三路搶答器的設(shè)計

課程設(shè)計說明書課程名稱：數(shù)字邏輯設(shè)計及應(yīng)用 題目：三路搶答器的設(shè)計 學(xué)生姓名：專業(yè)：信息顯示與光電技術(shù)班級：11090401學(xué)號：指導(dǎo)教師：日期：2012年6月24日課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目三路搶答器的設(shè)計二、主要內(nèi)容及要求要求實現(xiàn)邏輯功能：1?搶答器同時供3名選手或3個代表隊比賽，分別用3個按鈕S1~S3表示。2?設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)SO,該開關(guān)由主持人控制。搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示,同時揚聲器發(fā)出音樂提示。先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。下一答題環(huán)節(jié)，主持人按下復(fù)位鍵，搶答器再次處于可搶答狀態(tài)。三、進(jìn)度安排6月14日選題,確定設(shè)計內(nèi)容；6月15日設(shè)計電路,實現(xiàn)相應(yīng)邏輯功能6月24日導(dǎo)師指導(dǎo)并答辯；6月26日提交紙質(zhì)設(shè)計論文。四、總評成績目錄―、設(shè)計任務(wù)與要求 二、方案設(shè)計與論證.4.1、分解任務(wù)要求.4.\o"CurrentDocument"2、主要單元電路 5\o"CurrentDocument"2.1二輸入4與非門74LS00 5\o"CurrentDocument"2.2三輸入3與非門74LS10 6\o"CurrentDocument"四D觸發(fā)器74LS175 7.\o"CurrentDocument"555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器 8\o"CurrentDocument"2.5搶答器按鍵部分 1.0.\o"CurrentDocument"2.6搶答器指示及發(fā)聲部分 1.03、主電路設(shè)計 三、仿真調(diào)試與分析 四、結(jié)論與心得.1.3五、參考文獻(xiàn).1.3三路搶答器的設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)與要求主持人能通過復(fù)位鍵將搶答器置于重新?lián)尨馉顟B(tài)。選手按下?lián)尨鹌?，二極管發(fā)光，揚聲器響起。最先按下?lián)尨鹌鞯耐瑫r通過與非門電路將搶答信號反饋回來，鎖住搶答器主體，獲得答題權(quán)。下一答題環(huán)節(jié)，主持人按下復(fù)位鍵，搶答器再次處于可搶答狀態(tài)。二、方案設(shè)計與論證1、分解任務(wù)要求二輸入4與非門74LS00三輸入3與非門74LS10四D觸發(fā)器74LS175555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器搶答器按鍵部分搶答器指示部分

2、主要單元電路2.1二輸入4與非門74LS0074LS00有外部14個管腳，內(nèi)部由四個二輸入與非門電路構(gòu)成?，F(xiàn)取其中一個列其功能表：表2-1二輸入與非門功能表Y=表2-1二輸入與非門功能表Y=AB2.2三輸入3與非門74LS10圖2-2三輸入3與非門74LS00的內(nèi)部邏輯圖74LS10有外部14個管腳，內(nèi)部由三個三輸入與非門電路構(gòu)成?，F(xiàn)取其中一個列其功能表：Y=ABC表2-2三輸入與非門功能表輸A00001111B00110011入C01010101輸出Y1111111002?3四D觸發(fā)器74LS175VccQ3^3D3Dg至Q?CP詞而冋冋冋冋而|Tl||2||3||4||5||6| |了||8MRQoUoDoDi?QnGND圖2-374LS175引腳圖圖2-4四D觸發(fā)器邏輯圖四D觸發(fā)器，顧名思義，是由四個觸發(fā)器構(gòu)成，并且這四個觸發(fā)器為上升沿觸發(fā)，其功能表為：表2-3四D觸發(fā)器74LS175的功能表輸入輸出RdCPDiD2D3D4Q1Q2Q3Q4LXXXXXLLLLHDiD2D3D4DiD2D3D4HHXXXX保持HLXXXX保持2.4555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器2.4.1555定時器555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器因此集成555定時被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。555定時器的內(nèi)部包括兩個電壓比較器，三個等值串聯(lián)電阻，一個RS觸發(fā)器，一個放電管T及功率輸出級。它提供兩個基準(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC/3。2.4.2555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器555定時器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成555定時被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測量與控制等方面。用555定時器組成的多諧振蕩器如圖3.4.2所示。接通電源后，電容C被充電，當(dāng)vc上升到2VCC/3錯誤！未找到引用源。時，使vo為低電平，同時放電三極管TD導(dǎo)通，此時電容C通過R2和TD放電，vc下降到VCC/3時，vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C放電所需時間為：t二RCln2Q0.7RCpL22當(dāng)放電結(jié)束時，TD截止，Vcc將通過Rl、R2向電容充電，vc由VCC/3錯誤！未找到引用源。上升到2VCC/3所需的時間為：t=(R+R)Cln2o0.7(R1+R2)CpHl2當(dāng)vc上升到2VCC/3錯誤！未找到引用源。時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此循環(huán)往復(fù)，在輸出端得到一個周期性的矩形波。其振蕩頻率為：f=1/(t+t)Q1.43/[(R+R)C]pL pH l2其振蕩周期為:T=1/f(=R+R)C/1.4312由于555定時器內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，用555定時器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響較小。a)(b)圖2-6555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路及工作波形

