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畢業(yè)設(shè)計競賽搶答器
工作原理：報警電路由兩個555定時器構(gòu)成。由圖中可以看到,接上電源后,當(dāng)信號輸入為高電平時,第一個555連接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出為低電平,處于穩(wěn)定狀態(tài),這時,右邊的多諧振蕩器的復(fù)位輸入為低電平,所以其輸出也為低電平.揚聲器不發(fā)音.當(dāng)信號輸入為低電平時,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā),處于暫穩(wěn)態(tài),此時其輸出為高電平,輸入到多諧振蕩器的復(fù)位端,多諧振蕩工作,輸出為頻率為1.2KHz的脈沖波形.這樣揚聲器就會以1.2KHz的頻率發(fā)出間歇式聲響。要求持續(xù)2~3秒，可調(diào)節(jié)電阻和電容實現(xiàn)。假設(shè)t=3s，電阻分別為20k、273k、0.61k、2.4k，電容分別為100pf、100pf、0.22uf、0.01uf。
3.4 定時電路
工作原理：定時電路由兩片74LS160構(gòu)成，其本身為十進(jìn)制同步計數(shù)器，真值表如下所示：
表3.4
CLK X ↑
MR X 1
PE 1 0
S1 X X
S2 Q
X 全0 預(yù)置X
數(shù)
↑ X X
0 0 0
0 0 0
1 0 X
1 計數(shù) X 保持 0 保持
當(dāng)有效脈沖邊沿過來時，有兩片74LS160構(gòu)成的31進(jìn)制加計數(shù)器，當(dāng)片1輸出為0001，片二輸出為1100，即轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制時是30，此時片1Q0輸出和片二Q0、Q1輸出經(jīng)過三輸入與非門后為“0”，使片1的CET、CEP輸入為0，片1停止工作，所以數(shù)碼管顯示30。
3.5 秒脈沖發(fā)生電路
工作原理：由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器經(jīng)過調(diào)整電阻電容能改變秒沖周期。當(dāng)R1=15K，R2=68K，C1=10uF時，T=1s。
第4章 軟件仿真
4.1 仿真電路圖
1搶答器電路
4.1.2顯示電路
圖4.1.2顯示電路
4.1.3報警電路
圖4.1.3報警電路
4.1.4定時電路
圖4.4 定時電路
4.2 仿真過程
在測試好整個電路后，先將開關(guān)撥到“清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間：再將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。若是主持人開關(guān)并未置“開始”，此時進(jìn)行搶答，此次在規(guī)定時間內(nèi)進(jìn)行搶答，看指示燈的的亮暗情況及警鈴是否響。按后再將開關(guān)撥到”清零“狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器設(shè)定時間，再將開關(guān)值”開始“狀態(tài)，之后，先不搶答，等已過了定時器設(shè)定的時間后，在進(jìn)行搶答，觀察指示燈的的亮暗情況及警鈴是否響。然后再將開關(guān)撥到“清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間：先不將開關(guān)值“開始“狀態(tài)，進(jìn)行搶答，觀察指示燈的的亮暗情況及警鈴是否響。選手
在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷，編號鎖存，編號顯示，揚聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止，禁止二次搶答，定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)。
4.3 仿真結(jié)果
仿真過程中，沒有錯誤，所有的可能都進(jìn)行了仿真，都出現(xiàn)了對應(yīng)的正確的結(jié)果。
第5章 安裝調(diào)試
5.1 安裝調(diào)試過程
1．在調(diào)試搶答器主電路時，主電路對于搶答按鍵的輸入不能鎖存且一上電74ls148的EI端就跳變?yōu)楦唠娖芥i存芯片，致使74ls48譯碼輸出給數(shù)碼管為0。 2．調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)倒計時到0的時候不能停止。
3．在測試報警電路的時候，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器不工作，報警功能失效。
4．調(diào)試計分電路時，發(fā)現(xiàn)按鍵有抖動現(xiàn)象，致使計分時按一次鍵分值變化好幾次。
5.2 故障分析
1．在調(diào)試搶答器主電路時，發(fā)現(xiàn)主電路對于搶答按鍵的輸入不能鎖存且一上電74ls148的EI端就跳變?yōu)楦唠娖芥i存芯片，致使74ls48譯碼輸出給數(shù)碼管為0。
解決方法：反復(fù)的調(diào)試分析其電路原理，并用示波器測試輸入的電源，發(fā)現(xiàn)紋波非常之大，之后在電源輸出端并接一個220uf的電解電容和一個0.1uf的瓷片電容，再用示波器測試發(fā)現(xiàn)紋波減少很多；然后再在74ls148的使能端EI并接一個0.1uf的瓷片電容，很好的消除了開關(guān)電源帶來的紋波干擾，使搶答電路正常的工作。
2．調(diào)試過程中發(fā)現(xiàn)倒計時到0的時候不能停止。
解決方法; 高位192顯示0的時候，BO2端輸出低電平，因此可以利用這信號與門鎖住低位192的秒脈沖輸入信號。
3．在測試報警電路的時候，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器不工作，報警功能失效。
解決方法：在通過對單穩(wěn)觸發(fā)器74ls121的測試后發(fā)現(xiàn)其能正常工作，555在121觸發(fā)后3腳會有一個高脈沖輸出，說明555也能正常工作，在檢查后級推動蜂鳴器工作電路時發(fā)現(xiàn)兩個8050管腳裝反，原因是protel99里的封裝與8050的封裝不同。解決這個問題后可以報警，但是聲音很小，于是去掉了100uf的耦合電容，問題解決。
