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《數(shù)字邏輯電路》實(shí)訓(xùn)報(bào)告 專 業(yè)： 自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)與制作 1 整機(jī)設(shè)計(jì) 1.1 設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)8位智力競(jìng)賽搶答器 1.1.1設(shè)計(jì)任務(wù) 設(shè)計(jì)一個(gè)多路智力競(jìng)賽搶答器，可以同時(shí)供八位選手進(jìn)行搶答使用，并且具有清零作用，主持人一鍵按下即開始工作。 1.1.2性能指標(biāo)要求 （1）設(shè)計(jì)一智力搶答器，供八個(gè)選手參加比賽，編號(hào)為 1 到 8，按鍵分別為S1-S8。 （2）設(shè)置一個(gè)主持人開關(guān)，用來控制搶答開始和系統(tǒng)清零。 （3）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存與顯示功能。當(dāng)搶答開始后，有選手按動(dòng)按鈕時(shí)，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在數(shù)碼管顯示搶答選手的編號(hào)，蜂鳴器報(bào)警響起，此時(shí)，封存輸入電路，禁止其他選手進(jìn)行搶答，維持到主持人按下控制開關(guān)將系統(tǒng)清除為止。即可進(jìn)行下一輪搶答。 1.2 整機(jī)實(shí)現(xiàn)的基本原理及框圖 1.2.1基本原理 從通電接口接上電源后，當(dāng)主持人把開關(guān)撥到清除狀態(tài)，EI=1，74LS148芯片不工作，CD4511的BI端為低電平，消隱功能有效，則使輸出端全為0，數(shù)碼管滅；當(dāng)主持人把撥碼開關(guān)撥到另一邊時(shí)，搶答開始，優(yōu)先編碼器工作，即74LS148芯片工作，8位選手可通過8個(gè)按鍵進(jìn)行搶答，當(dāng)最快的選手按下按鍵時(shí)，74LS148的GS端輸出為0，進(jìn)入到74LS279的第四個(gè)RS觸發(fā)器時(shí)，輸出的4Q為1，即返回到74LS148的EI端也為1，此時(shí)74LS148進(jìn)入鎖存狀態(tài)，74F86的2腳變成為1與1腳的1經(jīng)過異或門輸出為0，進(jìn)而PNP管導(dǎo)通，蜂鳴器響起，其他選手按下均無效；LED2燈亮起，74LS148輸出給74LS279的三個(gè)RS觸發(fā)器，進(jìn)而輸出響應(yīng)的電平，經(jīng)過74LS27芯片或非門，進(jìn)而輸出相應(yīng)的電平值到CD4511芯片，CD4511芯片的BI端為高電平，此時(shí)LT端為高電平，LE端為低電平，4511譯碼器工作進(jìn)而輸出編碼，使得數(shù)碼管顯示相應(yīng)的選手號(hào)碼。以此類推，均可顯示1-8號(hào)選手。 1.2.2總體框圖 2 各功能電路實(shí)現(xiàn)原理及電路設(shè)計(jì) 2.1 電源電路電路 2.1.1電源電路設(shè)計(jì) 2.1.2電源電路實(shí)現(xiàn)原理 CON2接口為電源輸入端，用來接5V電壓輸入，接著接個(gè)LED燈和電阻進(jìn)行串聯(lián)，LED燈亮指示是為了顯示電路是否在供電狀態(tài)，電阻起分流作用。 