標(biāo)題: 數(shù)電多路智力競賽搶答器的設(shè)計與制作實訓(xùn)報告與資料下載 [打印本頁]
作者: 51hei團團    時間: 2018-6-12 00:55
標(biāo)題: 數(shù)電多路智力競賽搶答器的設(shè)計與制作實訓(xùn)報告與資料下載
《數(shù)字邏輯電路》實訓(xùn)報告
專    業(yè)：        自動化
學(xué)生姓名：
學(xué)    號：
指導(dǎo)教師：
多路智力競賽搶答器的設(shè)計與制作
1  整機設(shè)計
1.1 設(shè)計要求
設(shè)計一個8位智力競賽搶答器
1.1.1設(shè)計任務(wù)
設(shè)計一個多路智力競賽搶答器，可以同時供八位選手進行搶答使用，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)計一智力搶答器，供八個選手參加比賽，編號為 1 到 8，按鍵分別為S1-S8。
（2）設(shè)置一個主持人開關(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，有選手按動按鈕時，鎖存相應(yīng)的編號，并在數(shù)碼管顯示搶答選手的編號，蜂鳴器報警響起，此時，封存輸入電路，禁止其他選手進行搶答，維持到主持人按下控制開關(guān)將系統(tǒng)清除為止。即可進行下一輪搶答。
1.2 整機實現(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，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個按鍵進行搶答，當(dāng)最快的選手按下按鍵時，74LS148的GS端輸出為0，進入到74LS279的第四個RS觸發(fā)器時，輸出的4Q為1，即返回到74LS148的EI端也為1，此時74LS148進入鎖存狀態(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RS觸發(fā)器，進而輸出響應(yīng)的電平，經(jīng)過74LS27芯片或非門，進而輸出相應(yīng)的電平值到CD4511芯片，CD4511芯片的BI端為高電平，此時LT端為高電平，LE端為低電平，4511譯碼器工作進而輸出編碼，使得數(shù)碼管顯示相應(yīng)的選手號碼。以此類推，均可顯示1-8號選手。
1.2.2總體框圖
2 各功能電路實現(xiàn)原理及電路設(shè)計
2.1 電源電路電路
2.1.1電源電路設(shè)計
2.1.2電源電路實現(xiàn)原理
CON2接口為電源輸入端，用來接5V電壓輸入，接著接個LED燈和電阻進行串聯(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 搶答信號輸入電路
2.2.1搶答信號輸入電路設(shè)計
2.2.2搶答信號輸入電路實現(xiàn)原理
搶答信號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，輸入的信號為低電平。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
2.3.2優(yōu)先編碼器電路實現(xiàn)原理
   優(yōu)先編碼器使用74LS148芯片，由8個信號輸入端，3個信號輸出端，2個使能端，1個片優(yōu)先編碼輸出端構(gòu)成，EI為使能輸入端，當(dāng)IE=0時，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，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)，且有編碼輸入信號時為0，在允許編碼而無編碼輸入信號時為1，在不允許編碼(IE=1)時，它也為1；0-7為輸入端，進行取反送到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
2.4.2數(shù)據(jù)鎖存電路實現(xiàn)原理
   數(shù)據(jù)鎖存電路使用74LS279芯片，由四個RS觸發(fā)器構(gòu)成，其中兩個RS觸發(fā)器有兩個S輸入端。假設(shè)選手1號搶答后，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74LS148芯片停止工作，進入鎖存狀態(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
2.5.2主持人控制電路實現(xiàn)原理
   主持人控制電路由1個撥碼開關(guān)和電阻構(gòu)成，當(dāng)撥碼開關(guān)撥到“清零”端（接地）時，實現(xiàn)清零作用，當(dāng)輸入低電平時，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)。控制異或門，使蜂鳴電路進行。
2.6蜂鳴報警電路
2.6.1蜂鳴報警電路設(shè)計
2.6.2蜂鳴報警電路實現(xiàn)原理
   蜂鳴報警電路由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，輸入相同的信號時，輸出為低電平，此時，三極管導(dǎo)通，蜂鳴器響起，輸入相異的信號時，輸出為高電平，此時，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
2.7.2譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路實現(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)動器，A，B，C,D為二進制碼輸入端，A為最低位；LT 為燈測試端，加低電平時，顯示器一直顯示數(shù)字“8”，數(shù)碼管每段都被點亮，目的是檢查顯示是否存在故障，當(dāng)加高電平時，正常顯示數(shù)字；BI端為消隱端，當(dāng)加高電平時，正常顯示，當(dāng)加低電平時，進入消隱狀態(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，數(shù)碼管顯示，LED燈點亮。
