數(shù)電設(shè)計(jì)報(bào)告綜述數(shù)電設(shè)計(jì)報(bào)告綜述16/16數(shù)電設(shè)計(jì)報(bào)告綜述報(bào)告評(píng)分批閱老師《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告八路搶答器專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師提交日期1目錄4445555666788889999910101011121213132141414153第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)題目及要求1．本課題要求設(shè)計(jì)一臺(tái)可供4-8名選手參加競(jìng)賽的智力競(jìng)賽搶答器。2．基本功能：(1)搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)競(jìng)賽，分別用8個(gè)按鈕S0~S7表示。(2)設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)除去和搶答控制開(kāi)關(guān)S，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。用來(lái)控制系統(tǒng)清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開(kāi)始。(3)搶答器擁有鎖存與顯示功能。即搶答開(kāi)始后，選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在編號(hào)顯示器上顯示該編號(hào)。同時(shí)關(guān)閉輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)素來(lái)保持到主持人將系統(tǒng)除去為止。3．?dāng)U展功能：(1)搶答器擁有準(zhǔn)時(shí)搶答功能。要求準(zhǔn)時(shí)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，并用準(zhǔn)時(shí)顯示器顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。(2)參賽選手在設(shè)準(zhǔn)時(shí)間（20秒）內(nèi)搶答，搶答有效，同時(shí)準(zhǔn)時(shí)器停止倒計(jì)時(shí)，編號(hào)顯示器上顯示選手的編號(hào)，準(zhǔn)時(shí)顯示器上顯示節(jié)余搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(3)若是準(zhǔn)時(shí)搶答時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效。系統(tǒng)揚(yáng)聲器報(bào)警（音響連續(xù)0.5秒），并關(guān)閉輸入編碼電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器顯示0。備選方案設(shè)計(jì)與比較方案一在選手搶答前，“除去/初步”開(kāi)關(guān)S使基本RS觸發(fā)器輸出端Q為0，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器禁止；當(dāng)主持人按下“除去/初步”開(kāi)關(guān)S時(shí)，基本RS觸發(fā)器輸出端Q為1，與優(yōu)先擴(kuò)展輸出端Yex共同作用，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器選通輸入端ST為0，贊同編碼，等待數(shù)據(jù)輸入。此時(shí)優(yōu)先按動(dòng)序號(hào)的組號(hào)馬上經(jīng)過(guò)編碼器按BCD421碼輸出，經(jīng)RS鎖存器74LS279將該數(shù)碼鎖存到LED顯示器上。與此同時(shí)，Yex（引腳為14）由1翻轉(zhuǎn)為0，與非門(mén)G1輸出為1，選通輸入端ST為1，編碼器被禁止。其他，在Yex由1翻轉(zhuǎn)為0時(shí)，還驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路工作，發(fā)生聲音。4BusBus46選手控制開(kāi)關(guān)5&G1GFEDCBAVCC74LS00D5V1415910111213OOOOOOOGFEDCBAU1_74LS247D8x10kohm~BIQQ~L/DCBA74LS00D674LS00DT~RBIRBO3&&62173543210543211111VCC12455V基本RS觸發(fā)器R1主持人開(kāi)關(guān)控制3kohm21開(kāi)始174LS04D除去

8I765432101E3V~947111111111U276543210QQU3BQQU3A74LS148D2174LS279D2174LS279D10S20SRSSRSRSSRAAAGE5421065321679451111111方案二它采用了74LS148來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答器的選號(hào)，采用了74LS279芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)號(hào)碼的鎖存，采用了74LS192實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制的減法計(jì)數(shù)，555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)來(lái)共同實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)，采用了74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的輸出。1.2.3兩種方案的解析比較在方案一中，主要多了一個(gè)基本RS觸發(fā)器，以及相對(duì)的74LS148引腳與74LS279之間連線的相應(yīng)改變，這又涉及到此后的提高方案中的連線的改變。