电子技术自主设计实验报告 ——四人抢答器
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自主设计实验
5.6智力竞赛抢答器设计
1.实验目的
1)熟悉74LS174 D触发器的管脚排列及功能。
2)熟悉74LS00、74LS20与非门的管脚排列及功能。
3)设计相应的电路图,标注元器件参数,并进行实验。
2.总体设计方案或技术路线
利用74LS175 D触发器设计供四人用的智力竞赛抢答器,用以判断抢答优先权。
抢答开始之前,由主持人按下复位开关清除信号,所有的指示灯和数码管均熄灭。当主持人宣布“开始抢答”后,首先做出判断的参赛者立即按下按钮,对应的指示灯点亮,同时数码管显示该选手的序号,而其余三个参赛者的按钮将不起作用,信号也不再被输出,直到支持人再次清除信号为止。
数码管显示要求利用试验箱上的CD4511数码管实现。
但由于没有买到74LS175 D 触发器,故选择了74LS174 D触发器为六上升沿D触发器来替代作为实验中的主要器件。74LS174 D触发器输出仅有Q没有Q__,为实现功能通过74LS04非门或74LS00与非门来实现。
3.实验电路图
(1)芯片管脚排列图
74LS174
(2)初步设计电路(3)改进后电路
完全用芯片连接
4. 仪器设备名称、型号
1)直流稳压电源 1台
2)数字万用表 1只
3)EEL-69模拟、数字电子技术实验箱 1台
74LS174D触发器,74LS00、74LS20与非门,74LS04非门,CD4511数码管,电阻,电容,导线若干。
5.理论分析或仿真分析结果
(1)理论分析
清零端R__D和时钟脉冲C是六个D触发器共用的。
抢答前先清零,1Q-4Q均为“0”,相应的发光二极管LED1-LED4都不亮;1Q__-4Q__均为“1”,与非门G1输出为“0”,扬声器不响。同时G2输出为“1”,将G3打开,时钟脉冲C可以经过G3进入D触发器的C端。此时,由于S1-S4均未按下,1D-4D均为“0”,所以触发器的状态不变。
抢答开始,若S1首先被按下,1D和1Q均变为“1”,相应的发光二极管LED1亮;1Q__变为“0”,G1的输出为“1”,扬声器发响。同时G2输出为“0”,将G3封闭,时钟脉冲C便不能经过G3进入D触发器。由于没有时钟脉冲,因此再次接着按下其他按钮,就不起作用了,触发器的状态不改变。
抢答判断完毕,由主持人清零,准备下次抢答。
(2)仿真结果
开始运行
主持人按下清零键J5
开始抢答(设选手2抢答成功,即J2闭合)
可以看到数码管显示2,LED2亮,此时再按其他按钮(如J3)
可观察到,按下J2,J2弹起后,再按J3按钮,数码管和LED显示都不变化,即选手2抢答后,其他选手再按抢答器无效。
直到主持人按下清零按钮J5
重新开始抢答。
6.详细实验步骤及实验结果数据记录(包括各仪器、仪表量程及内阻的记录)
(1)按上述电路图连线,为使电路简单易于排查错误,先不连接数码管和扬声器,仅连接发光二极管LED,通过他们看电路运行结果,其中R__D由于逻辑开关不够,通过数据开关K1实现。
(2)连接电路后,接通电源,将数据开关K1置于高电平,置零是先将其置于低电平再改为高电平,完成置零,此时,LED应均不亮,然后按下任意逻辑开关,观察对应LED的显示情况,应该达到相应LED亮,其余LED 不变即不亮,此时再按任意的逻辑开关LED都不变化,即达到了一旦一位选手抢答了则其他选手不能再答题的功能。此时说明电路连接正确。(3)加上数码管和扬声器,数码管按如图所示电路连线,连接好后接通电源,并试运行电路,可看见数码管的数字显示和LED显示和逻辑开关相对应,说明至此电路连接正确。断开电源,进入扬声器的连接,按如图所示连接扬声器,接通电源,试运行,若选手抢答,即按下其中一个逻辑开关,则扬声器响,完成所需功能。
7.实验结论
通过电路设计和连接完成了要求的简单四人抢答器的功能,同样的原理,可增加抢答人数至所需人数。
8.实验中出现的问题及解决对策
(1)没有找到74LS175 D触发器,故选择了74LS174 D触发器为六上升沿D触发器来替代作为实验中的主要器件,此实验中芯片还有两组端口闲置。。74LS174 D触发器输出仅有Q 没有Q__,为实现功能通过74LS04非门或74LS00与非门来实现。
(2)数码管显示与LED没对应上,LED1亮对应显示“5”,LED2亮对应显示“6”,LED3亮对应显示“7”,LED4亮对应显示“8”,都不亮对应显示“4”与所需要的不相符,检查数码管设计和连线,做出改动,在数码管C端口输入处加了一个非门,则达到都不亮对应“0”,LED1亮对应显示“1”,以此类推。
(3)按最初想法连上扬声器后,发现功能没实现,接低频时钟信号时,LED和数码管显示仅维持一个时钟周期,就再次置零,可以开始下一次选择,若接的是高频信号,则在LED 和数码管显示中,我们能观察到的就是,仅按下逻辑开关时,LED和数码管显示,一松手就清零,经排查是因为按最初接法,扬声器电阻很小,相当于把G1输出端接地,则恒为“0”,G3的输入为“1”,与非门G3的输出结果仅与时钟信号有关,故没当始终上升沿来到时就将触发,而逻辑开关是按钮,除了按下瞬间都为断开,故触发器清零。改变扬声器接法,完成电路。
9.本次实验的收获和体会、对电路实验室的意见或建议
在连接电路前要先检查导线是否完好,否则用到的导线多,若有一根是坏的就难以排查电路问题。
可以分步连接电路,易于排查问题。
很多芯片都可以找到替代品实现所需要的功能。
10.参考文献