15数字抢答器设计.docx
- 文档编号:29329018
- 上传时间:2023-07-22
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:170.11KB
15数字抢答器设计.docx
《15数字抢答器设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《15数字抢答器设计.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
15数字抢答器设计
西安邮电学院
数字电路课程设计报告书
——数字抢答器
数字抢答器
一.任务和要求:
1、要求至少控制四人抢答,允许抢答时间为10秒,输入抢答信号是在“抢答开始”命令后的规定时间内,显示抢先抢答者的序号,绿灯亮。
2、在“抢答开始”命令前抢答者,显示未回抢答者的序号,红灯亮。
3、选做:
在“抢答开始”命令发出后,超过规定的时间无人抢答,可自行确定一个提示信息。
4、选做:
不仅能显示抢答者的序号并且能显示抢答次序。
2.实验器材
器件型号
数量
器件型号
数量
161
1
LED
上4
148
1
电阻4.7k
1
75
1
电阻
1
48
2
电阻
4
32
1
电容
1
20
1
面包板
1
08
1
卸扣钳
1
04
2
00
2
555
1
数码管
2
三.总体电路基本设计思路
1)输入控制电路
此模块要求能够区分输入的抢答信号是否有效。
若有低电平信号是在“抢答开始”命令下达之后发出,该抢答信号有效,输入控制电路应发出“抢答有效”信号,并配合锁存器锁定抢答者信号,并通过译码器使数码管显示抢答者的序号。
2)抢答锁定电路
抢答锁定电路要求能够确定第一个输入的抢答信号,并保持该信号不变,同时使后输入的信号无效。
3)抢答灯光指示电路
灯光指示电路是用来确认抢答信号是否有效。
对于抢答信号,会有两种颜色的指示灯来分别表明抢答信号“有效”和“无效”。
抢答者若在规定时间内抢答,则表示“有效”的灯亮;否则,表示“无效”的灯亮。
4)控制电路倒计时
倒计时控制电路要求在“抢答开始”命令下达后开始倒计时,经过规定的时间后,发出抢答时间到的信号。
在规定时间未到达之前,若有抢答信号输入,则通过控制电路将倒计时定格,显示抢答时间。
5)编码电路和显示电路
编码电路是对最先抢答者的信号进行编码,然后在显示电路里显示这个抢答者的序号。
四.单元电路设计
1.脉冲产生电路:
脉冲产生电路可以用555和一些电阻、电容来实现,其电路图如下所示
2.锁存器电路设计。
锁存器电路采用74LS75芯片,当E(0-1)和E(2-3)管脚为低电平时,四个输入端输入的信号可以实现保持,从而达到锁存的目的。
74LS75真值表如表1
输入
输出
ED
Q
HH
H
HL
L
LX
保持
3.倒计时控制电路:
倒计时控制电路要求在“抢答开始”命令下达后开始计时,经过规定的抢答时间,发出“抢答时间到”的提示信息,倒计时控制电路可以用一片161来完成。
给芯片的输入先进行置数为0110,当倒计时间到时,将161的CO输出端经过与非门来控制161的LOAD端,使芯片实现倒计时的功能,并通过与非门和译码器是数码管实现显示倒计时的数字。
计时电路采用161芯片,产生10秒的倒计时
161功能表如下:
状态转移图如下:
计时到0后,由主持人电路产生置数信号,使161载入初值0110.
