八路抢答器设计与制作
一、 电路功能
1. 主持人控制抢答器工作。
2. 抢答有效时间为主持人按下按键后5秒内,其他时间按动抢答键无效。
3. 抢答选手编号为0、1、2、3、4、5、6、7。抢答开始后,若五秒内有人抢答,则由LED数码管显示最先抢答选手编号,否则无显示。
4. 抢答开始后由蜂鸣器发出5声1秒的提示音,若在5秒内有人抢答,蜂鸣器立刻停止提示音。并显示抢答选手编号。
二、 电路基本参数
输入电压Vcc=5v
三、 电路原理框图
图3-1 八路抢答器组成电路
四、 设计要求
5. 有八个抢答按键,一个主持人控制按键。
6. 抢答有效时间为主持人按下按键后5秒内,其他时间按动抢答键无效。
7. 抢答选手编号为0、1、2、3、4、5、6、7。抢答开始后,若五秒内有人抢答,则由LED数码管显示最先抢答选手编号,否则无显示。
8. 抢答开始后由蜂鸣器发出5声1秒的提示音,若在5秒内有人抢答,蜂鸣器立刻停止提示音。
五、 电路原理图及工作原理介绍
电路原理图如图2-1所示。
图2-1八路抢答器原理图
图中为8个抢答按键。74LS148为8线/3线优先编码器,其逻辑功能如表2-1所示。8路输入信号以及编码输出信号均为负逻辑。EI为使能控制端,低电平有效,当EI=0时,正常编码,否则所有输出端均为高电平。当EI=0时,且有输出时,,否则,可见GS为低电平时74LS148正常编码且有输入。当EI=0时,且无输入时,EO=0,可见EO为低电平时表示74LS148正常编码且无输入。
74LS279为4RS触发器,输入信号低电平有效。其中,第一和第三RS触发器有两个置1端。看为主持人控制键,按下将第一至第三RS触发器复位,将第四RS触发器置1。在正常抢答期间,74LS279作为锁存器,将编码输出和GS锁存,其中反相输出,从而将负逻辑编码变为正逻辑,GS同相输出。最后,编码信号经7段显示译码器74LS48译码由LED显示抢答选手编号。74LS48内部有2K上拉电阻,可直接驱动共阴LED,不需要串联限流电阻。
由555定时器构成多谐振荡电路,震荡周期,占空比。该信号既是倒计数电路的时钟脉冲,又是蜂鸣器的发声的定时脉冲。由74LS192构成5秒倒计时电路。主持人按下时,计数器置为6,然后开始倒计数,经6个脉冲后,计数值为0,以后保持0不变,除非主持人再次按下置数,因为计数器最高输出端与异步清零端CLR相连,当计数器为0时若继续倒计数,则=1,使计数器清零。
主持人按下按键复位后,计数器输出为6,前5个计数脉冲到来后,计数器输出分别为5、4、3、2、1,或门输出高电平,若无人抢答,则与非门打开,时钟脉冲经,到三极管T,蜂鸣器发出5声蜂鸣音。计数器输出为0或有人抢答时,与非门关闭蜂鸣器不再发声。
主持人按下按键复位后,锁存器74LS279第四个RS触发器置1,输出端4Q为高电平;计数器74LS192置6,门输出高电平,从而使门输出低电平,编码器74LS148被选通,处于正常编码状态。若有人抢答,则,使锁存器4Q=0,从而使门输出高电平,编码器74LS148被关闭,不再编码,输出全为高电平,锁存器输出保持不变。若计数器计数到0,则门输出为0,编码器74LS148同样被关闭,不再编码,输出全为高电平,锁存器输出保持不变。
编码器74LS148输出端EO与七段显示译码器74LS48的相连,这是因为,无人抢答时和0号选手按下抢答时,编码器具有相同的输出,而前者EO=0,使LED无显示,后者EO=0,显示0。
六、 芯片简介
1. 74LS192
74LS192是同步十进制可逆计数器,它具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能,其引脚排列及逻辑符号如下所示:
图6-1 74LS192的引脚排列及逻辑符号
(a)引脚排列 (b) 逻辑符号
图中:为置数端,为加计数端,为减计数端,为非同步进位输出端,为非同步借位输出端,P0、P1、P2、P3为计数器输入端,为清除端,Q0、Q1、Q2、 Q3为数据输出端。
其功能表如下:
表6-2 74LS192的功能表
2. 74LS148
4LS148为8线-3线优先编码器,共有54/74148和54/74LS148两种线路结构型式,将8条数据线(0-7)进行 3 线(4-2-1)二进制(八进制)优先编码,即对最高位数据线进行译码。 利用选通端(EI)和输出选通端(EO)可进行八进制扩展。
芯片管脚如下图所示
图6-2 74LS148管脚图
0-7 编码输入端(低电平有效)
EI 选通输入端(低电平有效)
A0、A1、A2 三位二进制编码输出信号即编码 输 出 端(低电平有效)
GS 片优先编码输出端即宽展端(低电平有效)
EO 选通输出端,即使能输出端
图6-3 74LS148内部逻辑图