它有自己的優(yōu)點(diǎn)，即基本RS觸發(fā)器又相當(dāng)一鎖存器（74LS279），它能夠?qū)χ鞒秩说闹噶钸M(jìn)行進(jìn)一步的鎖存，這樣就可以加強(qiáng)它的抗攪亂能力，但其線經(jīng)過(guò)于復(fù)雜，其他此次實(shí)驗(yàn)所用的電路板對(duì)電路設(shè)計(jì)的大小要求很高，而且在布局和焊接上要越精練越好，所以它不是首選方案。而由于方案二已能滿足基本設(shè)計(jì)和提高設(shè)計(jì)的要求，而且它的原理更簡(jiǎn)單易懂，直觀了然，元件更少，連線更方便，焊接更可靠，且比較簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)，所以最后采用了方案二。二．設(shè)計(jì)方案總的設(shè)計(jì)方案說(shuō)明準(zhǔn)時(shí)搶答器的整體框圖如圖1所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路達(dá)成基本的搶答功能，即開(kāi)始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能關(guān)閉輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路達(dá)成準(zhǔn)時(shí)搶答的5功能。圖1所示的準(zhǔn)時(shí)搶答器的工作過(guò)程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開(kāi)關(guān)置于“除去”地址，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，準(zhǔn)時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說(shuō)一聲“搶答開(kāi)始”，同時(shí)將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”地址，揚(yáng)聲器給作聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，準(zhǔn)時(shí)器倒計(jì)時(shí)。當(dāng)準(zhǔn)時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并關(guān)閉輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。當(dāng)選手在準(zhǔn)時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，搶答器要達(dá)成以下四項(xiàng)工作：①優(yōu)先編碼電路馬上分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，爾后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)；②揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提示節(jié)目主持人注意；③控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行關(guān)閉，防備其他選手再次進(jìn)行搶答；④控制電路要使準(zhǔn)時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示節(jié)余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問(wèn)題回答達(dá)成，主持人操作控制開(kāi)關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。模塊結(jié)構(gòu)與方框圖搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶圖1準(zhǔn)時(shí)搶答器整體框圖第三部分電路設(shè)計(jì)與器件選擇功能模塊一（搶答電路）搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無(wú)效。采用優(yōu)先編碼74LS148和RS鎖存器74LS279能夠達(dá)成上述功能，其電路組成如圖3-1所示：6圖3.1搶答電路其工作原理是：當(dāng)主持人控制開(kāi)關(guān)處于“清零”地址時(shí)，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端（4Q～1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人將開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”地址時(shí)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，既搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號(hào)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時(shí)74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。其他，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，關(guān)閉了其他按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開(kāi)后，74LS148的YEX高電平，但由于CTR保持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其他按鍵的輸入信號(hào)仍不會(huì)被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的正確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，主持人操作控制開(kāi)關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以7便進(jìn)行下一輪搶答。