數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)_八路搶答器

1、數(shù)字電子技術(shù)課 程 設(shè)計(jì) 任 務(wù) 書專 業(yè) 班 級(jí) 姓 名 學(xué) 號(hào) 指 導(dǎo) 老 師 年月日學(xué)院目錄 摘要第1章 設(shè)計(jì)技術(shù)要求第2章 系統(tǒng)的組成框圖及工作原理第3章 單元電路設(shè)計(jì) 1.1 搶答電路的設(shè)計(jì) 1.2 定時(shí)電路的設(shè)計(jì) 1.3 報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 1.4 時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)第4章 整機(jī)電路的設(shè)計(jì)第5章 元件清單第6章 參考文獻(xiàn)第7章 設(shè)計(jì)總結(jié)摘要 進(jìn)入21世紀(jì)越來(lái)越來(lái)多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學(xué)校和電視臺(tái)等單位常舉辦各種智力競(jìng)賽, 搶答記分器是必要設(shè)備。主要介紹了數(shù)碼顯示八路搶答器電路的組成、設(shè)計(jì)及功能，電路采用74系列常用集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。該搶答器除具有基本的搶答功能外

2、，還具有定時(shí)、計(jì)時(shí)和報(bào)警功能。主持人通過(guò)時(shí)間預(yù)設(shè)開關(guān)預(yù)設(shè)供搶答的時(shí)間，系統(tǒng)將完成自動(dòng)倒計(jì)時(shí)。若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)有人搶答，則計(jì)時(shí)將自動(dòng)停止；若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無(wú)人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響，提示主持人本輪搶答無(wú)效，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，若超過(guò)搶答時(shí)間則搶答無(wú)效。該搶答器主要運(yùn)用到了編碼器，譯碼器和鎖存器：它采用74LS148來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答器的選號(hào)，采用74LS279芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)號(hào)碼的鎖存，采用74LS192實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制的減法計(jì)數(shù)，采用555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)來(lái)共同實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能。關(guān)鍵詞: 搶答器 編碼 譯碼 定時(shí) 報(bào)警第1章 設(shè)計(jì)技術(shù)的要求（1） 設(shè)計(jì)8路搶答器，編號(hào)與參賽選手一一對(duì)應(yīng)。（2） 具有優(yōu)先顯示搶答序

3、號(hào)及時(shí)間的功能并禁止其他選手的搶答。（3） 主持人預(yù)置搶答時(shí)間，控制比賽的開始與結(jié)束。（4） 報(bào)警電路：主持人按下“開始”鍵時(shí)報(bào)警并進(jìn)入搶答狀態(tài)；當(dāng)搶答者發(fā)出搶答信號(hào)時(shí)報(bào)警提示；在規(guī)定搶答終止時(shí)間到時(shí)報(bào)警。第2章 系統(tǒng)的組成框圖及工作原理?yè)尨鹌鞯慕M成框圖 系統(tǒng)的工作原理 如圖所示電路包括主體電路和擴(kuò)展電路兩部分。其中主體電路完成基本的搶答功能，即主持人按下控制開關(guān)后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示選手編號(hào)，同時(shí)封鎖輸入電路，其他選手搶答無(wú)效。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能以及報(bào)警功能。電路的工作過(guò)程是：接通電源后，主持人將控制開關(guān)置于“清除”處，此時(shí)搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，選手不能進(jìn)行搶答，定時(shí)顯示器

4、顯示設(shè)定的時(shí)間（30s），當(dāng)主持人將控制開關(guān)置于 “開始”時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，搶答器處于工作狀態(tài)，同時(shí)定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，電路要完成以下功能： （1）優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后通過(guò)譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號(hào)；（2）揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響；（3）控制電路對(duì)其余輸入編碼進(jìn)行封鎖，禁止其他選手進(jìn)行搶答；（4）控制電路要使定時(shí)器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時(shí)間，當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)進(jìn)行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)將報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后

5、搶答。第三章 電路設(shè)計(jì)3.1搶答電路的設(shè)計(jì)搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無(wú)效。選用優(yōu)先編碼74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能。其電路組成如圖3-1所示。其工作原理是：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時(shí)，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端（4Q1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人將開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，既搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待

6、輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號(hào)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時(shí)74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后，74LS148的YEX高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號(hào)仍不會(huì)被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完

7、問(wèn)題后，主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。圖3-1搶答電路3.2定時(shí)電路的設(shè)計(jì)74LS48的7，6，2，3引腳接受來(lái)自74LS192的輸出信號(hào)并把它譯碼 顯示在數(shù)碼管上。74LS192的9，10，11，15引腳完成時(shí)間設(shè)定功能，本設(shè)計(jì)要求定時(shí)30秒，所以把左邊的芯片的1，15引腳接高電位，期于的全接低位，使的初始時(shí)間設(shè)定為30秒。555芯片完成產(chǎn)生秒脈沖的功能。工作過(guò)程為：搶答開始前，74LS192的置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為30，5引腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖沖推動(dòng)右邊的芯片開始倒記時(shí)，同時(shí)右邊芯片產(chǎn)生的信號(hào)做為左邊芯片的CP信號(hào)推動(dòng)左邊的芯片倒記