倒计时控制电路原理图如下:
4.选手抢答电路
该电路完成两个功能:
一是分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的序号,同时译码显示电路显示序号;二是使其他选手按键操作无效。
工作过程:
先将芯片使能端置为低电平,使芯片处于工作状态,选取4个管脚分别为序号1、2、3、4的选手输入端,并将四个选手的输入端经与门之后送给锁存器的使能端,这样当选手按下时(即输入置为低电平),锁存器实现保持功能,使其他选手的输入信号无效,经译码器使数码管显示相应的选手编号。
74LS148为8线-3线优先编码器,表11、1为其功能表。
选手抢答电路图
五.电路总的工作过程和电路图
首先由主持人控制161芯片的置数端,在抢答命令未开始时,置数端设为低电平,当主使人说开始抢答时,将置数端变为高电平,使161芯片开始倒计时。
在抢答命令未开始时,若有选手进行抢答(强大选手输入端变为低电平),则在抢答电路中,显示抢答者的序号,并将其序号所存,并设有一红灯作为违规抢答的提示信号。
红灯的的设计思路是将四个选手的输入经过与非门后送入红灯。
这样一旦有选手抢答,经与非门后将一高电平送入红灯。
在抢答命令开始后,设计思路是:
将四个选手的输入端经与门后与CO的非再经一个与门后送入161芯片的ENP端,从而实现有选手输入时或者倒计时到规定时间后仍未有选手抢答时都可以使倒计时的数码管停止变化。
在正常抢答的过程中,我的电路中一个绿灯亮提示有选手抢答,其连接方法为四个选手的输入端与非门后和161芯片的LOAD端进行与门后送给绿灯。
在倒计时到规定时间时,仍未有人抢答,设计有一个黄灯亮作为提示信息。
黄灯的连接思路是直接与161芯片的CO端连接。
电路总的连接电路图为
6.各个单元电路的输入、输出波形
(1)555脉冲信号的波形图
(2)倒计时模块的电路和仿真波形
(3)选手抢答的电路和仿真波形
七.实验过程中的问题及解决方法
(1)首先在组装实验开始,先搭建的是555脉冲信号,在初次连接完成后,接入一个红色彩灯作为检测脉冲信号的标志,接入电源后,发现彩灯并未点亮和闪烁。
因是初次搭建电路,具体连线的设计没有规划好,对于查错来说比较困难,于是,决定重新搭建,在对数字电路参考书做了仔细研究后,根据电路图,重新连接电路,并在确保每条线没有接错后,接入电源,指示灯显示脉冲信号正常。
在此模块,学到的首先是对于整个电路的连接来说,整体规划是不可缺少的,这对于查错和后续电路的连接都很重要。
其次,芯片的管脚连接一定要认真,不可因马虎导致接错等。
(2)其次组装的是倒计时模块。
根据EDA和数字电路参考书,将161、04、48芯片和数码管连接,因采用的是161芯片的0110~1111十个状态,所以电路中出现04芯片,使之可以在数码管上显示0~9数字。
在此模块中出现的问题是刚接入电源和倒计时到0时,数码管显示的是乱码,在几个脉冲后才恢复正常。
我采用将161芯片的LOAD管脚接地,实现置数,保证在接入电源后,数码管显示的事9。
另一个是将CO管脚取非后接入ENP管脚,实现倒计时到0后,通过芯片的保持功能,使数码管停在0上。
(3)然后组装的是选手抢答模块。
在此模块中运用的是148、75、48芯片,其中75芯片的锁存功能在开始时不知道如何实现,整个模块只能实现选手按键,显示序号,但没有办法锁存。
在研究75芯片后发现,我将75芯片的E管脚接高了,芯片只能实现显示功能,没办法锁存。
只有将E管脚置低,才能实现保持功能。
但这样连接使得数码管一直没有变化,同样没有办法实现抢答。
所以解决这个问题,必须将E管脚与四个选手的输入联系起来,选手按键后,75芯片才能锁存,所以将四个选手的输入经与门后送入E管脚即可实现。
(4)最终是将各个模块连接在一起。
在此过程中需要解决的问题是:
如何控制各个彩灯的显示。
例如:
抢答命令前,有选手抢答,红灯亮,绿灯灭。
正常抢答过程中,绿灯亮,红灯灭。
倒计时到0后,无人抢答,黄灯才亮。
解决方法是:
对于红灯,将四个选手的输入经与非门后送入红灯。
对于绿灯,将四个选手的输入经与非门后在和161芯片的LOAD端进行与门后送入绿灯。