(a)電路圖(b)工作波形

2.5搶答器按鍵部分在本電路中，需要三位選手各一個搶答按鍵和主持人一個復(fù)位按鍵?？紤]到

搶答器實際需要，在此不采用單刀雙擲開關(guān)，因為單刀雙擲開關(guān)在選手搶答之后

需要手動扳回，增加了操作的復(fù)雜性。所以選用可復(fù)位按鍵，以減少操作流程。（a）（b）圖2-7搶答器按鍵部分（a）搶答部分（b）復(fù)位鍵如圖（a）所示，選手按鍵區(qū)，在常態(tài)下，SI、S2、S3處于斷開狀態(tài)，輸出端接地處于低電平。當(dāng)按鍵按下去時接通電源，由于電阻R7、R8、R9的作用，輸出端會輸出高電平。松開按鍵，輸出端再次變?yōu)榈碗娖?。圖（b）,常態(tài)下Rd端通過電阻R6接通5V電源，從而接收到高電平。當(dāng)按下S0鍵，Rd端直接接地,變?yōu)榈碗娖叫盘枴Ｋ砷_SO,Rd再次變?yōu)楦唠娖健?.6搶答器指示及發(fā)聲部分圖2-8搶答器指示及發(fā)聲部分R5R4圖2-8搶答器指示及發(fā)聲部分R5R41K1KR1120K搶答器指示部分主要有指示燈顯示對應(yīng)的作出搶答的選手，和發(fā)聲部分。其中指示燈選取三個發(fā)光二極管接在相應(yīng)的電路中，發(fā)聲功能則選取一個揚聲器來完成。鑒于74LS175輸出電壓較小，并且通過電阻和二極管的管壓降效應(yīng)，導(dǎo)致?lián)P聲器的電壓更小，從而無法驅(qū)動負(fù)載。所以在揚聲器的發(fā)生部分加上一個三極管放大電路，保證揚聲器能夠正常工作。3、主電路設(shè)計SIS2S310-+5DOd1.Kso&!R1120KRIOIKD3D2DIR5IKR3IKR8HR9IKIJ1K二勺SIS2S310-+5DOd1.Kso&!R1120KRIOIKD3D2DIR5IKR3IKR8HR9IKIJ1K二勺OuFGND￡J.OluFR15.1KPR25.1KP74LS175■b||lOOuFDISOjhOUTDQthr，TRIGCVOLTNE555PC三、仿真調(diào)試與分析

R7C3R6R5R4ARlAU22DOvccAD2D33r?DCC26爭3QOQOQIqT□2Q2Q3Q3R9R1aTRSTHR8ZEyTBO^T4LSO]-=TEK13-刖EAKERyTE：6R31kR7C3R6R5R4ARlAU22DOvccAD2D33r?DCC26爭3QOQOQIqT□2Q2Q3Q3R9R1aTRSTHR8ZEyTBO^T4LSO]-=TEK13-刖EAKERyTE：6R31kyTEO>U3:Avcc74S175vTE：eirmF1/Q1UPS6521-=TE>：T-1EEIF-=TEK13-NE555 9LKMRU3:BTiLaUvccU4:A7iLS12yTE<T>搶答前，DI、D2、D3和QI、Q2、Q3均處于低電平狀態(tài)，Q1、Q2、Q3處于高電平狀態(tài)，所以三者通過一個三輸入與非門，再經(jīng)過一個二輸入與非門之后處于高電平狀態(tài)，這個高電平和多諧振蕩器通過一個開始搶答時，按下?lián)尨疰IS1,此時四D觸發(fā)器D1接收到一個高電平信號，和多諧振蕩器匯合通過一個與非門之后，仍然為高低電平的振蕩波形，并輸送至74LS175的CP端。搶答開始時，按下S1鍵，此時74LS175的D1端接收到一個高電平信號，D1、D2、D3狀態(tài)為H、L、L，經(jīng)CP端觸發(fā)Q1、Q2、Q3狀態(tài)也為H、L、L，Q1將高電平信號輸送至相應(yīng)的指示燈（二極管），指示燈亮，揚聲器發(fā)聲；此時，Q1、Q2、Q3狀態(tài)為L、H、H,經(jīng)過兩個與非門得到低電平，與多諧振蕩器匯合通過一個與非門得到一個持續(xù)的高電平，并輸送至74LS175的CP端，當(dāng)CP端不再變化時,四D觸發(fā)器74LS175處于保持狀態(tài)，S2與S3再按下時，四D觸發(fā)器不再響應(yīng)。搶答結(jié)束，主持人按下復(fù)位鍵S0，四D觸發(fā)器RD端接收到低電平信號，74LS175清零。松開按鍵SO,RD端接收到高電平信號，搶答器復(fù)位至搶答前的狀態(tài)，可以進(jìn)入下一搶答環(huán)節(jié)。四、結(jié)論與心得通過此次課程設(shè)計，是我的能力有了一定程度的提高，并且在數(shù)字邏輯電路技術(shù)和理論基礎(chǔ)上有了更深的了解。通過在設(shè)計過程中的發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，增長了許多寶貴經(jīng)驗。鞏固了本學(xué)期學(xué)的數(shù)字電路知識。通過設(shè)計這個簡易三路搶答器，對邏輯電路有了更近一步的了解。通過查閱文獻(xiàn)資料，提高了文件檢索和查找數(shù)據(jù)手冊的能力。通過畫原理圖，復(fù)習(xí)了Protel軟件的使用。同時又發(fā)現(xiàn)自己的許多不足之處，一些