8、時(shí)，完成十進(jìn)制的倒記時(shí)功能。當(dāng)有人搶答后1Q的輸出為1，經(jīng)過(guò)非門后變?yōu)?，通過(guò)與門屏蔽了秒信號(hào)，停止記時(shí)，完成顯示搶答時(shí)間的功能。當(dāng)記到了30秒時(shí)，左邊的芯片產(chǎn)生的定時(shí)到信號(hào)輸出為低電位，也屏蔽了秒信號(hào)，使得數(shù)碼管顯示為00。如圖3-2。圖3-2定時(shí)電路3.3報(bào)警電路的設(shè)計(jì)由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖3-3所示：圖3.3 報(bào)警電路其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：f0=1/(R1+2R2)*C*ln2=1.43/(R1+2R2)*C其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。PR為控制信號(hào)，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。3.4時(shí)序電路的設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)

9、的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能： 主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)，當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。根據(jù)上面的功能要求以及圖3.1和圖3.2，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖3.4所示： 圖3.4(A) 搶答與定時(shí)電路的時(shí)序控制電路圖3.4(B) 報(bào)警電路的時(shí)序控制電路圖中，門G1的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸入使能端ST。圖3-4（a）的工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清零”位置撥到“開始”位置時(shí)，來(lái)自

10、于圖3-1中的74LS279的輸出CTR=0，經(jīng)G3反相，A=1，則從555輸出端來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，來(lái)自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BO2=1，門G2的輸出ST=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求；當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，CTR=1，經(jīng)G3反相，A=0，封鎖CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持狀態(tài)，門G2的輸出ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求；當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，來(lái)自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BO2=0，門G2的輸出ST=1，74LS148處于禁止工作

11、狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答，門G1同時(shí)處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號(hào)，使定時(shí)電路為00狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求，74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間。第四章 整體電路的設(shè)計(jì)4.1 總體電路原理相關(guān)說(shuō)明 經(jīng)以上單元電路的設(shè)計(jì)，可以得到定時(shí)搶答電路的整機(jī)電路。 嚴(yán)格根據(jù)八路智力競(jìng)賽搶答器的總體方框圖的指引再結(jié)合競(jìng)賽搶答器的搶答電路，定時(shí)電路，報(bào)警電路 ，控制電路繪制出總體電路！ 接通電源后， 主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。 當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，選擇器分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示譯碼電路用并且使其它選手按鍵操作無(wú)

12、效。之后揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。 當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作?？傮w電路原理圖如下：第五章 元件清單序號(hào)名 稱型 號(hào)數(shù)量備 注1七段譯碼器74LS4832十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器74LS19223555定時(shí)器CB55524優(yōu)先編碼器74HC14815單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS12116RS鎖存器74LS279 17與非門74LS20 1每個(gè)芯片有4個(gè)兩輸入端的與非門8與非門74LS031每個(gè)芯片有4個(gè)三輸入端的與非門9反向器74LS04 1每個(gè)芯片有6個(gè)非門10三極管2N2219A111電阻ROHM 1100K12電阻ROHM 215K13電阻R

13、OHM 910K14電阻ROHM 268K15電阻ROHM 21K16電阻ROHM 351017電容16CE470AX 1100uF18電容16CE470AX 210uF20電容16CE470AX 10.01uF19揚(yáng)聲器BUZZER119開關(guān)DIPSW4120共陰極顯示器321搶答按扭DIPSW4 822發(fā)光二極管A694B 2第六章 參考文獻(xiàn)【1】 康光華主編.電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）.高等教育出版社【2】 閻 石主編.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社 【3】 趙淑范 王憲偉.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).清華大學(xué)出版社.2006【4】 錢培怡.電子電路實(shí)驗(yàn)及課程設(shè)計(jì).西安電子科技大學(xué)出版社

14、.1992【5】王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)（第三版）.高等教育出版社.1999【6】肖景和主編.數(shù)字電路應(yīng)用300例 中國(guó)電力出版社第七章 設(shè)計(jì)總結(jié)本次電子課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)將理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合，既考查了對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，反映了實(shí)際動(dòng)手能力，更主要的是考查了同學(xué)對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維能力，為今后的發(fā)展提供了一次良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。針對(duì)課設(shè)題目八路搶答器，一開始還沒(méi)有頭緒，不會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，但通過(guò)上網(wǎng)查閱各種類似的設(shè)計(jì)，去圖書館翻閱相關(guān)設(shè)計(jì)書籍，查閱所提供的芯片功能，確定基本設(shè)計(jì)方案，又通過(guò)仿真驗(yàn)證試驗(yàn)方案的可實(shí)行性，雖說(shuō)比較煩雜但卻對(duì)設(shè)計(jì)一個(gè)電路有了基本的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)也使自己認(rèn)識(shí)到：1、 設(shè)計(jì)思路是整個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂在設(shè)計(jì)之前，我感覺(jué)到了自己的才疏學(xué)淺！自己都不知道做個(gè)什么設(shè)計(jì)，一點(diǎn)方向都沒(méi)有。好在現(xiàn)在有網(wǎng)絡(luò)資源，通過(guò)查看了好多設(shè)計(jì)之后決定了做“八路搶答器的