数字电路与逻辑设计综合设计.ppt

（1-1）,数字电路与逻辑设计综合设计,课题1 4人智力竞赛抢答器,课题2 数字频率计,课题3 汽车尾灯控制电路,（1-2）,课题1 4人智力竞赛抢答器,设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器，具体要求如下： 1、4名选手编号为；1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。 2、给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（编号显示、数码管熄灭）和抢答的开始。 3、抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在编号显示器上显示该编号，扬声器给出音响提示，同时封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。,一、设计内容及要求：,（1-3）,一、设计内容及要求：,4、抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，要求定时器开始倒计时，并用定时显示器显示倒计时时间，同时扬声器发出音响，音响持续0.5秒。参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，此时扬声器发出0.5秒音响，同时定时器停止倒计时，显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。 5、如果定时抢答时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续0.5秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。,（1-4）,二、系统原理框图,（1-5）,三、工作原理,电路由脉冲产生电路，锁存电路，编码及译码显示电路，倒计时电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经4线7段译码器将数字显示在显示器上，同时产生相应的音响效果。 主持人按开始键时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止。,（1-6）,四、 单元电路设计参数计算及元器件选择,1. 显示电路 此电路是以BCD-7段译码器和LED数码显示管构成。电路如下图：,（1-7）,四、 单元电路设计参数计算及元器件选择,2. 编码电路 编码器的作用是把锁存器的输出转化成8421BCD码，送给7段显示译码器。其真值表为：,可得逻辑函数如下：,（1-8）,封锁电路,编码电路,（1-9）,四、 单元电路设计参数计算及元器件选择,3. 脉冲产生电路,该电路的作用是产生触发器所需的CP脉冲，由于电路对脉冲的精确度要求不是很高，所以采用555定时器构成的多谐振荡器，电路及波形如下图所示：,（1-10）,四、 单元电路设计参数计算及元器件选择,4. 锁存器电路,该电路的作用是捕捉按键按下的阶跃信号并锁存。电路如下图所示：,如何提高捕捉按键的精度？,（1-11）,四、 单元电路设计参数计算及元器件选择,5. 倒计时显示电路,该电路使用十进制计数器74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，直到零时停止。电路图如下所示：,如何使计数器计到0时自动停下来？ 如果需要显示十位数如何进行设计？,（1-12）,四、 单元电路设计参数计算及元器件选择,5. 倒计时显示电路,遇“0”自停计数控制电路。,（1-13）,四、 单元电路设计参数计算及元器件选择,6. 音响电路,（1-14）,五、总电路图,（1-15）,五、总电路图,几点说明： 封锁锁存器时钟脉冲的条件：当有人抢答即74LS175有输出；计数器计到零时。 音响电路发出声响的条件：主持人按下开关宣布竞赛开始、有选手抢答和计数器计到“0”时。 实现该电路的方案有多种，如使用不同的门电路和触发器、使用PLD、使用MCU等均可实现。,（1-16）,五、总电路图,存在问题和改进措施： 不适用于大于4人的竞赛，如何扩展？ 音响电路发出声响单一，如何改进？ 抢答控制精度太低，如何提高？ 抢答定时时间太短，如何延长？ 若用于竞赛现场，还有那些问题需要考虑？,（1-17）,六、系统接线图,抢答控制器,电源电路,（1-18）,七、应注意的工程问题,元器件选择和购买：要考虑功能、性能指标、价格。例如译码器的选择主要考虑其输出电平与LED显示器的连接方式是否匹配；译码器输出端的最大输出电流，是否大于LED段的工作电流；哪里可以买到，价格是否最优等。 是否要求较低的显示功耗，若需要就必须考虑分时显示驱动方式； 如果要求音响的声音较大，也需要考虑增加功率驱动；如果对音质有要求，可以采用音乐IC或可读写的语音IC；,（1-19）,七、应注意的工程问题,如何选择？如何连接？,（1-20）,七、应注意的工程问题,供电电压、功率和电源的电路形式要根据实际需要合理选择；若电源选择不当，往往会导致系统性能下降，甚至不能正常工作； 印刷电路板的设计要遵循布线规则；尽可能等所有元器件（特别是特殊元器件）全部到位后才开始布板； IC插座、接插件尽量少用，系统设计模块化，尽量减少板件和板件之间的连接线数量，注意根据信号的类型正确选择合适的导线。 安装、焊接技术一定要熟练掌握，尽可能做到准确无误，不假焊、不虚焊； 正确选用滤波电路是电路稳定工作的重要条件。,（1-21）,七、应注意的工程问题,调试时先单元后全局；单元电路调试时，往往需要根据系统的实际情况创造输入、输出测试条件，模仿全局环境，以获得尽可能接近工程实际的工作条件。 进行全局（或系统）调试时，注意整合各单元电路的资源，在不影响系统功能的前提下，尽可能简化电路结构； 正确选择和使用测量仪器，注意直流和交流、模拟和数字、高频和低频、正弦波和非正弦波的区别；注意仪器的准确度是否满足测量精度的要求； 能用集成电路的不用分立元器件，能用数字电路不用模拟电路，能用智能芯片不用通用芯片；在条件允许的情况下，尽可能使用现成的功能模块。,（1-22）,八、 参考文献,1 康华光主编，电子技术基础（数字部分），高等教育出版社 2 蔡声镇、吴允平主编，电子技术基础实践（技能篇），福建科技出版社 3 蔡声镇、吴允平主编，电子技术基础实践（实验篇），福建科技出版社 4 / 5 / 6 / 7 /,（1-23）,课题2 数字频率计,一、设计内容及要求： 要求设计一个简易的数字频率计，其信号是给定的脉冲信号，且比较稳定的。 1. 测量信号:矩形波 ； 2. 测量频率范围: 1Hz9999Hz ; 10KHz10MHz; 3. 显示方式: 4位十进制数显； 4. 时基电路由 555 定时器及分频器组成, 555 振荡器产生脉冲信号,经分频器分频产生的时基信号,其脉冲宽度分别为: 1s, 0.1s; 5.当被测信号的频率超出测量范围时,报警.,（1-24）,二、 设计思路及原理,（1-25）,课题3 汽车尾灯控制电路,一、设计内容