4．調(diào)試計分電路時，發(fā)現(xiàn)按鍵有抖動現(xiàn)象，致使計分時按一次鍵分值變化好幾次。
解決方法：在按鍵輸出口并接一個電容，去除抖動，但是效果不佳，但是相對沒有加之前情況要好很多，對于純數(shù)字邏輯芯片，可以使用鎖存器對按鍵進(jìn)行消抖，效果要比電容好得多。
5.3實驗結(jié)果及分析
接通電源，開關(guān)打到預(yù)置端，倒計時數(shù)碼管顯示30。主持人撥動開關(guān)后，倒計時電路開始從30秒倒數(shù)，8路觸點開關(guān)處于待命狀態(tài)。
若有選手按下所在開關(guān)（搶答），搶答電路顯示選手所在編碼（0～7），倒計時電路
圖 5-1 倒計時狀態(tài)
停止計時。同時其他選手所在的開關(guān)被鎖定，搶答無效。
如果30秒倒計時結(jié)束后仍無人搶答，LED燈熄滅，倒計時電路鎖定為00，搶答不再有效。 這時只需主持人重新將開關(guān)打到預(yù)置段，整個電路全部回到初態(tài)。準(zhǔn)備進(jìn)行下一輪搶答。
圖 5-2 搶答顯示
圖 5-5 計時鎖定
收獲與體會
這次課程設(shè)計的電路是比較復(fù)雜的。雖然以前在模電、Protel課程設(shè)計中接觸過一些電子電路，但在初期還是感到無從下手.設(shè)計過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。
設(shè)計單元電路階段，這個階段可以說是考察數(shù)電書本知識的階段。所有的設(shè)計方法還有步驟在數(shù)電書上都有，而且還有例題。這個階段遇到的主要問題就是以前的知識忘記不少，所以做設(shè)計的時候要常隨手翻閱課本，等于是做了幾道數(shù)電作業(yè)題。這個階段的難度也不是很大，一般翻課本就可以找到答案并解決問題。
實驗階段可以說是這次設(shè)計中最重要的部分，因為以前的只是理論而不是真正的實體。所以說它是最重要的。實驗階段我們遇到的問題有：對軟件不熟悉；對實驗過程中信號的測量知識學(xué)習(xí)很少；因為各個模塊是分開做而后又組裝到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合為一個整體，部分工作能行但是接到一起就會出現(xiàn)問題）;針對以上幾個問題我們作出了以下的“對策”:軟件不熟悉，就借來參考書，一步一步的對著學(xué)，而且老師給的資料上也有軟件的使用說明，所以隨著接觸的增加軟件也就越來越熟悉，這方面的問題不是太難因為一邊理論一邊學(xué)習(xí)正好是學(xué)習(xí)的好方法，而且也學(xué)的特別快。
總之，通過這次練習(xí)我有了很多收獲。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增強了動手能力。在改進(jìn)電路的過程中，同學(xué)們共同探討，最后的電路已經(jīng)比初期設(shè)計有了很大提高，這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務(wù)，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設(shè)計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設(shè)計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。此次課程設(shè)計，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨立思考解決問題，出現(xiàn)差錯的隨機應(yīng)變，和與人合作共同提高，都受益非淺，今后的制作應(yīng)該更輕松，自己也都能扛的起并高質(zhì)量的完成項目。最后感謝老師在百忙的工作中為我修改論文，指出錯誤，希望老師在以后的日子里一帆風(fēng)順工作順利。.
參考文獻(xiàn)
《電路與電子學(xué)》（第3版）王文輝主編電子工業(yè)出版社 2005 《邏輯與數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計》李晶皎主編 清華大學(xué)出版社 2008 《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 范文兵 清華大學(xué)出版社 2007
《數(shù)字電路邏輯設(shè)計（第三版）》 王毓銀 高等教育出版社 2005 《數(shù)字電路實驗基礎(chǔ)》 崔葛瑾 同濟(jì)大學(xué)出版社 2005
《數(shù)字電路實驗與課程設(shè)計》 呂思忠、施齊云 哈爾濱工程大學(xué)出版社 2001 《電子線路 設(shè)計 實驗 測試（第三版）》 謝自美 華中科技大學(xué)出版社 2006 《Multsim9在電工電子技術(shù)中的應(yīng)用》 董玉冰 清華大學(xué)出版社 2008 《數(shù)字電路及制作實例》 陳振官 國防工業(yè)出版社 2006
附錄
1.總電路圖
圖 附1-1 電路原理圖
2.元件引腳圖
圖 附2-2 74LS00引腳圖
圖 附2-1 74LS00引腳圖與功能表
圖 附2-3 74LS148引腳圖
圖 附2-4 74LS192引腳圖
圖 附2-6 共陰數(shù)碼管引腳圖
圖 附2-5 74LS48引腳圖
圖 附2-7 555定時器引腳圖
圖 附2-8 74LS279引腳圖
3.使用儀器設(shè)備清單
元器件名稱 數(shù)量 開關(guān) 9個 74LS148 1個 74LS48 6個 74LS192 2個 74LS160 2個 74LS126 1CD4023BCM 1DM7402N 1555定時器 3揚聲器 1 電容 20七段數(shù)碼顯示器 6燈泡 7 5V共陰數(shù)碼管 34輸入與非門74LS20 110kΩ電阻 91kΩ電 450kΩ電阻 115kΩ電阻 1100Ω電阻 1發(fā)光二極管
畢業(yè)設(shè)計競賽搶答器 210μF電解電容 10.01μF瓷片電容 1導(dǎo)線 若干個 個 個 個 個 個 個 個
個
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