在优先编码器电路中,允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时,已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上输入信号时,优先编码器只按优先级高的输入信号编码,优先级低的信号则不起作用。74148是一个八线-三线优先级编码器。
74148优先编码器为16脚的集成芯片,除电源脚 VCC(16)和GND(8)外,其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。其中 I 0— I 7为输入信号, A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号, EI是使能输入端, EO使能输出端, G S为片优先编码输出端。
表6-1 74LS148真值表
由74LS148真值表可列输出逻辑方程为:
A2 =(I4+I5+I6+I7)EI
A1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)· EI
A0 = (I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)· EI
当使能输入 IE=0时,所有输出端群被封锁在高电平。
当使能输入IE=1时,允许编码,在I0~I7输入中,输入 I7优先级最高,其余依次为: I6,I5,I4,I3,I2,I0,I0等级排列。
使能输出端 O E的逻辑方程为:
EO =I0· I1· I2· I3· I4· I5· 67· EI,
此逻辑表达式表明当所有的编码输入端都是高电平(即没有编码输入),且EI=0时,EO才为零;
表明EO的低电平输出信号表示“电路工作,但无编码输入。
扩展片优先编码输出端 G S的逻辑方程为:
GS = (I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7)· EI
此时表明只要任何一个编码输入段有低电平信号输入,且EI=0,GS即为低电平。
GS的低电平输出信号表示“电路工作,而且有编码输入。”(GS=0)[1]
在《数字电子技术基础》中,EI表示S,EO表示Ys,GS表示YEX(EX为下标)
3. 74LS48
74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器,常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中
74LS48/SN74LS48 引脚功能图
74LS48除了有实现7段显示译码器基本功能的输入(DCBA)和输出(Ya~Yg)端外,7448还引入了灯测试输入端(LT)和动态灭零输入端(RBI),以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出(BI/RBO)端。
表6-3 74LS48真值表
由74LS48真值表可获知74LS48所具有的逻辑功能:
(1)7段译码功能(LT=1,RBI=1)
在灯测试输入端(LT)和动态灭零输入端(RBI)都接无效电平时,输入DCBA经7448译码,输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号,显示相应字符。除DCBA = 0000外,RBI也可以接低电平,见表1中1~16行。
(2)消隐功能(BI=0)
此时BI/RBO端作为输入端,该端输入低电平信号时,表1倒数第3行,无论LT 和RBI输入什么电平信号,不管输入DCBA为什么状态,输出全为“0”,7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。
(3)灯测试功能(LT = 0)
此时BI/RBO端作为输出端, 端输入低电平信号时,表1最后一行,与 及DCBA输入无关,输出全为“1”,显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试,判别是否有损坏的字段。
(4)动态灭零功能(LT=1,RBI=1)
此时BI/RBO端也作为输出端,LT 端输入高电平信号,RBI 端输入低电平信号,若此时DCBA = 0000,表1倒数第2行,输出全为“0”,显示器熄灭,不显示这个零。DCBA≠0,则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。
图2 7段显示译码器74LS48(a)逻辑图(b)方框图(c)符号图
图2给出了74LS48的逻辑图,方框图和符号图。由符号图可以知道,4号管脚端具有输入和输出双重功能。作为输入(BI)低电平时,G21为0,所有字段输出置0,即实现消隐功能。作为输出(RBO),相当于LT,及CT0的与坟系,即LT=1,RBI=0,DCBA=0000时输出低电平,可实现动态灭零功能。3号(LT)端有效低电平时,V20=1,所有字段置1,实现灯测试功能。
