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數(shù)電搶答器實(shí)習(xí)報(bào)告
數(shù)字電子技術(shù)課程實(shí)習(xí)
課題：四人智力競賽搶答器電路設(shè)計(jì)與制作
內(nèi)容摘要
在許多比賽活動(dòng)中，為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設(shè)置一臺(tái)搶答器。通過搶答器的數(shù)顯，燈光和音響等手段指示出第一搶答者。同時(shí)還可以設(shè)置定時(shí)、記分犯規(guī)及獎(jiǎng)懲等多種功能。
本設(shè)計(jì)采用手動(dòng)搶答的方式，有人搶答后，系統(tǒng)自動(dòng)封鎖其他人的搶答按鈕，使其不能再搶答，從而實(shí)現(xiàn)搶答功能。
數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出，組成主體電路。通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)過模擬仿真，下載到開發(fā)板等工作后數(shù)字搶答器成型。
關(guān)鍵字 ：編碼電路；鎖存器；譯碼電路。
第1章 概 述
隨著社會(huì)的不斷發(fā)展，人們的生活水平也在不斷的提高人們不斷要滿足物質(zhì)上的要求，同時(shí)對(duì)精神上的追求也在不斷的提高，現(xiàn)在的社會(huì)是一個(gè)娛樂的社會(huì)�，F(xiàn)在各電視臺(tái)的活動(dòng)和課外活動(dòng)都很多。人們?cè)趨⒓踊顒?dòng)的時(shí)候都對(duì)審判有很多的意見，所以為了比賽的準(zhǔn)確和公正，就需要有儀器的輔佐。
智力競賽搶答器就是一種活潑的有趣的供人們娛樂的游戲裝置，通過搶答方式不僅能引起參賽者和觀眾的興趣，而且能夠提高參賽者的敏捷性，同時(shí)我們?cè)趨⑴c中能夠增加一些生活常識(shí)和科學(xué)知識(shí)，因此，在許多比賽活動(dòng)中為了準(zhǔn)確，公正的進(jìn)行每一場比賽，特別設(shè)置了一臺(tái)具有顯示第一搶答者并鎖定、犯規(guī)警告等多種功能的搶答器，該設(shè)計(jì)針對(duì)各種要求設(shè)計(jì)出可供八名選手參賽使用的數(shù)字式競賽搶答器，適用于各大中小電視臺(tái)，學(xué)校等單位舉行的智力競賽。數(shù)字電路組成的數(shù)字系統(tǒng)工作可靠，精度較高，抗干擾能力很強(qiáng)，所以智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)就有數(shù)字電路來控制。
第2章 四人搶答器電路原理及設(shè)計(jì)
2.1設(shè)計(jì)任務(wù)和要求：
一．設(shè)計(jì)目的
1.掌握四人智力競賽搶答器電路的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法。
2.熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)和使用方法。
二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和要求
設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)一個(gè)可容納四組參賽者的數(shù)字智力競賽搶答器。
（1） 計(jì)一個(gè)智力競賽搶答器，可同時(shí)供4名選手參加比賽，他們的編號(hào)分別是1、2、3、4，各用一個(gè)搶答按鈕
（2） 給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。
（3） 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管行顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。
（4）用555產(chǎn)生頻率為1HZ的脈沖信號(hào)，作為定時(shí)計(jì)數(shù)器的CP信號(hào)。
三、電路原理及設(shè)計(jì)
電路主要由脈沖產(chǎn)生電路、鎖存電路、編碼及譯碼顯示電路和LED產(chǎn)生電路組成。當(dāng)有選手搶答時(shí)，首先鎖存，阻止其它選手搶答，然后編碼，在經(jīng)4線7段譯碼器將數(shù)字顯示在顯示器上同時(shí)產(chǎn)生LED光。主持人宣布開始搶答，清零顯示和LED。