3 制作與調(diào)試過程
3.1 制作過程
   （1）通過查找書的知識以及上網(wǎng)查詢各個芯片的資料，進而學(xué)習(xí)原理
   （2）拿到器件時，測量器件的大小，從而修改封裝，進而畫原理圖及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；接著進行腐蝕，腐蝕不能太久，以免腐蝕性太強把線路給腐蝕了；打孔，用1.0打孔針進行打孔；打好孔后進行涂抹松香，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；等松香干后可進行焊接，焊接時應(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亮。點亮說明供電正常。
（2）將按鍵逐個按下，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，這是報警電路的關(guān)鍵位置。
4  電路測試
   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，只有另一個只是燈亮，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，對應(yīng)著PCB的焊盤號進行插入，進行調(diào)試，功能正常。當(dāng)按鍵按下時，數(shù)碼管顯示，燈亮起和蜂鳴器響起，主持人控制清零端實現(xiàn)。                    
4.1 測試儀器與設(shè)備
   （1）5V直流電源
   （2）數(shù)字萬用表一臺
4.2 功能測試
   （1）接電后，電源指示燈亮起。
   （2）測試8個選手，對應(yīng)顯示的數(shù)字及蜂鳴器功能可以正常工作。
   （3）清零時，數(shù)碼管不顯示，指示燈滅。                        
5  實訓(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)查詢各個芯片的電路作用，先將原理弄明白，然后進行繪制原理圖，在繪制原理圖的過程中，測量實物元器件進行修改封裝，完成后再進行畫原理圖，畫好后并核對幾遍，沒錯誤后，導(dǎo)入了PCB，進行畫質(zhì)PCB連線。線路有點亂，如果采用自動布線，會把線布的很密，并不美觀，所以我采用手動布線，先粗糙的連線， 整體連完后，再進行修改線路的整潔，美觀等情況，盡量把跳線縮得最短，以免跳線過長影響電路；
畫好PCB后進行打印PCB，到板房的熱轉(zhuǎn)印機轉(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，這樣在腐蝕的時候腐蝕干凈，轉(zhuǎn)印一遍后，先讓它冷卻一會，使轉(zhuǎn)印紙上的溶膠粘到銅板，繼續(xù)進行第二遍轉(zhuǎn)印，確保所有線路都轉(zhuǎn)印到銅板上，接著進行腐蝕，打孔，焊接等操作，因為之前經(jīng)過一次模電實訓(xùn)后，這些操作都已經(jīng)熟悉了，做起來會比較快，第一次做的時候，比較慢，怕有個環(huán)節(jié)沒做好就得重做，我覺得畫PCB時，布局布線是做電路板實現(xiàn)功能的關(guān)鍵點，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)了一個存在的潛在性問題，就是我的功能一開始是不能通正常進行的，仔細(xì)查看原理圖和與同學(xué)的交流，發(fā)現(xiàn)是需要一個瓷片電容103電容，講該電容的一個角鏈接到148芯片的14角然后另一端接地就能實現(xiàn)搶答功能。   
進一步學(xué)習(xí)了芯片的功能作用及各個管腳的作用，我覺得最主要的是在做實訓(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)機會減少了，并且鍛煉了自己的自學(xué)能力，獨立思考能力，遇到很多問題，但從這些問題中找到解決辦法時，我頓時心情愉悅，這種感覺確實很好。
功能調(diào)試好后，等到驗收時間，去驗收，老師問問題，當(dāng)時我心里有點小緊張，每次驗收時回答問題都會有點小緊張，畢竟，這是隨機應(yīng)變能力的體現(xiàn)，每次驗收都是一種鍛煉應(yīng)變能力的機會，問了兩個問題，第一個問題是：二極管的作用，這個還算簡單，我從容應(yīng)對，第二個問題是：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，但是是錯的。但是老師告訴了我原因，并且掌握了這個知識點。當(dāng)這一過程，再次鍛煉自己的應(yīng)變能力。
每一個實訓(xùn)，都能讓我學(xué)習(xí)很多知識和提高各種能力，提高了動手操作能力，學(xué)習(xí)了許多數(shù)字邏輯電路的相關(guān)知識，例如RS觸發(fā)器等，讓自己的思維能力得到了提升，想東西也會考慮得周全，每一步都得謹(jǐn)慎，不能出任何差錯，否則會引起很多不必要的麻煩。
參考文獻
[1]  江國強、易藝等編著.新編數(shù)字邏輯電路習(xí)題、實驗與實訓(xùn)（第2版）[M].北京：北京郵電大學(xué)出版社,2013.
[2]  江國強編著.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
元件名稱
數(shù)量
元件名稱
數(shù)量
74LS148
1
電源線
1
74LS279
1
S8550三極管
1
74LS86
1
撥碼開關(guān)
1
74LS27
1
200Ω電阻
2
CD4511
1
LED燈
2
蜂鳴器
1
按鍵
8
共陰數(shù)碼管
1
單排圓孔插座
一排
電源插座
1
1K電阻
11
14P插槽
2
16P插槽
3


全部資料51hei下載地址：
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作者: 山瑜木    時間: 2019-10-7 22:48
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