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畢業(yè)設(shè)計(jì)競賽搶答器
工作原理：報(bào)警電路由兩個(gè)555定時(shí)器構(gòu)成。由圖中可以看到,接上電源后,當(dāng)信號(hào)輸入為高電平時(shí),第一個(gè)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(shí),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(yáng)聲器不發(fā)音.當(dāng)信號(hào)輸入為低電平時(shí),單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā),處于暫穩(wěn)態(tài),此時(shí)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(yáng)聲器就會(huì)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(shí)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(shí)電路
工作原理：定時(shí)電路由兩片74LS160構(gòu)成，其本身為十進(jìn)制同步計(jì)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(jì)數(shù) X 保持 0 保持
當(dāng)有效脈沖邊沿過來時(shí)，有兩片74LS160構(gòu)成的31進(jìn)制加計(jì)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(shí)是30，此時(shí)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(shí)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(shí)，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(bào)警電路
圖4.1.3報(bào)警電路
4.1.4定時(shí)電路
圖4.4 定時(shí)電路
4.2 仿真過程
在測試好整個(gè)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(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)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(shí)進(jìn)行搶答，此次在規(guī)定時(shí)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(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器設(shè)定時(shí)間，再將開關(guān)值”開始“狀態(tài)，之后，先不搶答，等已過了定時(shí)器設(shè)定的時(shí)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(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)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(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷，編號(hào)鎖存，編號(hào)顯示，揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止，禁止二次搶答，定時(shí)器顯示剩余時(shí)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(cuò)誤，所有的可能都進(jìn)行了仿真，都出現(xiàn)了對(duì)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(shí)，主電路對(duì)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(jì)時(shí)到0的時(shí)候不能停止。
3．在測試報(bào)警電路的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器不工作，報(bào)警功能失效。
4．調(diào)試計(jì)分電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)按鍵有抖動(dòng)現(xiàn)象，致使計(jì)分時(shí)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(shí)，發(fā)現(xiàn)主電路對(duì)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(gè)220uf的電解電容和一個(gè)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(gè)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(jì)時(shí)到0的時(shí)候不能停止。
解決方法; 高位192顯示0的時(shí)候，BO2端輸出低電平，因此可以利用這信號(hào)與門鎖住低位192的秒脈沖輸入信號(hào)。
3．在測試報(bào)警電路的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)蜂鳴器不工作，報(bào)警功能失效。
解決方法：在通過對(duì)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(huì)有一個(gè)高脈沖輸出，說明555也能正常工作，在檢查后級(jí)推動(dòng)蜂鳴器工作電路時(shí)發(fā)現(xiàn)兩個(gè)8050管腳裝反，原因是protel99里的封裝與8050的封裝不同。解決這個(gè)問題后可以報(bào)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(jì)分電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)按鍵有抖動(dòng)現(xiàn)象，致使計(jì)分時(shí)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(gè)電容，去除抖動(dòng)，但是效果不佳，但是相對(duì)沒有加之前情況要好很多，對(duì)于純數(shù)字邏輯芯片，可以使用鎖存器對(duì)按鍵進(jìn)行消抖，效果要比電容好得多。
5.3實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析
接通電源，開關(guān)打到預(yù)置端，倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管顯示30。主持人撥動(dòng)開關(guān)后，倒計(jì)時(shí)電路開始從30秒倒數(shù)，8路觸點(diǎn)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(jì)時(shí)電路
圖 5-1 倒計(jì)時(shí)狀態(tài)
停止計(jì)時(shí)。同時(shí)其他選手所在的開關(guān)被鎖定，搶答無效。
如果30秒倒計(jì)時(shí)結(jié)束后仍無人搶答，LED燈熄滅，倒計(jì)時(shí)電路鎖定為00，搶答不再有效。 這時(shí)只需主持人重新將開關(guān)打到預(yù)置段，整個(gè)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(jì)時(shí)鎖定
收獲與體會(huì)
這次課程設(shè)計(jì)的電路是比較復(fù)雜的。雖然以前在模電、Protel課程設(shè)計(jì)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(jì)過程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做，那時(shí)心中未免有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
設(shè)計(jì)單元電路階段，這個(gè)階段可以說是考察數(shù)電書本知識(shí)的階段。所有的設(shè)計(jì)方法還有步驟在數(shù)電書上都有，而且還有例題。這個(gè)階段遇到的主要問題就是以前的知識(shí)忘記不少，所以做設(shè)計(jì)的時(shí)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(gè)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(shí)驗(yàn)階段可以說是這次設(shè)計(jì)中最重要的部分，因?yàn)橐郧暗闹皇抢碚摱皇钦嬲膶?shí)體。所以說它是最重要的。實(shí)驗(yàn)階段我們遇到的問題有：對(duì)軟件不熟悉；對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中信號(hào)的測量知識(shí)學(xué)習(xí)很少；因?yàn)楦鱾�(gè)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(gè)整體，部分工作能行但是接到一起就會(huì)出現(xiàn)問題）;針對(duì)以上幾個(gè)問題我們作出了以下的“對(duì)策”:軟件不熟悉，就借來參考書，一步一步的對(duì)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?yàn)橐贿吚碚撘贿厡W(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(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增強(qiáng)了動(dòng)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(jì)有了很大提高，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，可以說得是困難重重，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)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。此次課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多課內(nèi)學(xué)不到的東西，比如獨(dú)立思考解決問題，出現(xiàn)差錯(cuò)的隨機(jī)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(xiàng)目。最后感謝老師在百忙的工作中為我修改論文，指出錯(cuò)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(jì)》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(jì)（第三版）》 王毓銀 高等教育出版社 2005 《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)》 崔葛瑾 同濟(jì)大學(xué)出版社 2005
《數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)》 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(jì) 實(shí)驗(yàn) 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(shí)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(shí)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(gè) 74LS148 1個(gè) 74LS48 6個(gè) 74LS192 2個(gè) 74LS160 2個(gè) 74LS126 1CD4023BCM 1DM7402N 1555定時(shí)器 3揚(yáng)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(jì)競賽搶答器 210μF電解電容 10.01μF瓷片電容 1導(dǎo)線 若干個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè)
個(gè)
個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè) 個(gè)
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