1. 以鎖存器為中心的編碼顯示電路
搶答信號(hào)的判斷和鎖存可采用觸發(fā)器或鎖存器。若以四D觸發(fā)器74LS175為中心構(gòu)成編碼鎖存系統(tǒng)，編碼的作用是把鎖存器的輸出轉(zhuǎn)化為8421BCD碼，進(jìn)而送給7段顯示譯碼器。
搶答信號(hào)的鎖存可通過D觸發(fā)器的輸出相“與”反饋門控制觸發(fā)脈沖實(shí)現(xiàn)，當(dāng)無人搶答時(shí)，4個(gè)D觸發(fā)器的輸出Q非相與，為“1”時(shí)，脈沖能夠進(jìn)入觸發(fā)器，有一人搶答時(shí)，與門中有一個(gè)變?yōu)椤?”，使脈沖不能進(jìn)入觸發(fā)器，從而防止其他人搶答。
2. 脈沖產(chǎn)生電路：采用555可產(chǎn)生脈沖，電路可通過更改RC參數(shù)調(diào)整脈沖頻率。
3. LED電路的調(diào)試。
四、芯片管腳圖
1. 圖為74LS175芯片的管腳圖：
2.左圖為芯片74LS00的管腳圖，右圖為芯片74LS20的管腳圖：
3.圖為555芯片的管腳圖：
4. 圖為CD4511芯片的管腳圖：
5.數(shù)碼管的管腳分布圖：2.3、方案比較
方案1：采用CD4511芯片作為搶答信號(hào)的觸發(fā)、鎖存和譯碼輸出。這樣雖然比較簡便，但實(shí)際在實(shí)現(xiàn)鎖存功能時(shí)比較繁瑣難實(shí)現(xiàn)。
方案2：采用D觸發(fā)器和譯碼器來完成搶答部分。雖然元件較多，但在實(shí)現(xiàn)鎖存功能時(shí)可以簡單的實(shí)現(xiàn)。
經(jīng)過對(duì)比兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用搶答信號(hào)鎖存簡單實(shí)現(xiàn)的方案2。然后利用軟件Multisim來進(jìn)行仿真調(diào)試，再進(jìn)行逐步改進(jìn)。
2.4、單元電路設(shè)計(jì)及元器件選擇
該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖定74LS175的功能真值表即優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示選手編號(hào)；二是要使其他選手隨后的按鍵操作無效。
其工作原理為：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清除”時(shí)，D觸發(fā)器的清零端為低電平，使D觸發(fā)器被強(qiáng)制清零，輸入的搶答信號(hào)無效。當(dāng)主持人將開關(guān)撥到“開始”時(shí)，D觸發(fā)器Q非端前一狀態(tài)為高電平，四個(gè)Q非端與在一起為高電平，再和搶答按鍵信號(hào)和借位信號(hào)與在一起給D觸發(fā)器的脈沖端，當(dāng)沒人搶答時(shí)，搶答信號(hào)為低電平，與門U11輸出端為低電平給D觸發(fā)器脈沖端，當(dāng)一有人搶答時(shí)，搶答信號(hào)為高電平，并和U2的輸出信號(hào)和借位信號(hào)與在一起，使得U11輸出端為高電平給D觸發(fā)器，于是D觸發(fā)器就有一個(gè)上升沿，使得搶答信號(hào)經(jīng)D觸發(fā)器觸發(fā)鎖存再經(jīng)過譯碼器74ls48譯碼，把相應(yīng)的信號(hào)顯示在數(shù)碼管上。另外，當(dāng)選手松開按鍵后，D觸發(fā)器的Q非前一狀態(tài)為低電平，與在一起后給與門U11,使得U11的輸出端為低電平給D觸發(fā)器，則D觸發(fā)器的脈沖輸入端恢復(fù)原來狀態(tài)，從而使得其他選手按鍵的輸入信號(hào)不會(huì)被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)選手回答完畢，主持人控制開關(guān)S是搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。
該電路由四個(gè)D觸發(fā)器、與非門及脈沖觸發(fā)電路等組成。其中S1，S2，S3、S4為搶答人按鈕，S5為主持人復(fù)位。74LS175為四D觸發(fā)器。
