数字电子线路课程八路抢答器设计.docx
- 文档编号:10219465
- 上传时间:2023-05-24
- 格式:DOCX
- 页数:29
- 大小:1.80MB
数字电子线路课程八路抢答器设计.docx
《数字电子线路课程八路抢答器设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《数字电子线路课程八路抢答器设计.docx(29页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
数字电子线路课程八路抢答器设计
物理实验报告册
实验课程数字电子线路课程设计
系别:
物理与电子信息科学系
2009级电工2班
姓名学号09360213
2011年11月19日
题目:
八路数字抢答器
方案设计
(30分)
实验操作
(40 分)
实验报告(30 分)
总分
科学性(10分)
规范性(10分)
创新性(10分)
实验能力
(36分)
仪器设备
(4 分)
实验报告(30分)
注:
90分以上为优,80—89为良,70—79为中,60-69为及格,60分以下为不及格
评语:
等级:
设计要求
1、基本部分
设计一个智力竞赛抢答器,可同时供8名选手或者8名代表参加比赛。
给主持设置一个开关,用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答器的开始;
抢答器具有数据锁存和显示的功能,抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存,并在LED数码管上显示出选手的编号。
此外,要封锁输入电路,禁止其他选手抢答。
优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
2、发挥部分
抢答器具有定时抢答的功能,且一次抢答的时间可以有主持人设定,(如30S)。
当节目主持人启动“开始”键后,要求定时器立即减计时,并用显示器显示,同时扬声器发出短暂的声响,声响持续时间0.5S左右。
参赛选手在设定的时间内抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示的选手的编号和抢答时刻的时间,并保持到主持人将系统清零为止。
一、方案设计
1.方案一(自找资料方案)
1.1总体方案设计
方案一总体设计八路抢答器工作原理如下:
1、接通电源后,主持人将开关拨到“清除”状态,抢答器处于禁止状态,编号显示器灭灯,定时器显示设定时间。
2、主持人将开关置"开始"状态,宣布"开始"抢答器工作。
3、定时器倒计时,扬声器给出声响提示。
4、选手在定时时间内抢答时,抢答器完成:
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
5、当一轮抢答之后,定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
6、如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。
图1方案一八路抢答器总体框图
1.2电路设计
1.2.1 抢答电路设计
方案一抢答电路如图2所示
图2方案一抢答器电路图
抢答电路采用的方案所需要的元件清单如表1所示。
表1 方案一抢答电路元件清单
元件名称
型号规格
数量
单位
D型锁存器
74L279
1
片
优先编码器
74LS148
1
片
显示驱动译码器
74LS48
1
片
数码管
7SEGDISP
1
片
电阻
510Ω
1
个
电阻
10KΩ
9
个
电容
10μF
1
个
发光二极管
LED
1
个
按键开关
SW-PB
9
个
1.2.2 倒计时电路设计
方案一倒计时电路如图3所示,
图3 方案一倒计时电路图
倒计时电路采用的方案所需要的元件清单如表2所示。
表2 方案一倒计时电路元件清单
元件名称
型号规格
数量
单位
8D锁存器
NE555
1
片
显示驱动译码器
74LS48
2
片
加减计数器
74LS192
2
片
数码管
7SEGDISP
2
片
发光二极管
Led
1
个
电阻
10KΩ
1
个
电阻
15KΩ
1
个
电阻
68KΩ
1
个
电阻
1KΩ
1
个
电容
0.1μF
1
个
电容
10μF
1
个
开关
SW-PB
1
个
1.2.3报警电路设计
方案一报警电路如图4所示
图4 方案一报警电路图
报警电路采用的方案所需要的元件清单如表3所示。
表3 报警电路元件清单
元件名称
型号规格
数量
单位
定时器
NE555
1
片
三极管
IRF630
1
片
蜂鸣器
BUZZER
1
个
电阻
68KΩ
1
个
电阻
510Ω
2
个
电阻
15KΩ
1
个
电阻
1KΩ
1
个
电容
0.1μF
1
个
2、方案二(具体实施方案)
2.1总体方案设计
方案二总体设计框图如图5所示,主要由抢答电路,控制电路,显示电路,报警电路,定时电路,秒脉冲产生电路等电路组成。
主持人开关控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答器的开始;抢答电路具有数据锁存和显示的功能,抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存,并在LED数码管上显示出选手的编号,同时封锁输入电路,禁止其他选手抢答。
优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