2.2 搶答信號(hào)輸入電路 2.2.1搶答信號(hào)輸入電路設(shè)計(jì) 2.2.2搶答信號(hào)輸入電路實(shí)現(xiàn)原理 搶答信號(hào)輸入由按鍵和電阻組成多路輸入的電路，初始狀態(tài)按鍵是沒按下的，即為高電平狀態(tài)，當(dāng)按鍵按下時(shí)，輸入的信號(hào)為低電平。電阻起限流作用。 2.3 優(yōu)先編碼器電路 2.3.1優(yōu)先編碼器電路設(shè)計(jì) 2.3.2優(yōu)先編碼器電路實(shí)現(xiàn)原理 優(yōu)先編碼器使用74LS148芯片，由8個(gè)信號(hào)輸入端，3個(gè)信號(hào)輸出端，2個(gè)使能端，1個(gè)片優(yōu)先編碼輸出端構(gòu)成，EI為使能輸入端，當(dāng)IE=0時(shí)，優(yōu)先編碼器處于工作狀態(tài)；E0為使能輸出端，當(dāng)且僅當(dāng)EI=0時(shí)，且0-7輸入都為1，EO輸出為0；GS為片優(yōu)先編碼器輸出端，它在允許編碼(IE=0)，且有編碼輸入信號(hào)時(shí)為0，在允許編碼而無編碼輸入信號(hào)時(shí)為1，在不允許編碼(IE=1)時(shí)，它也為1；0-7為輸入端，進(jìn)行取反送到A2，A1，A0端，即圖上的C，B，A端。  74LS148的真值表如圖： 2.4數(shù)據(jù)鎖存電路  2.4.1數(shù)據(jù)鎖存電路設(shè)計(jì) 2.4.2數(shù)據(jù)鎖存電路實(shí)現(xiàn)原理 數(shù)據(jù)鎖存電路使用74LS279芯片，由四個(gè)RS觸發(fā)器構(gòu)成，其中兩個(gè)RS觸發(fā)器有兩個(gè)S輸入端。假設(shè)選手1號(hào)搶答后，74LS148輸出的譯碼為000，送到芯片74LS279后，輸出1Q，2Q，3Q為111，進(jìn)而通過74LS27的或非門傳送到CD4511芯片，4Q輸出的是1，返回到74LS148的EI端，此時(shí)74LS148芯片停止工作，進(jìn)入鎖存狀態(tài)，其他選手按下無效。 74LS279芯片的真值表如圖： 2.5主持人控制電路  2.5.1主持人控制電路設(shè)計(jì) 2.5.2主持人控制電路實(shí)現(xiàn)原理 主持人控制電路由1個(gè)撥碼開關(guān)和電阻構(gòu)成，當(dāng)撥碼開關(guān)撥到“清零”端（接地）時(shí)，實(shí)現(xiàn)清零作用，當(dāng)輸入低電平時(shí)，Q端輸出高電平；當(dāng)輸入高電平是，Q端輸出保持原來狀態(tài)�？刂飘惢蜷T，使蜂鳴電路進(jìn)行。 2.6蜂鳴報(bào)警電路  2.6.1蜂鳴報(bào)警電路設(shè)計(jì) 2.6.2蜂鳴報(bào)警電路實(shí)現(xiàn)原理 蜂鳴報(bào)警電路由74LS86芯片，電阻，S8550三極管和蜂鳴器構(gòu)成，當(dāng)74LS86的異或門電路，輸入相同的信號(hào)時(shí)，輸出為低電平，此時(shí)，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器響起，輸入相異的信號(hào)時(shí)，輸出為高電平，此時(shí)，三極管不導(dǎo)通，蜂鳴器不響。  74LS86芯片內(nèi)部構(gòu)造和真值表如圖： 2.7譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路  2.7.1譯碼器電路設(shè)計(jì) 2.7.2譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路實(shí)現(xiàn)原理 譯碼器電路使用的是CD4511芯片，其起到的作用是鎖存，7段譯碼及驅(qū)動(dòng)器，A，B，C,D為二進(jìn)制碼輸入端，A為最低位；LT 為燈測(cè)試端，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)字“8”，數(shù)碼管每段都被點(diǎn)亮，目的是檢查顯示是否存在故障，當(dāng)加高電平時(shí)，正常顯示數(shù)字；BI端為消隱端，當(dāng)加高電平時(shí)，正常顯示，當(dāng)加低電平時(shí)，進(jìn)入消隱狀態(tài)。  