智力競賽搶答裝置實驗報告
一、實驗目的
1、學習數位電路中D觸發器、分頻電路、多諧振盪器、CP時鐘脈衝源等單元電路的綜合運用;
2、熟悉智力競賽搶答器的工作原理;
3、瞭解簡答數字系統設計、除錯及故障排除方法。
二、實驗原理
下圖為四人用的智力競賽搶答裝置線路,用以判斷搶答優先權。
智力競賽搶答器裝置原理圖
圖中F1為四D觸發器74LS175,它具有公共置0端和公共CP端,引腳排列間附錄;F2為雙4輸入與非門74LS20;F3是由74LS00組成的多諧振盪器;F4是由74LS74組成的四分頻電路;F3、F4組成搶答器中的CP時鐘脈衝源。搶答開始時,由主持人清除訊號,按下復位開關S,74LS175的輸出Q1~Q4全為0,所有發光二極體LED燈均熄滅,當主持人宣佈“搶答開始”後,首先做出判斷的參賽者立即按下開關,對應的發光二極體點亮,同時,通過與非門F2送出訊號鎖住其餘3個搶答者的電路,不再收受其
他訊號,直到主持人再次清除訊號為止。
三、實驗裝置與器件
(1)+5V直流電源
(2)邏輯電平開關
(3)邏輯電平顯示器
(4)雙蹤示波器
(5)數字頻率計
(6)直流數字電壓表
(7)74LS175,74LS20,74LS74,74LS00
四、實驗內容
(1)測試各觸發器及各邏輯閘的邏輯功能。測試方法參照數位電子技術基礎實驗的有關內容,判斷器件的好壞。
(2)按圖10-1接線,搶答器五個開關接實驗裝置上的邏輯開關,發光二極體接 電平顯示器。
(3)斷開搶答器電路中CP脈衝源電路,單獨對多諧振盪器F3及分頻器F4進行除錯,調整多諧振盪器10kΩ電位器,使其輸出脈衝頻率約4kHz,觀察F3和F4輸出波形及測試其頻率。
(4)測試搶答器電路功能。接通+5V電源,CP端接實驗裝置上連續脈衝源,取重複頻率約1kHz。
1)搶答開始前,開關K1,K2,K3,K4均置“0”,準備搶答,將開關S置“0”,發光二極體全熄滅,再將S置“1”。搶答開始,K1,K2,K3,K4某一開關置“1”,觀察發光二極體的亮、滅情況,然後再將其他三個開關中任一個置“1”,觀察發光二極體的亮、滅有否改變。
2)重複1)的內容,改變K1,K2,K3,K4 任一個開關狀態,觀察搶答器的工作情況。
3)整體測試。試開實驗裝置上的連續脈衝源,接入F3和F4,再進行實驗。
五、設計報告
(1) 若在圖10-1 電路中加一個計時功能,要求計時電路顯示時間精確到秒,最多限制為2min,一旦超過限時,則取消搶答權,電路如何改進?
(2) 分析智力競賽搶答裝置各部分功能及工作原理。
(3) 總結數字系統的設計、除錯方法。
(4) 分析設計中出現的故障及解決辦法。
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