功能模塊二（準(zhǔn)時(shí)電路）74LS48的7，6，2，3引腳接受來(lái)自74LS192的輸出信號(hào)并把它譯碼顯示在數(shù)碼管上。74LS192的9，10，11，15引腳達(dá)成時(shí)間設(shè)定功能，本設(shè)計(jì)要求定時(shí)100秒，所以把左邊的芯片的1，15引腳接高電位，期于的全接低位，使的初始時(shí)間設(shè)定為100秒。555芯片達(dá)成產(chǎn)生秒脈沖的功能。工作過(guò)程為：搶答開(kāi)始前，74LS192的置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為100，5引腳接高電位。搶答開(kāi)始后，秒脈沖沖推動(dòng)右邊的芯片開(kāi)始倒記時(shí)，同時(shí)右邊芯片產(chǎn)生的信號(hào)做為左邊芯片的CP信號(hào)推動(dòng)左邊的芯片倒記時(shí)，達(dá)成十進(jìn)制的倒記時(shí)功能。當(dāng)有人搶答后1Q的輸出為1，經(jīng)過(guò)非門(mén)后變?yōu)?，經(jīng)過(guò)與門(mén)障蔽了秒信號(hào)，停止記時(shí)，達(dá)成顯示搶答時(shí)間的功能。當(dāng)記到了100秒時(shí)，左邊的芯片產(chǎn)生的定時(shí)到信號(hào)輸出為低電位，也障蔽了秒信號(hào)，使得數(shù)碼管顯示為00。圖3.2準(zhǔn)時(shí)電路8功能模塊三（報(bào)警電路）由555準(zhǔn)時(shí)器和三極管組成的報(bào)警電路如圖3-3所示：VCC5VVCC5VR48R11kohmU115kohm4RSTVCCQ1R2BJT_NPN_VIRTUAL73DISOUTR36510ohm68kohm2THRC2TRI5U2CONR5100uFC1GND510ohm1555_VIRTUAL200Hz圖3.3報(bào)警電路其中555組成多諧振蕩器，振蕩頻率為：f0=1/(R1+2R)*C*ln2=1.43/(R1+2R2)*C其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。PR為控制信號(hào)，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。功能模塊四（時(shí)序電路）時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的要點(diǎn)，它要達(dá)成以下三項(xiàng)功能：①主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”地址時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和準(zhǔn)時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)，②當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和準(zhǔn)時(shí)電路停止工作。③當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和準(zhǔn)時(shí)電路停止工作。依照上面的功能要求以及圖3.2和圖3.3，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖3.4.1，3.4.2所示：9U1AU3ACP11212準(zhǔn)時(shí)到信號(hào)Bus2&1時(shí)鐘信號(hào)13Bus74LS04D74LS11DU4AU2A1213_1Q12&ST74LS04D74LS00D圖搶答與準(zhǔn)時(shí)電路的時(shí)序控制電路圖報(bào)警電路的時(shí)序控制電路圖中，門(mén)G1的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門(mén)G2的作用是控制74LS148的輸入使能端ST。圖3-4（a）的工作原理是：主持人控制開(kāi)關(guān)從“清零”地址撥到“開(kāi)始”地址時(shí)，來(lái)自于圖3-1中的74LS279的輸出CTR=0，經(jīng)G3反相，A=1，則從555輸出端來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端，準(zhǔn)時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)，在準(zhǔn)時(shí)時(shí)間未到時(shí)，來(lái)自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BO2=1，門(mén)G2的輸出ST=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能①的要求；當(dāng)選手在準(zhǔn)時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，CTR=1，經(jīng)G3反相，A=0，封鎖CP信號(hào)，準(zhǔn)時(shí)器處于保持狀態(tài)，門(mén)G2的輸出ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能②的要求；當(dāng)準(zhǔn)時(shí)時(shí)間到時(shí)，來(lái)自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BO2=0，門(mén)G2的輸出ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答，門(mén)G1同時(shí)處于關(guān)門(mén)狀態(tài)，關(guān)閉CP信號(hào)，使準(zhǔn)時(shí)電路為00狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能③的要求，74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間。