当节目主持人启动“开始”键后,定时器立即减计时,显示器显示,同时扬声器发出短暂的声响,参赛选手在设定的时间内抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示的选手的编号和抢答时刻的时间,并保持到主持人将系统清零为止。
图5 方案二八路抢答器总体框图
2.2电路设计
2.2.1 抢答电路设计
方案二抢答电路如图6所示,此部分电路主要完成的功能是实现8路选手抢答并进行锁存,同时数码显示抢答成功的选手编号。
使用优先编码器74LS148和锁存器74LS573来完成。
该电路主要完成两个功能:
一是分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,同时译码显示电路显示编号(显示电路采用七段数字数码显示管);二是禁止其他选手按键,其按键操作无效。
只要有一组选手先按下抢答器,就会将编码器锁死,不再对其他组进行编码。
通过74LS48译码器使抢答组别数字显示1-8。
如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。
图6 方案二抢答器电路图
抢答电路采用的方案所需要的元件清单如表4所示。
表4 抢答电路元件清单
元件名称
型号规格
数量
单位
D型锁存器
74L573
1
片
优先编码器
74LS148
1
片
非门
74LS04
1
片
显示驱动译码器
74LS247
1
片
数码管
7SEGDISP
1
片
电阻
51Ω
1
个
电阻
10KΩ
9
个
电容
100μF
1
个
按键开关
Button
9
个
2.2.2 倒计时电路设计
方案二倒计时电路如图7所示,该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS247译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。
完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后,进行设定时间长度倒计时,到0s时倒计时指示灯亮。
当有人抢答时,计时停止。
74LS192的预置数控制端实现预置数30s,计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
图7 倒计时电路图
倒计时电路采用的方案所需要的元件清单如表5所示。
表5 倒计时电路元件清单
元件名称
型号规格
数量
单位
定时器
NE555
1
片
显示驱动译码器
74LS247
2
片
计数器
74LS192
2
片
USB
CON4
1
个
拨码开关
DIPSW_4
1
个
发光二极管
LED
1
个
数码管
7SEG-COM-ANODE
2
个
电阻
51Ω
2
个
电阻
5.1KΩ
4
个
电阻
510Ω
1
个
电阻
15KΩ
1
个
电阻
68KΩ
1
个
电容
10μF
1
个
电容
0.1μF
4
个
2.2.3 主持人控制电路设计
方案二主持人控制电路如图8所示,该部分电路主要由2片74ls74构成。
该部分完成的功能是当主持人按下按键,灯亮,各选手开始抢答并倒计时。
图8 主持人控制电路图
主持人控制电路采用的方案所需要的元件清单如表6所示。
表6 主持人控制电路元件清单
元件名称
型号规格
数量
单位
D触发器
74LS74
2
片
非门
74LS04
1
片
发光二极管
LED
1
个
电阻
1KΩ
1
个
电阻
510Ω
1
个
开关
BUTTON
1
个
2.2.4 发声电路设计
方案二发声电路如图9所示,该部分电路主要由1片NE555定时器,蜂鸣器,2片74LS04组成。
主要完成的功能是当抢答和倒计时完时,由振荡器产生一个秒脉冲,使蜂鸣器发出声响报警。
图9 发声电路图
发声电路采用的方案所需要的元件清单如表7所示。
表7 发声电路元件清单
元件名称
型号规格
数量
单位
定时器
NE555
1
片
非门
74LS04
1
片
蜂鸣器
SPEAKER
1
个
电阻
4.7KΩ
5
个
电阻
22KΩ
1
个
电阻
30KΩ
2
个
电阻
47KΩ
1
个
二极管
1N4148
4
个
电容
3.3U
1
个
电容
100μF
3
个
电容
223
1
个
二、电路结构及工作原理
1、抢答电路
抢答电路电路图如图6所示,其工作原理如下:
当主持人接通电源后由于74LS573的锁存控制端C与74LS148的GS相连,而且GS那段通过了一个非门连到了74LS247的显示控制端BV/RBO相连。
GS只要有低电平输入74LS148,它就会变为低电平,G也变为低锁存了第一位按动抢答按钮的选手,并且其他选手按动时就会无效了,此时74LS247的输入端位相应选手的码,经编译后显示选手的编号,而完成了第一次抢答,这就保证了抢答者的优先性,以及抢答电路判断的准确性,当优先抢答者回答完问题后,主持人按动复位开关S,即通过控制74LS148以前的状态,以进入下一轮的抢答。
2、倒计时电路
倒计时电路电路图如图7所示,其工作原理如下:
定时电路的工作原理;555构成一个多谐震荡器,震荡频率为f=1.43/(R1+2R2)C即电阻电容满足一定的参数就可以产生秒脉冲,减数控制端74LS192控制电平,而A块的BO通过一个非门连入到抢答部分74LS148的EI即EI为高BO变为低,主持人控制电路中74HC74的CD通过一个非门连入的,即CD变为低H1也变为低,此时两片74LS247都处于不工作的状态,到计时完成以后整个系统能自动消隐。
3、主持人控制电路
主持人控制电路电路图如图8所示,其工作原理如下:
当选手按下按键,抢答部分的数码管会优先编码,锁存,译码,显示抢答选手的编号,同时定时部分会开始计时,如果选手在倒计时内抢答完成,主持人按下复位键,整个系统进行复位,进入下一轮抢答。
