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《数字逻辑电路》实训报告 专 业： 自动化 学生姓名： 学 号： 指导教师： 多路智力竞赛抢答器的设计与制作 1 整机设计 1.1 设计要求 设计一个8位智力竞赛抢答器 1.1.1设计任务 设计一个多路智力竞赛抢答器，可以同时供八位选手进行抢答使用，并且具有清零作用，主持人一键按下即开始工作。 1.1.2性能指标要求 （1）设计一智力抢答器，供八个选手参加比赛，编号为 1 到 8，按键分别为S1-S8。 （2）设置一个主持人开关，用来控制抢答开始和系统清零。 （3）抢答器具有数据锁存与显示功能。当抢答开始后，有选手按动按钮时，锁存相应的编号，并在数码管显示抢答选手的编号，蜂鸣器报警响起，此时，封存输入电路，禁止其他选手进行抢答，维持到主持人按下控制开关将系统清除为止。即可进行下一轮抢答。 1.2 整机实现的基本原理及框图 1.2.1基本原理 从通电接口接上电源后，当主持人把开关拨到清除状态，EI=1，74LS148芯片不工作，CD4511的BI端为低电平，消隐功能有效，则使输出端全为0，数码管灭；当主持人把拨码开关拨到另一边时，抢答开始，优先编码器工作，即74LS148芯片工作，8位选手可通过8个按键进行抢答，当最快的选手按下按键时，74LS148的GS端输出为0，进入到74LS279的第四个RS触发器时，输出的4Q为1，即返回到74LS148的EI端也为1，此时74LS148进入锁存状态，74F86的2脚变成为1与1脚的1经过异或门输出为0，进而PNP管导通，蜂鸣器响起，其他选手按下均无效；LED2灯亮起，74LS148输出给74LS279的三个RS触发器，进而输出响应的电平，经过74LS27芯片或非门，进而输出相应的电平值到CD4511芯片，CD4511芯片的BI端为高电平，此时LT端为高电平，LE端为低电平，4511译码器工作进而输出编码，使得数码管显示相应的选手号码。以此类推，均可显示1-8号选手。 1.2.2总体框图 2 各功能电路实现原理及电路设计 2.1 电源电路电路 2.1.1电源电路设计 2.1.2电源电路实现原理 CON2接口为电源输入端，用来接5V电压输入，接着接个LED灯和电阻进行串联，LED灯亮指示是为了显示电路是否在供电状态，电阻起分流作用。 2.2 抢答信号输入电路 2.2.1抢答信号输入电路设计 2.2.2抢答信号输入电路实现原理 抢答信号输入由按键和电阻组成多路输入的电路，初始状态按键是没按下的，即为高电平状态，当按键按下时，输入的信号为低电平。电阻起限流作用。 2.3 优先编码器电路 2.3.1优先编码器电路设计 2.3.2优先编码器电路实现原理 优先编码器使用74LS148芯片，由8个信号输入端，3个信号输出端，2个使能端，1个片优先编码输出端构成，EI为使能输入端，当IE=0时，优先编码器处于工作状态；E0为使能输出端，当且仅当EI=0时，且0-7输入都为1，EO输出为0；GS为片优先编码器输出端，它在允许编码(IE=0)，且有编码输入信号时为0，在允许编码而无编码输入信号时为1，在不允许编码(IE=1)时，它也为1；0-7为输入端，进行取反送到A2，A1，A0端，即图上的C，B，A端。  74LS148的真值表如图： 2.4数据锁存电路  2.4.1数据锁存电路设计 2.4.2数据锁存电路实现原理 数据锁存电路使用74LS279芯片，由四个RS触发器构成，其中两个RS触发器有两个S输入端。假设选手1号抢答后，74LS148输出的译码为000，送到芯片74LS279后，输出1Q，2Q，3Q为111，进而通过74LS27的或非门传送到CD4511芯片，4Q输出的是1，返回到74LS148的EI端，此时74LS148芯片停止工作，进入锁存状态，其他选手按下无效。 74LS279芯片的真值表如图： 2.5主持人控制电路  2.5.1主持人控制电路设计 2.5.2主持人控制电路实现原理 主持人控制电路由1个拨码开关和电阻构成，当拨码开关拨到“清零”端（接地）时，实现清零作用，当输入低电平时，Q端输出高电平；当输入高电平是，Q端输出保持原来状态。控制异或门，使蜂鸣电路进行。 2.6蜂鸣报警电路  2.6.1蜂鸣报警电路设计 2.6.2蜂鸣报警电路实现原理 蜂鸣报警电路由74LS86芯片，电阻，S8550三极管和蜂鸣器构成，当74LS86的异或门电路，输入相同的信号时，输出为低电平，此时，三极管导通，蜂鸣器响起，输入相异的信号时，输出为高电平，此时，三极管不导通，蜂鸣器不响。  74LS86芯片内部构造和真值表如图： 2.7译码器电路和数码管显示电路  2.7.1译码器电路设计 2.7.2译码器电路和数码管显示电路实现原理 译码器电路使用的是CD4511芯片，其起到的作用是锁存，7段译码及驱动器，A，B，C,D为二进制码输入端，A为最低位；LT 为灯测试端，加低电平时，显示器一直显示数字“8”，数码管每段都被点亮，目的是检查显示是否存在故障，当加高电平时，正常显示数字；BI端为消隐端，当加高电平时，正常显示，当加低电平时，进入消隐状态。  