10第四部分整機(jī)電路4.1整機(jī)電路圖（非仿真圖）114.2元件清單元件序號(hào)型號(hào)參數(shù)數(shù)量備注U1，U4,U574LS48各1塊4線—7段譯碼驅(qū)動(dòng)器U274LS2791塊RS鎖存器U374LS1481塊8線—3線優(yōu)先編碼器U6,U774LS192各1塊十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器U85551塊NE555U974LS151塊三輸入與門(mén)U1074LS041塊非門(mén)DS1～DS3LD5013塊數(shù)碼管D1LED-GREEN1個(gè)發(fā)光二級(jí)管SW1～SW3SW-SPRT10開(kāi)關(guān)C1,C2各1個(gè)電容R1～R6R1:1OKR2:510R3:10KR4:10K各1個(gè)電阻R5:15KR6:68K第五部分電路仿真仿真軟件簡(jiǎn)介在此課程設(shè)計(jì)中，我們組采用了軟件。Proteus軟件是英國(guó)Labcenterelectronics公司初版的EDA工具軟件（該軟件中國(guó)總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不但擁有其他EDA工具軟件的仿真功能，還能夠仿真單片機(jī)及外面器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外面器件的工具。誠(chéng)然目前國(guó)內(nèi)實(shí)行剛起步，但已碰到單片機(jī)愛(ài)好者、從事單片機(jī)授課的教師、致力于單片機(jī)開(kāi)發(fā)應(yīng)用的科技工作者的喜歡。Proteus是世界上出名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外面電路共同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從看法到產(chǎn)品的完滿設(shè)計(jì)。是目前生界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛假模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其辦理器模型支持8051、HC11、12PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年馬上增加Cortex和DSP系列辦理器，并連續(xù)增加其他系列辦理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。仿真電路圖仿真結(jié)果（附圖）13第六部分安裝調(diào)試與性能測(cè)量電路安裝工具：電烙鐵、鑷子、鉗子、萬(wàn)用表、砂布、松香、支架臺(tái)。第一，用砂布將萬(wàn)用板上的氧化劑去除，同時(shí)將各元件引腳上的氧化劑去掉。其次，用萬(wàn)用表測(cè)試好每一個(gè)電阻的阻值，將其標(biāo)好值。再次，搜所相關(guān)信息，查閱芯片資料、確定參數(shù)，鑒識(shí)好各芯片的引腳以及數(shù)碼管的引腳。最后，依照原理圖，用電烙鐵將每一個(gè)元件正確焊接好。在焊接過(guò)程中，要注意電烙鐵的溫度不要太高，省得燒壞銅片，使其剝落，一般溫度控制在270度左右。焊接過(guò)程中，使用松香，作為助焊劑。在焊元件時(shí)，各個(gè)芯片的引腳功能不能夠混淆，必定認(rèn)識(shí)各個(gè)芯片的使用方法，內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用時(shí)的注意事項(xiàng)，該接電源的必然要接電源，該接地的必然要接地，且不能夠有懸空。要注意二極管元件的正負(fù)引腳，依照不同樣元件耐熱性能盡量減少焊接時(shí)間。焊接達(dá)成后用萬(wàn)用表檢查可否斷路和短路。還有焊接時(shí)要盡量使布線規(guī)范清楚了然，這樣才有利于在調(diào)試過(guò)程中檢查電路。電路調(diào)試調(diào)試步驟及測(cè)量數(shù)據(jù)調(diào)試工具：萬(wàn)用表，變壓器，示波器。1）在不通電的情況下依照設(shè)計(jì)電路圖檢查安裝的線路；2）用指針式萬(wàn)用表“Ω×1”檔，查找有無(wú)虛焊、假焊等接觸不良的連線與接點(diǎn);3）在加電的情況下進(jìn)行對(duì)單元電路進(jìn)行逐個(gè)檢測(cè)、調(diào)試；4）在單元電路調(diào)試的基礎(chǔ)之上，漸漸擴(kuò)大調(diào)試范圍，找出問(wèn)題、更正電路參數(shù)、直到完滿吻合設(shè)計(jì)要求；5）調(diào)試達(dá)成后，比較電路實(shí)測(cè)的性能和計(jì)算機(jī)的仿真結(jié)果，認(rèn)識(shí)計(jì)算機(jī)仿真在電路設(shè)計(jì)中所起的作用；7）做好調(diào)試記錄,包括調(diào)試時(shí)碰到的電路故障及解決方法、測(cè)試結(jié)果等。故障解析及辦理我自己的電路在焊接過(guò)程中，出現(xiàn)了元件面和焊接面的認(rèn)識(shí)錯(cuò)誤，以致自己依照PCB布局焊接，電路不能夠起到作用。最后，自己重新焊接了一塊，認(rèn)真檢查了一遍電路焊接面，察覺(jué)了有幾個(gè)點(diǎn)沒(méi)有焊接好，重新焊接一次。在不通電情況下，用了萬(wàn)用表檢查，無(wú)虛焊，電路導(dǎo)通正常。14課程設(shè)計(jì)總結(jié)經(jīng)過(guò)本次的課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到了很多知識(shí)。既有專業(yè)方面的知識(shí)，又有學(xué)習(xí)做事方面的知識(shí)。經(jīng)過(guò)自己親自著手設(shè)計(jì)一個(gè)八路搶答器，更加牢固了自己昨年所學(xué)的數(shù)電知識(shí)，認(rèn)識(shí)到理論與實(shí)質(zhì)的差別和聯(lián)系。同時(shí)自己理解了一個(gè)做事的道理：努力能夠把每件事做完，但是，只有認(rèn)真才能夠把每件事做好。從最初的原理圖的選擇，到最后焊接調(diào)試的每一步，我自己在參加制作過(guò)程中碰到了很多的問(wèn)題，同時(shí)也獲得了同學(xué)和老師的幫助。原理圖最初是由我在網(wǎng)上查找資料，找到了一個(gè)適合的圖。最后，在我和同學(xué)共同談?wù)撓拢x擇了一個(gè)