4、发声电路
发声电路电路图如图9所示,其工作原理如下:
当主持人按动抢答‘开始’键后,发声提醒选手进行抢答,只要选手按动按钮,主持人控制电路中74HC74的2Q就会变为高电平,而到计时部分的两片74LS192显示并进入到计时状态,当30S到计时完成以后,再次提醒时间到。
三、系统测试
1、测试仪器
表8测试仪器
仪器名称
型号
编号
万用表
DT9250A+
HT10333699
2、测试数据
2.1抢答电路中的74LS573、74LS148、74LS247所有引脚在不同状态下的电压数据填入下列表格中,并将表10到表17与表9的数据进行比较,将发生变化的数据加粗。
表9复位后无显示时各引脚的电压(其中VCC= 5.07 V,单位:
V)
引脚
型号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
74LS573
0.01
4.91
5.06
4.85
4.76
5.03
4.88
4.88
4.81
0.00
74L148
5.03
5.01
5.03
5.03
0.00
5,07
4.96
0.00
5.06
4.89
74LS247
4.80
5.13
514
0.02
5.14
0.01
5.14
0.00
3.73
3.62
引脚
型号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
74LS573
5.04
5.03
5.04
5.01
5.06
4.93
4.94
4.97
5.03
4.87
74L148
4.98
5.00
4.98
4.95
0
5.05
74LS247
3.76
3.65
3.79
3.79
3.73
5.09
表10显示“1”时各引脚的电压(其中VCC= 4.82 V,单位:
V)
引脚
型号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
74LS573
0.01
4.82
4.73
4.69
4.71
4.75
4.71
4.70
0.00
0.02
74L148
4.78
4.79
0.01
4.70
0.02
0.02
0.02
0.02
4.73
4.73
74LS247
0.02
0.02
4.70
4.70
4.69
0.02
4.69
0.02
1.14
1.13
引脚
型号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
74LS573
0.02
4.71
0.02
4.70
4.72
4.75
4.63
4.64
4,63
4,70
74L148
4.73
4.73
4.73
0.00
4.73
4.74
74LS247
0.34
0.34
1.18
1.17
1.17
4.76
表11显示“2”时各引脚的电压(其中VCC= 4.80 V,单位:
V)
引脚
型号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
74LS573
0.02
4.74
4.74
4.75
4.75
4.75
4.75
4.75
4,74
0.02
74L148
4.64
0.02
4.60
4.64
0.00
0.03
4.64
0.02
0.02
4.65
74LS247
4.63
0.03
4.60
4.60
4.62
4.63
0.03
4.62
0.26
0.27
引脚
型号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
74LS573
0.02
4.57
4.53
0.02
4.66
4.70
4.70
4.70
4.70
4.71
74L148
4.64
4.64
4.64
0.01
4.64
4.70
74LS247
0.94
0.27
0.27
0.27
0.94
4.70
表12显示“3”时各引脚的电压(其中VCC= 4.84 V,单位:
V)
引脚
型号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
74LS573
0.02
4.72
4.72
4.72
4.72
4.72
4.72
4.72
4.72
0.02
74L148
0.02
4.78
4.78
4.78
0.00
0.02
4.76
0.02
4.75
4.76
74LS247
.754
0.02
4.71
4.73
4.73
0.01
4.75
0.02
0.84
0.26
引脚
型号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
74LS573
0.02
4.64
4.64
4.64
0.02
4.64
4.64
4.71
4.70
4.72
74L148
4.77
4.66
4.67
0.02
0.00
4.72
74LS247
0.28
0.28
0.28
0.28
0.85
4.75
表13显示“4”时各引脚的电压(其中VCC= 4.96 V,单位:
V)
引脚
型号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
74LS573
0
4.91
4.91
4.91
4.91
4.91
4.91
4.91
4.91
0
74L148
4.75
4.75
4.75
4.75
0
4.75
4.75
0
0
4.80
74LS247
0
4.64
4.64
4.64
4.64
4.64
0
0
0.87