CD4511芯片的真值表： 显示电路由数码管和LED灯构成，当抢答成功时，数码管显示，LED灯点亮。 3 制作与调试过程 3.1 制作过程 （1）通过查找书的知识以及上网查询各个芯片的资料，进而学习原理 （2）拿到器件时，测量器件的大小，从而修改封装，进而画原理图及PCB图 （3）转印PCB到铜板上，必须确保全部线路均印在铜板上，如果线路的碳墨浅则用黑色的马克笔描一遍；接着进行腐蚀，腐蚀不能太久，以免腐蚀性太强把线路给腐蚀了；打孔，用1.0打孔针进行打孔；打好孔后进行涂抹松香，避免铜板上的线路被氧化从而导致导电性不好等现象；等松香干后可进行焊接，焊接时应避免虚焊等现象。 3.1 调试过程 （1）接通电源，芯片的工作电压在5V左右，应接通5V电源，观察电源指示灯是否点亮。点亮说明供电正常。 （2）将按键逐个按下，是否显示相应的数字，若显示相应的数字，说明功能正常。 （3）检查三极管是否焊接正确，这是报警电路的关键位置。 4 电路测试 将器件焊接在板子后，接通电源，电源指示灯亮起，按下按键时，只有另一个只是灯亮，蜂鸣器一直响，我看回我画的原理图，发现数码管插反了，更正后，1-8的数字都出来了，但是蜂鸣器还是一直响的状态，研究了一下电路，将原理图的蜂鸣器电路的三极管的管脚显示出来，对应着PCB的焊盘号进行插入，进行调试，功能正常。当按键按下时，数码管显示，灯亮起和蜂鸣器响起，主持人控制清零端实现。 4.1 测试仪器与设备 （1）5V直流电源 （2）数字万用表一台 4.2 功能测试 （1）接电后，电源指示灯亮起。 （2）测试8个选手，对应显示的数字及蜂鸣器功能可以正常工作。 （3）清零时，数码管不显示，指示灯灭。 5 实训结论 开题后，我认真听了老师讲的原理，回去后上网查询各个芯片的电路作用，先将原理弄明白，然后进行绘制原理图，在绘制原理图的过程中，测量实物元器件进行修改封装，完成后再进行画原理图，画好后并核对几遍，没错误后，导入了PCB，进行画质PCB连线。线路有点乱，如果采用自动布线，会把线布的很密，并不美观，所以我采用手动布线，先粗糙的连线， 整体连完后，再进行修改线路的整洁，美观等情况，尽量把跳线缩得最短，以免跳线过长影响电路； 画好PCB后进行打印PCB，到板房的热转印机转印到PCB上，先用砂纸磨光铜板，将表面的氧化铜抹掉，印上去的效果最佳，背面也得磨光亮，这样在腐蚀的时候腐蚀干净，转印一遍后，先让它冷却一会，使转印纸上的溶胶粘到铜板，继续进行第二遍转印，确保所有线路都转印到铜板上，接着进行腐蚀，打孔，焊接等操作，因为之前经过一次模电实训后，这些操作都已经熟悉了，做起来会比较快，第一次做的时候，比较慢，怕有个环节没做好就得重做，我觉得画PCB时，布局布线是做电路板实现功能的关键点，画得好，功能一下子出来，若没画好，要调试好久才出来。 在调试的过程中，我发现了一个存在的潜在性问题，就是我的功能一开始是不能通正常进行的，仔细查看原理图和与同学的交流，发现是需要一个瓷片电容103电容，讲该电容的一个角链接到148芯片的14角然后另一端接地就能实现抢答功能。 进一步学习了芯片的功能作用及各个管脚的作用，我觉得最主要的是在做实训的过程中找到问题的解决办法，这才是我最终的目的，而不是单单只是做一块板子，这样往往让自己的学习机会减少了，并且锻炼了自己的自学能力，独立思考能力，遇到很多问题，但从这些问题中找到解决办法时，我顿时心情愉悦，这种感觉确实很好。 功能调试好后，等到验收时间，去验收，老师问问题，当时我心里有点小紧张，每次验收时回答问题都会有点小紧张，毕竟，这是随机应变能力的体现，每次验收都是一种锻炼应变能力的机会，问了两个问题，第一个问题是：二极管的作用，这个还算简单，我从容应对，第二个问题是：27芯片的作用是什么？我看着原理图将输出端的输出推了出来；第三问题是：三极管的c端如何让蜂鸣器响起，是通过输入高电平还是低电平？我回答高，但是是错的。但是老师告诉了我原因，并且掌握了这个知识点。当这一过程，再次锻炼自己的应变能力。 每一个实训，都能让我学习很多知识和提高各种能力，提高了动手操作能力，学习了许多数字逻辑电路的相关知识，例如RS触发器等，让自己的思维能力得到了提升，想东西也会考虑得周全，每一步都得谨慎，不能出任何差错，否则会引起很多不必要的麻烦。 参考文献 [1] 江国强、易艺等编著.新编数字逻辑电路习题、实验与实训（第2版）[M].北京：北京邮电大学出版社,2013. [2] 江国强编著.新编数字逻辑电路（第2版）[M]. 北京：北京邮电大学出版社,2013. 附 录
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