數(shù)電課程設(shè)計(搶答器)

1、<p><b>　　數(shù)字電子技術(shù)</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告書</b></p><p>　　一．課程設(shè)計任務(wù)要求</p><p>　　設(shè)計一個電路是常用于智力競賽中搶答判斷電路，是進(jìn)行判斷哪一個預(yù)定狀態(tài)優(yōu)先發(fā)生的電路。對于該電路的設(shè)計，可以綜合應(yīng)用數(shù)字電路中組合邏輯與時序電路的基本知識，進(jìn)一

2、步掌握各類觸發(fā)器、門電路工作原理與使用要點，學(xué)會分析數(shù)字電路在調(diào)試過程中出現(xiàn)的各種問題。</p><p>　　設(shè)計任務(wù)：1.在主持人表示搶答開始時,計時器開始計時,在規(guī)定時間(學(xué)號數(shù))內(nèi)沒有人搶答,表示時間到,蜂鳴器發(fā)聲輸出,計時器復(fù)位,為下一次的計時做好準(zhǔn)備。</p><p>　　2.主持人表示開始搶答后,計時時間未到時,只要有人搶答,即可顯示搶答者的號碼,并同時封鎖其他搶答者著的搶答顯

3、示。</p><p>　　3.只要有人搶答,計時器停住并顯示搶答者號碼。</p><p>　　4.只有主持人的操作,將電路復(fù)位后,方可結(jié)束上一次的搶答,為下次的搶答做好準(zhǔn)備。</p><p>　　5.搶答的規(guī)定時間可以在電路開始工作前,從數(shù)據(jù)開關(guān)輸入設(shè)定的搶答時間。</p><p>　　二．設(shè)計思路與系統(tǒng)框圖</p><p

4、><b>　?、旁O(shè)計思路</b></p><p>　　電路設(shè)計的關(guān)鍵是信號的封存。讓芯片的輸出保持不變有多種方法，我采用的是封鎖時鐘脈沖的上升沿，這樣芯片CP不能接受時鐘脈沖，就能保持輸出不變。不讓上升沿出現(xiàn)可以設(shè)法讓其在某一時刻后持續(xù)為高電平或者低電平。我們知道一個信號與低電平相與后輸出為低電平，與高電平相與后不影響輸出，可以采取這種方法。</p><p>　

5、　搶答器電路根據(jù)實驗指導(dǎo)書上的資料，采用74175可以滿足要求。其輸入端與搶答者控制端相連，作為搶答信號的輸入端。有人搶答時需要封鎖其他搶答者著的搶答信號，因此要設(shè)法封鎖74175的時鐘脈沖。</p><p>　　任務(wù)要求顯示搶答者的號碼，這樣需要對搶答輸出信號進(jìn)行編碼，因此需要選用合適的編碼器。針對搶答電路的特點，選用優(yōu)先編碼器，因為在同一時刻對于多個輸入信號，只可能對最先輸入的一個信號編碼，這樣就只會顯示搶答

6、者的信號，也就是完成了對顯示輸出信號的保持。</p><p>　　計時器需要在有人搶答時停止計數(shù)并且保持輸出，也需要封鎖其時鐘脈沖。同時，計時器電路停止計數(shù)的時刻和搶答時刻有關(guān)，所以需要將搶答電路的輸出信號引到計時電路。</p><p><b>　　⑵系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　三．電路設(shè)計與器件選擇</p><p

7、><b>　　⑴搶答器電路</b></p><p>　　由74175的功能表可知，在輸入端加高電平，在輸出端為高電平，反向輸出端為低電平。可以利用這一點，將選手的搶答信號設(shè)置為常低信號，無人搶答時，7個反向輸出端為高低電平。只要一有人搶答，會產(chǎn)生瞬時高電平，對應(yīng)的反向輸出端就會變成低電平，將這個低電平信號與74175的時鐘脈沖信號相與后送入兩個74175的脈沖輸入端可以實現(xiàn)時鐘脈沖信號

8、的封鎖。等主持人清零信號后，74175可以開始正常工作。</p><p>　　具體做法及分析：將74175的7個反向輸出端經(jīng)7輸入與門后和時鐘信號相與，再送74175的CP端。這樣，在無人搶答時和時鐘信號相與的是高電平，時鐘脈沖正常輸入。有人搶答，搶答信號為瞬時低電平，經(jīng)7輸入與門后輸出的低電平信號與74175的時鐘脈沖信號相與后送入兩個74175的脈沖輸入端，可以實現(xiàn)時鐘脈沖信號的封鎖。采用同樣的原理封鎖計時器

9、電路時鐘脈沖。</p><p><b>　?、朴嫊r器電路</b></p><p>　　選用74160。74160是十進(jìn)制加法計數(shù)器，且是同步置數(shù)，異步清零?？梢圆捎煤?4175封鎖時鐘信號相同的方法封鎖信號。</p><p>　　具體方法及分析：兩片74160160級聯(lián)，無人搶答，計數(shù)器正常工作，進(jìn)行加法計數(shù)。電路的關(guān)鍵在于將加法電路的反饋信號

10、、搶答電路的輸出信號和時鐘信號三者相與后送入兩片160的CP端（上圖中方框所示）。當(dāng)計數(shù)到38 時（8421BCD：0011 1000），返回信號為低電平，三輸入與非門輸入端的另外兩個信號為高電平，相與后輸出的低電平將74175175CP端封鎖，同時計時器的反饋信號通過一個非門與燈相連，使燈亮。有人搶答時，七輸入與非門的輸出低電平，即搶答電路的輸出為低電平，經(jīng)三輸入與門將低電平送入74160的CP端，這樣沒有了上升沿，計數(shù)器保持輸出不變