CD4511芯片的真值表： 顯示電路由數(shù)碼管和LED燈構(gòu)成，當(dāng)搶答成功時(shí)，數(shù)碼管顯示，LED燈點(diǎn)亮。 3 制作與調(diào)試過程 3.1 制作過程 （1）通過查找書的知識(shí)以及上網(wǎng)查詢各個(gè)芯片的資料，進(jìn)而學(xué)習(xí)原理 （2）拿到器件時(shí)，測(cè)量器件的大小，從而修改封裝，進(jìn)而畫原理圖及PCB圖 （3）轉(zhuǎn)印PCB到銅板上，必須確保全部線路均印在銅板上，如果線路的碳墨淺則用黑色的馬克筆描一遍；接著進(jìn)行腐蝕，腐蝕不能太久，以免腐蝕性太強(qiáng)把線路給腐蝕了；打孔，用1.0打孔針進(jìn)行打孔；打好孔后進(jìn)行涂抹松香，避免銅板上的線路被氧化從而導(dǎo)致導(dǎo)電性不好等現(xiàn)象；等松香干后可進(jìn)行焊接，焊接時(shí)應(yīng)避免虛焊等現(xiàn)象。 3.1 調(diào)試過程 （1）接通電源，芯片的工作電壓在5V左右，應(yīng)接通5V電源，觀察電源指示燈是否點(diǎn)亮。點(diǎn)亮說明供電正常。 （2）將按鍵逐個(gè)按下，是否顯示相應(yīng)的數(shù)字，若顯示相應(yīng)的數(shù)字，說明功能正常。 （3）檢查三極管是否焊接正確，這是報(bào)警電路的關(guān)鍵位置。 4 電路測(cè)試 將器件焊接在板子后，接通電源，電源指示燈亮起，按下按鍵時(shí)，只有另一個(gè)只是燈亮，蜂鳴器一直響，我看回我畫的原理圖，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管插反了，更正后，1-8的數(shù)字都出來了，但是蜂鳴器還是一直響的狀態(tài)，研究了一下電路，將原理圖的蜂鳴器電路的三極管的管腳顯示出來，對(duì)應(yīng)著PCB的焊盤號(hào)進(jìn)行插入，進(jìn)行調(diào)試，功能正常。當(dāng)按鍵按下時(shí)，數(shù)碼管顯示，燈亮起和蜂鳴器響起，主持人控制清零端實(shí)現(xiàn)。 4.1 測(cè)試儀器與設(shè)備 （1）5V直流電源 （2）數(shù)字萬(wàn)用表一臺(tái) 4.2 功能測(cè)試 （1）接電后，電源指示燈亮起。 （2）測(cè)試8個(gè)選手，對(duì)應(yīng)顯示的數(shù)字及蜂鳴器功能可以正常工作。 （3）清零時(shí)，數(shù)碼管不顯示，指示燈滅。 5 實(shí)訓(xùn)結(jié)論 開題后，我認(rèn)真聽了老師講的原理，回去后上網(wǎng)查詢各個(gè)芯片的電路作用，先將原理弄明白，然后進(jìn)行繪制原理圖，在繪制原理圖的過程中，測(cè)量實(shí)物元器件進(jìn)行修改封裝，完成后再進(jìn)行畫原理圖，畫好后并核對(duì)幾遍，沒錯(cuò)誤后，導(dǎo)入了PCB，進(jìn)行畫質(zhì)PCB連線。