0.87
引脚
型号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
74LS573
4.81
4.81
4.81
4.81
4.81
O
4.81
4.81
4.81
4.81
74L148
4.80
4.80
0
0
4.86
4.85
74LS247
0.29
0.30
0.88
0.30
0.30
4.73
表14显示“5”时各引脚的电压(其中VCC= 4.81 V,单位:
V)
引脚
型号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
74LS573
0
4.85
4.85
4.85
4.85
4.85
4.85
4.85
4.85
0
74L148
4.76
4.76
4.85
4.82
0
4.86
0
0
4.73
4.73
74LS247
0
4.83
4.83
4.83
0.81
0
4.83
0
0.85
0.27
引脚
型号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
74LS573
0
4.79
4.83
4.85
4.74
4.74
0
4.70
4.70
4.80
74L148
4.73
0
4.83
0
4.83
4.83
74LS247
0.27
0.85
0,28
4.83
4.83
4.79
表15显示“6”时各引脚的电压(其中VCC= 4.89 V,单位:
V)
引脚
型号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
74LS573
0
4.87
4.83
4.83
4.83
4.83
4.83
4.83
4.83
0
74L148
4.74
4.74
4.74
4.74
0
0
0
0
0
4.67
74LS247
4.65
4.65
4.65
4.65
4.65
0
0
0
0.26
0.26
引脚
型号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
74LS573
0
4.76
4.75
4.64
4.64
4.64
4.64
0
4.69
4.74
74L148
0
4.67
4.67
0
4.71
4.67
74LS247
0.26
0.83
0.26
0.26
0.26
4.54
表16显示“7”时各引脚的电压(其中VCC= 4.93 V,单位:
V)
引脚
型号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
74LS573
0
4.72
4.72
4.72
4.72
4.72
4.72
4.72
4.72
0
74L148
4.71
4.71
4.71
4.71
0
4.71
4.71
0
4.71
0
74LS247
4.75
4.75
4.75
4.75
4.75
0
4.78
0
0.90
0.90
引脚
型号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
74LS573
0
4.70
4.73
4.73
4.73
4.73
4.73
4.73
0
4.73
74L148
4.75
4.75
4.75
4.75
4.75
4.75
74LS247
0.30
0.30
0.30
0.92
0.92
4.67
表17显示“8”时各引脚的电压(其中VCC= 4.85 V,单位:
V)
引脚
型号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
74LS573
0
4.64
4.64
4.64
4.64
4.64
4.64
4.64
4.64
0
74L148
4.64
4.64
4.64
0
0
0
0
0
0
4.6
74LS247
0
0
4.55
4.55
0
4.64
0
0
0.25
0.25
引脚
型号
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
74LS573
0
0
4.64
4.64
4.64
4.64
4.73
4.73
4.73
4.78
74L148
4.53
4.61
4.70
0
4.70
4.70
74LS247
0.25
0.25
0.25
0.25
0.25
4.73
2.2倒计时电路时序电路时序图,其中必须包括NE555的Q端,个位74LS192的QA、QB、QC、QD、
,十位74LS192的QSA、QSB、QSC、QSD、
S。
图10 倒计时时序图
四、结论
通过本次八路数字抢答的资料查找、方案的设计、电路仿真,电路板设计及制作、电路板的焊接、元件的布局、各引脚之间的连线、分模块对电路板进行调试和测试过程、检查电路板出现的问题以及解决问题,比较完善地完成了整个电路的设计。
从总体上来说,通过这次抢答电路的设计与制作,我更深一步地了解电路的工作原理,巩固以前的学过的数电知识,了解PCB板的制作过程及注意事项,在不断修改不断查找问题中,知识方面有进一步的提高,做事方面也更细心和有耐心。
同时也让我明白做好一件事两者必不可少。
自己做好了一块电路板,特别有成就感。
五、实验总结及心得体会
1、整个设计过程所做的工作
1.1:
上网查找方案设计,分析原理。
1.2:
上网查找电路所需的所有芯片资料,理解其原理和功能。
1.3:
使用Protenus
- 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:
- 数字 电子线路 课程 八路 抢答 设计