11、。主持人信號清零后，計數(shù)器重新工作。</p><p><b>　　⑶編碼電路</b></p><p>　　采用74147優(yōu)先編碼器。74147是反碼輸出，因此需要在其輸出端接非門，才能使被編碼的信號和搶答者的號碼相一致。也可以采用74148（8線——3線優(yōu)先編碼器），同樣是反碼輸出。</p><p>　　具體做法：將74175的7個輸出端和74

12、147的7個輸入端對應(yīng)相連。比如1號選手搶答，74175的1Q1N變?yōu)榈碗娖?，輸出?110，經(jīng)非門后變?yōu)?001，經(jīng)譯碼顯示后能知道是幾號選手搶答。</p><p><b>　　⑷主持人控制電路</b></p><p>　　主持人開關(guān)實現(xiàn)清零和開始搶答的功能。主持人控制端給常高電平，與74160，74175的CP端相連，這樣支持人按下開關(guān)輸出為低電平，實現(xiàn)清零。高電

13、平時各芯片正常工作。</p><p><b>　?、烧w電路</b></p><p>　　四、電路的編譯、波形仿真和管腳封裝</p><p><b>　　⑴編譯</b></p><p>　　檢查設(shè)計電路，確定無誤后進(jìn)行編譯，出現(xiàn)如下提示。</p><p><b>　

14、?、撇ㄐ畏抡?lt;/b></p><p>　　對加法電路進(jìn)行時序模擬，確認(rèn)其能正常工作。結(jié)果如下圖所示，可見當(dāng)計數(shù)到38時能保持輸出信號不變。</p><p><b>　　⑶管腳封裝</b></p><p>　　打開EDA6000，選擇與實驗室面板型號一致的儀器，將所需器件添加到面板上。將每個器件的管腳與電路圖上對應(yīng)的輸出端一一相連。完

15、成后，在電路圖上各管腳處會顯示相應(yīng)的管腳號。然后連接實驗儀器，將電路下載到實驗箱上，進(jìn)行操作，驗證功能是否正確。</p><p><b>　　五．實驗結(jié)果</b></p><p><b>　　⑴開始搶答時刻情況</b></p><p>　　搶答顯示為零，計時器顯示為零。</p><p><b&

16、gt;　　⑵無人搶答時情況</b></p><p>　　計時器顯示為38秒，黃燈亮，提示搶答時間到。下面兩幅圖中，右圖顯示的是時間到后有人搶答的情況。圖示為3號選手搶答，搶答顯示為零，可見在時間到后，完成了對搶答信號的封鎖，使選手不能進(jìn)行搶答。</p><p><b>　?、怯腥藫尨饡r情況</b></p><p>　　圖示為6號選手

17、在第10秒時搶答，綠燈亮，提示有人搶答。當(dāng)有人搶答后，若還有人搶答，圖示為5號選手搶答，搶答器顯示不變，說明在有人搶答后，電路完成了對其他搶答信號的封鎖。</p><p>　　六．出現(xiàn)的問題及解決方法</p><p>　　實際操作中，當(dāng)時鐘脈沖為1HZ時，如果有人搶答，有時搶答顯示不會立刻顯示搶答者號碼，計時器也不會立刻停止計數(shù)。經(jīng)過分析可以知道，74175是上升沿觸發(fā)器件，輸入信號時需要

18、上升沿的配合。選手搶答信號是一個瞬時的低電平信號，持續(xù)時間比1秒短得多，而時鐘脈沖周期為1秒，這樣當(dāng)有人搶答的時刻，時鐘信號的上升沿可能會沒有來，造成前述情況的出現(xiàn)。</p><p><b>　　解決辦法：</b></p><p>　　1.可以調(diào)高時鐘信號的頻率到10HZ，可以消除有人搶答時搶答顯示不會立刻顯示搶答者號碼，計時器也不會立刻停止計數(shù)的情況，但是由于在電路

19、中74175和75160采用的是同一個時鐘脈沖信號，會造成計時器計時輸出周期變?yōu)?.1秒?？梢?，這不是一個最佳解決辦法，</p><p>　　2.采用兩個時鐘脈沖。一個與74175的CP端相連，頻率為10HZ,一個和74160相連，頻率為1HZ，其余電路結(jié)構(gòu)不變。這樣，74175的時鐘信號周期為0.1秒，有人搶答時會立刻反應(yīng)工作完成信號的封鎖，同時又保證了計時器的輸出周期是1秒。</p><p

20、><b>　　七．實驗心得體會</b></p><p>　　這次課程設(shè)計時間雖然短暫，但確令我收獲頗豐。在這次課程設(shè)計的過程中，我將所學(xué)到的知識用到了實際的電路設(shè)計中，發(fā)現(xiàn)了自己的薄弱知識環(huán)節(jié)，鞏固了數(shù)字電路中的相關(guān)知識，特別是對設(shè)計中用到的芯片有了更加深入的認(rèn)識。同時，從剛開始的構(gòu)思到最終的完成，期間出現(xiàn)了不少問題，在方案的選擇上幾經(jīng)周折，在這個過程中鍛煉了我獨立分析問題，解決問題的