至此实现各自的亮灭,互不影响。
八、实验过程的分析和总结
1.实验前应先设计总电路图,包括各部分的电路图和总体电路图,并反复检查,反复分析实现的可能性,预计实验中可能出现的问题和可能的解决方法。
2.理论与实践的相互结合。
理论中有不少纯理想化的成分,在实验中应考虑实践中各部分合理论的差距,差别。
在实际中,电阻,电容,的真实值不会那样准确。
各器件的输入端在理论中悬空是表示接高电平,但是实际的逻辑器件如果输入端本该接高电平而没接,可能会导致元件的工作不稳定。
3.在实际联电路时,会出现接触不好等情况。
这是由于面包板的质量和连线时线头裸露部分没有完好的接触面包板的铜片造成的。
这时要用万用表测量各个接头的电压来判断是否是接触好。
4.应该注意发光二极管和数码管都要接限流电阻,防止因电压过大导致器件损坏。
5.应注意每个元器件的工作原理和工作功能及管脚图,以免因此而造成不必要的过失。
6.数码管和7448连接有问题,不能对应显示,解决的方法是检查每根线的连接是否正确。
7.7475不能锁定,检查ENABLE端的电压是低电平不,逐级排查直到找出问题所在。
8.红绿灯不亮,可能是正负极接反,调整过来。
9.使用的芯片也有可能有损坏,所以要学会使用用万用表检查,根据芯片功能和相应管脚电压值进行具体判定。
通过这次数字电路课程设计,我充分地把数电理论知识应用于实际,感觉收获颇多。
实习的第一天老师给我们讲解了实验设计的原理和大体思路,这样就给我们留了很大的空间去主动学习知识并很好的应用知识。
刚开始拿到这个题目自己感觉有些束手无策,因为以前从未接触过这方面,对好多知识掌握的不够扎实,经过翻阅和查找大量有关抢答器这方面的资料后才初步画出了各部分的电路图,经过之后的仿真和修改最终设计出了自己感觉还比较满意的整体图。
设计好的电路图要简单,可行性高,这样便于在面包办上连接电路。
连接电路前应先设置好每个芯片的位置,尽量使布线简单清楚,不能跳线,这样有便于检查问题。
插板前要先测试所用元器件是否有损坏的,否则连接好的电路将达不到所需结果并且一旦出现问题就很难找出问题所在。
例如,数码管本身坏了而使得显示的结果是错的;由于面包板的质量不好有时会使得电路短路或断路;二极管显示红绿灯不亮,有可能正负极接反,或者忘记接地线。
各个元器件的工作电压是不能超过他本身的最大承受电压的,否则很容易损坏元器件。
通过这两周的实习,让我对以往所学的知识有了更深入的了解,设计电路图,考察的是自己对器件功能的认识以及自己的逻辑思维能力,连接电路,考验的是自己的耐心,而分析电路,就考察的是自己对各部分电路以及整个电路的认识,对各部分功能的准确分析。
实习的过程中肯定少不了问题,通过对问题的分析研究,可以更好的认识电路,当然,和同学一起研究出现的问题,也可以学到他们分析问题的方法,可以更好的把握整个电路。
总之,这次课程设计很好的体现了一个人分析问题和解决问题的能力。
对这次实验的总结就是一定要细心,要有耐心,更要有恒心。
参考文献
1.数字电路逻辑设计高教出版社(99年9月)
2.数字电路实验指导书西安邮电学院电
西安邮电学院数字电路课程设计成绩鉴定表
学生姓名
班级/学号
承担任务实验室(单位)
电路与电子技术基础教学部
所在部门
电子工程学院
实施时间
2011年12月19日——2011年12月30日
具体内容
第一周
讲授数字电路的设计方法及需要注意的问题;选定题目,并设计电路,完成电路设计;电路仿真;领取元器件,开始组装电路;
第二周
组装电路;老师验收电路;写实验报告;实验总结;
成绩鉴定
学习内容
(40分)
基本功能完成情况(25分)
扩展功能完成情况(10分)
其它(5分)
接受单位评价
(20分)
实践能力(10分)
学习态度(6分)
学习纪律(4分)
报告鉴定
(40分)
报告内容与实践过程紧密结合(20分)
报告质量(主题、结构、观点、逻辑、资料、字数20分)
评阅教师姓名
张春茗
职称
讲师
成绩
评语
评阅教师签字
年月日
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 15 数字 抢答 设计