線路有點(diǎn)亂，如果采用自動(dòng)布線，會(huì)把線布的很密，并不美觀，所以我采用手動(dòng)布線，先粗糙的連線， 整體連完后，再進(jìn)行修改線路的整潔，美觀等情況，盡量把跳線縮得最短，以免跳線過長(zhǎng)影響電路； 畫好PCB后進(jìn)行打印PCB，到板房的熱轉(zhuǎn)印機(jī)轉(zhuǎn)印到PCB上，先用砂紙磨光銅板，將表面的氧化銅抹掉，印上去的效果最佳，背面也得磨光亮，這樣在腐蝕的時(shí)候腐蝕干凈，轉(zhuǎn)印一遍后，先讓它冷卻一會(huì)，使轉(zhuǎn)印紙上的溶膠粘到銅板，繼續(xù)進(jìn)行第二遍轉(zhuǎn)印，確保所有線路都轉(zhuǎn)印到銅板上，接著進(jìn)行腐蝕，打孔，焊接等操作，因?yàn)橹敖?jīng)過一次模電實(shí)訓(xùn)后，這些操作都已經(jīng)熟悉了，做起來會(huì)比較快，第一次做的時(shí)候，比較慢，怕有個(gè)環(huán)節(jié)沒做好就得重做，我覺得畫PCB時(shí)，布局布線是做電路板實(shí)現(xiàn)功能的關(guān)鍵點(diǎn)，畫得好，功能一下子出來，若沒畫好，要調(diào)試好久才出來。 在調(diào)試的過程中，我發(fā)現(xiàn)了一個(gè)存在的潛在性問題，就是我的功能一開始是不能通正常進(jìn)行的，仔細(xì)查看原理圖和與同學(xué)的交流，發(fā)現(xiàn)是需要一個(gè)瓷片電容103電容，講該電容的一個(gè)角鏈接到148芯片的14角然后另一端接地就能實(shí)現(xiàn)搶答功能。 進(jìn)一步學(xué)習(xí)了芯片的功能作用及各個(gè)管腳的作用，我覺得最主要的是在做實(shí)訓(xùn)的過程中找到問題的解決辦法，這才是我最終的目的，而不是單單只是做一塊板子，這樣往往讓自己的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)減少了，并且鍛煉了自己的自學(xué)能力，獨(dú)立思考能力，遇到很多問題，但從這些問題中找到解決辦法時(shí)，我頓時(shí)心情愉悅，這種感覺確實(shí)很好。 功能調(diào)試好后，等到驗(yàn)收時(shí)間，去驗(yàn)收，老師問問題，當(dāng)時(shí)我心里有點(diǎn)小緊張，每次驗(yàn)收時(shí)回答問題都會(huì)有點(diǎn)小緊張，畢竟，這是隨機(jī)應(yīng)變能力的體現(xiàn)，每次驗(yàn)收都是一種鍛煉應(yīng)變能力的機(jī)會(huì)，問了兩個(gè)問題，第一個(gè)問題是：二極管的作用，這個(gè)還算簡(jiǎn)單，我從容應(yīng)對(duì)，第二個(gè)問題是：27芯片的作用是什么？我看著原理圖將輸出端的輸出推了出來；第三問題是：三極管的c端如何讓蜂鳴器響起，是通過輸入高電平還是低電平？我回答高，但是是錯(cuò)的。但是老師告訴了我原因，并且掌握了這個(gè)知識(shí)點(diǎn)。當(dāng)這一過程，再次鍛煉自己的應(yīng)變能力。 每一個(gè)實(shí)訓(xùn)，都能讓我學(xué)習(xí)很多知識(shí)和提高各種能力，提高了動(dòng)手操作能力，學(xué)習(xí)了許多數(shù)字邏輯電路的相關(guān)知識(shí)，例如RS觸發(fā)器等，讓自己的思維能力得到了提升，想東西也會(huì)考慮得周全，每一步都得謹(jǐn)慎，不能出任何差錯(cuò)，否則會(huì)引起很多不必要的麻煩。 參考文獻(xiàn) [1] 江國(guó)強(qiáng)、易藝等編著.新編數(shù)字邏輯電路習(xí)題、實(shí)驗(yàn)與實(shí)訓(xùn)（第2版）[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社,2013. [2] 江國(guó)強(qiáng)編著.新編數(shù)字邏輯電路（第2版）[M]. 北京：北京郵電大學(xué)出版社,2013. 附 錄
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