無人搶答時(shí)，S1~S4均未被按下，1D~4D均為低電平，在555定時(shí)器電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖作用下，1Q立即變?yōu)楦唠娖剑瑢?duì)應(yīng)指示燈X1發(fā)光，同時(shí)數(shù)碼管顯示為1，將555定時(shí)脈沖封鎖，此時(shí)送給74ls175的CLK端不再有脈沖信號(hào)，所以74LS175輸出不再變化，其他搶答者再按下按鈕也不起作用，從而實(shí)現(xiàn)了搶答。若要清除，則由主持人按S5按鈕完成，并為下一次搶答做好準(zhǔn)備。
第3章 安裝調(diào)試
3.1 安裝調(diào)試過程
根據(jù)要求，原理圖設(shè)計(jì)如下：
3.2工作原理：
該電路由四個(gè)D觸發(fā)器、與非門及脈沖觸發(fā)電路等組成。其中S1，S2，S3、S4為搶答人按鈕，S5為主持人復(fù)位。74LS175為四D觸發(fā)器。無人搶答時(shí)，S1~S4均未被按下，1D~4D均為低電平，在555定時(shí)器電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖作用下，1Q立即變?yōu)楦唠娖剑瑢?duì)應(yīng)指示燈X1發(fā)光，同時(shí)數(shù)碼管顯示為1，將555定時(shí)脈沖封鎖，此時(shí)送給74ls175的CLK端不再有脈沖信號(hào)，所以74LS175輸出不再變化，其他搶答者再按下按鈕也不起作用，從而實(shí)現(xiàn)了搶答。若要清除，則由主持人按S5按鈕完成，并為下一次搶答做好準(zhǔn)備。
3.3 成品調(diào)試
1、畫出整個(gè)系統(tǒng)的電路圖，并例出所需器件清單。
2、領(lǐng)取器件，并按電路圖接線，認(rèn)真檢查電路是否正確，注意器件管腳的連接，“懸空端”、“清零端”、“置1端”，電源、接地，要正確處理，
3、單元電路檢測
接通電源后，雙蹤示波器觀察脈沖電路的輸出波形，看其是否滿足設(shè)計(jì)要求，支持人給開始信號(hào)，再觀察減法計(jì)數(shù)器的輸出經(jīng)數(shù)碼管顯示是否正確。
觀察選手搶答時(shí)鎖存器輸出是否控制其時(shí)鐘脈沖的通斷，從而判斷是否自鎖了其他選手的搶答信號(hào)。搶答信號(hào)到BCD碼的轉(zhuǎn)化可將轉(zhuǎn)化邏輯的輸出與真值表對(duì)照檢查，看設(shè)計(jì)是否正確。
主持人開始，計(jì)時(shí)器到零控制，可檢測。
4、系統(tǒng)連調(diào)
給整個(gè)系統(tǒng)上電，支持人給開始信號(hào)，對(duì)選手給搶答信號(hào)和沒有搶答信號(hào)分別進(jìn)行測試，觀察搶答的顯示結(jié)果。
把電路焊好后，首先是對(duì)照電路圖逐一檢查電路有沒有漏焊，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)管腳沒接，于是細(xì)心地接上。然后用萬用表逐一檢查有沒有虛焊或線路斷路或線路短路，但沒發(fā)現(xiàn)有虛焊等問題。下一步就接通電源調(diào)試，但電路完全沒反應(yīng)，然后用電源逐個(gè)模塊進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)有些管腳還沒接上，于是在對(duì)照電路圖細(xì)心地檢查，改進(jìn)后再進(jìn)行接電調(diào)試。
第4章 實(shí)習(xí)心得
課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié)�；仡櫰鸫舜握n程設(shè)計(jì)，至今我仍感慨頗多，的確，從理論到實(shí)踐，在整整一周的日子里，可以說得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒有學(xué)到過的知識(shí)。通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來。從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過的知識(shí)理解得不夠透徹，通過這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過的知識(shí)重新溫故。
一周的實(shí)習(xí)，我所收獲的不僅是學(xué)習(xí)知識(shí)方面，更多的是生活方面。我了解到，在我們生活中，應(yīng)該學(xué)會(huì)與別人共同分享，分享知識(shí)，分享問題，這樣更有助于我們的交流，有利于我們共同進(jìn)步，有利于我們對(duì)學(xué)習(xí)養(yǎng)成良好的興趣。
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