七、 电路调试
1.在焊接好的电路板上各引出一条+5V的红色电源线和一条黑色地线;
2.在实验箱上练好电路,调出+5V后,分别将两条电源线和地线接上;
3.打开电源开关,按下复位轻触开关,蜂鸣器开始发出清晰的鸣响;
4.无人抢答时,蜂鸣器连续发出5声1秒的提示音,后蜂鸣器立刻停止提示音,数码管显示数字零
5.在5秒内有人抢答,蜂鸣器立刻停止提示音,数码管显示抢答人的编号-1。
八、 测试结果
1、无人抢答时蜂鸣器鸣响五次,偶尔鸣响六次;
2、抢答选手编号1~8与显示编号0~7一一对应;
3、经过多次测试,无发生二次抢答的情况;
4、时钟电路产生的周期为一秒;
5、占空比为1/3。
九、 存在问题及分析
1、无人抢答时显示与一号选手抢答显示编号相同,难以判断是否为一号选手于第五秒时按下抢答键。
2、考虑时钟周期误差的情况下,会引入一秒的误差,蜂鸣器提示音有几率鸣响4次或6次。
3、电阻标称值与电路计算值的差距会导致一定的误差。
一十、 总结
本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合,既考查了我们对理论知识的掌握程度,由反映了实际动手能力,更主要的是考查了我们对知识的综合运用以及创新设计思维能力,为今后的发展提供了一次良好的学习环境。八路抢答器是以 74LS48 译码器和74LS148编码器为主体,其中另加了基本RS触发器为锁存电路、555 构成倒计时与报警电路。一学期的数电学习让我们对74LS系列和555有了一些了解,但是并不深入。经过此次的课程设计我们对这些器件的功能、引脚功能、组合功能等等都有了深入的了解,对我们此后在专业课上的学习都有很大的帮助。
由于已有绘制原理图经验,在初期绘制电路原理图阶段还是比较顺利的。可是进入排版过程了就开始遇到困难了。刚开始用自动布线跳线始终无法完成布线,一连几天都没有进展。无奈决定摈弃自动布线,开始手动布线。手动布线虽然耗时很久,但是跳线却少了很多。经过一天的奋战,我总算把PCB连线布好。手动布线我清晰了解到每条线的连接,在之后的焊接工作的时候简单了很多。
焊接必须精益求精,一丝不苟,一点的差错都可能导致实验结果错误,因此必须准确无误还要工整,这样才能在调试中能比较轻松进行,也是整个电路可看性更好。
调试工作是个精细工作。在调试过程中,有些问题是芯片本身损坏引起的,也有些是因为焊接问题引起的等因此排查过程需要特别有耐心,通过对芯片功能的检验,对焊点的检查最后检查出问题所在。当最后解决问题时,电路的正确是非常振奋,也很有成就感和满足感。
调试过程中还发现了少了一条连线,即74LS10芯片的1脚与4脚,但系统并未提示,因此,调试不能仅仅根据PCB版图来查看线路,而应该回归原理图来调试。由于稳压电源不是很稳定,多少有些干扰,我们在电源接入处加了电容来滤波,保证电源输入的稳定。
附录一 实物图
实物图正面
实物图反面
附录二 PCB图
PCD
附录三 元器件清单
八路抢答器元器件清单
实验八 八路抢答器-综合性实验
八路抢答器设计与制作一电路功能1主持人控制抢答器工作2抢答有效时间为主持人按下按键后5秒内其他时间按动抢答键无效3抢答选手编号为0…
课程设计报告报告实验名称八路抢答器专业班级电信1003班学生姓名舒海学号20xx46830511指导教师吕宗旺实验设计时间20xx…
物电0902班电子信息科学与技术王胜20xx11020xx8八路智力竞赛抢答器设计一实验目的掌握抢答器的工作原理及其设计方法学会用…
数字电子设计课程设计八路智力竞赛抢答器设计一实验目的掌握抢答器的工作原理及其设计方法学会用Multisim8软件操作实验内容掌握设…
安徽工贸职业技术学院课程设计AnhuiVocationalampTechnicalCollegeofIndustryampTrad…
一设计题目四路抢答器设计二技术指导和技术要求用集成芯片设计并制作简易四路抢答器具体要求如下1每个参加者控制一个按钮用按动按钮发出抢…
一设计题目四路抢答器设计二技术指导和技术要求用集成芯片设计并制作简易四路抢答器具体要求如下1每个参加者控制一个按钮用按动按钮发出抢…
一、设计题目八路抢答器设计二、设计要求1.设计一个竞赛抢答器,可同时供8名选手或者8个代表队参加比赛,他们的编号分别是1、2、3、…
数字电子设计课程设计八路智力竞赛抢答器设计一实验目的掌握抢答器的工作原理及其设计方法学会用Multisim8软件操作实验内容掌握设…
数字电子技术课程设计题目姓名专业班级学号指导教师八路智力竞赛抢答器设计电子科学与技术122班20年月日安徽科技学院理学院安徽科技学…
中南大学毕业论文题目姓名专业班级学号指导教师完成时间具有定时功能的八路数显抢答器的设计20xx年4月20xx年4月28日目录摘要2…