是在課堂上的單純聽懂，或者課后看書過程中的深入理解，這需要的是一種理論聯系實踐的能力。理論知識往往都是在一些理想狀態(tài)下的假設論，而實際的動手操作則完全不同，需要考慮實際中的很多問題。有些知識在理論上可能完全沒錯但到了實際中則不然。比如在動筆做題時我們是不用考慮導線的電阻的，但在實際中，導線

16、電阻有時是會帶來時延造成花型變化的錯亂，所以我們應盡量在連接電路時選擇最短路徑。3，學會了如何運用電路板、芯片、導線等組裝各種功能的電路；雖然這不是第一次用電路板，因為之前的課內實驗也用過，但當時的運用也只是插些導線和電阻電容之類的，用了電路板的很小部分。這次的實習中應用了整塊板子，實習后對電路板的組成完全了解了，并能熟練運用。實習中通過對電路的連接也懂得了如何通過設計的分析對所連電路的整體布局，如何更好的放置芯片在最合適的位置。在導線的連接上，如何選擇導線走向是關鍵，我們應該盡量保證所連電路的簡捷，寧短勿長，合理布線。一個完美的作品不僅要能很好的完成要求實現功能，還要在感官上給人美的享受。所

17、以站在美的角度對自己的電路進行改良是很必要的。4，和同學的互相協作共同進步在實習中經常會遇到一些自己可能暫時無法想明白的問題，請教同學或老師是很好的做法，節(jié)省時間也會從別人上上學到更多。在設計時和同學相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人對問題的看法總有差異，我們可以從交流中獲得不同的思想，其他人的設計一定有比你出色的地方，很好的借鑒，并在大家的商討中選擇最優(yōu)方案最終一定會得到最好的設計方法。5，其他課程設計是開端，連接是關鍵，測試是必須。所以實現過程中不僅要求對知識的掌握要足夠準確與精通，更要有絕對的耐心與細心。連接電路時一定按照自己的設計圖仔細連接這會對后面的測試起到很好的鋪墊作用。在后

18、面查錯時就不用花費精力在查線上，可以給減少很多后續(xù)工作.個人感受：通過將近一個多月的課程設計，使我對數字電路有了進一步的了解，在設計搶答器、報警器、定時器的過程中，通過翻閱資料，上網搜索等，我對各電路器件（如：00與非門，279SR鎖存器，555定時器和LED顯像管等）及原理有了更深一層次的認識，既增強了我的理解能力,也使我能更好的運用所學的知識。開始時我還不太明白電路是如何連接的，并且對其原理也不甚了解，但通過對所學知識更深入的了解和同學的講解和幫助，最終使我克服了難關，并成功地作出了設計。這一個多月以來,我有過對知識掌握不足時的迷茫，也有過思路不清時的懊惱,但一路走來，我卻收獲了知識，收獲了希望和努力后的成果。在此我要感謝老師的諄諄教導和同學們的幫助，我相信這一個多月的不懈努力會給我未來的學習帶來很多的啟發(fā),我會在以后的工作生活中更好的理論聯系實際,證明自己的能力。5 、主要元件資料給出主要芯片的引腳圖；功能表。74LS148引腳圖74LS148真值表74LS279引腳圖74LS279真值表74LS48的引腳圖74LS48真值表74LS192引腳圖74LS192真值表74LS00引腳圖74LS10引腳圖6、附錄附錄A、元器件清單序號名稱型號數量備注1優(yōu)先編碼器74LS14812RS鎖存器74LS27913七段譯碼器74LS4834十進制加減計數器74LS19225