电气电子毕业设计205湖南工学院四路数字抢答器设计
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电气电子毕业设计205湖南工学院四路数字抢答器设计,毕业设计论文
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1 湖南工学院 数字电子线路课程设计 课题：四路数字抢答器 班级： 电信系 通信 0501 班 设计人 : 罗杰 学号： 405050138 同组人员：谢连杰 黎虎 张泽亮 罗杰 设计时间 : 2007-06-25 nts 2 前 言 众所周知，数字电子技术基础是高等学校弱电类各专业的一门重要的技术基础课程。这门课程发展迅速、实用性和应用性强，侧重于逻辑行为的认知和验证。为了适应现代电子技术飞速发展的需要，进一步锻炼自己的动手实践能力，为此我们设计了本产品。通过本产品的设计，培养自己综合运用所学知识正确选用 集成器件进行逻辑设计和解决较复杂问题的能力，并逐步学会分析和排除小型数字系统一般故障的方法。 本书可供简单逻辑电路设计的设计者参考。 本书由姜剑萍、李栋、周清龙 3 人合作编写，在编写过程中，得到俞斌老师和电信系实验室各位老师的大力支持和帮助，在此向他们致以诚挚的谢意。同时对本书选用的参考文献的著作者表示衷心的感谢。 由于编者水平有限，书中难免有错误和不妥之处，敬请读者批评指正。 nts 3 目录 第 1 章 产品说明 4 第 2 章 方案的比较 ,选择与论证 5 2.1 系统总体功能，结构与方案的分析 5 2.2 设计方案的确定 6 2.2.1 优先编码电路模块 6 2.2.2 控制电路模块 6 2.2.3 锁存电路 6 2.2.4 显示译码电路模块 6 第 3 章 原理说明 7 3.1 电路设计 7 3.2 功能块介绍 8 3.2.1 8 线 3 线优先编码器 74LS148 8 3.2.2 四 RS 锁存器 74LS279 10 3.2.3 显示译码器 74LS48 11 3.2.4 七段译码显示器 12 3.2.5 功能扩展电路 14 附录 18 nts 4 第 1 章、 产品说明 抢答器是机关、学校、企业开展智力竞赛活动必不可少的设备，为了方便快捷的得到一款性能比较优越、价格低廉的抢答器。我们设计了这款多路智力竞赛抢答器，可同时供 4 名选手或 4个代表队参加比赛，编号为 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7，各用一个按钮；设置一个主持人控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。 本设计具有数据锁存功能和显示功能。抢答开始后，若有选手按动按钮，编号立即锁存，并在 LED数码管上显示选手的编号，同时灯亮提示。此外，封锁输入电路，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。 本设计所用的主要器件： 74LS148、 74LS279、 74LS48 各一片，发光二极管和 LED数码管各一个，电阻、开关及导线若干。 nts 5 第 2 章 、 方案的比较、选择与论证 2.1 系统总体功能、结构与方案的分析 本系统的目标为设计一个智力竞赛抢答器，该系统分为优先编码电路、锁存电路、译码电路、显示电路和控制电路。其功能包括优先编码功能、数据锁存功能和显示功能。 根据本系统要求达到的功能，可以将系统的总体结构框图描述如图 1 所示： 图 1 系统框图 接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；当节目主持人宣布抢答开始后，同时将开关打到“开始”位置，灯给出提示，抢答器处于工作状态。选手进行抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，琐存器 74LS279锁存、禁止二次抢答。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。 优先 编码电路 锁存 电路 译码电路 抢答按钮 显示电路 主持人开关控制 控制电路 nts 6 2.2 设计方案的确定 根据设计要求，系统可以分为四个模块（如图 1 所示），各个模块功能描述如下： 优先编码电路：允许同时输入数个编码信号，而电路只对其中优先级别最高的信号进行编码，而不会对级别低的信号编码。 控制电路：即能控制选手的抢答。 锁存电路：即抢答开始后，若有选手按动按钮，编号立即锁存。 显示译码电路：将二 -十进制代码译成相对应的输出信号。 各个模块的方案比较和确定如下： 2.2.1优先编码电路模块 根据电路工作原理可知，本模块选用 74LS148。 2.2.2控制电 路模块 根据 电路工作原理可知，本模块利用锁存电路的锁存功能进行控制。 2.2.3锁存电路 根据电路工作原理及实际情况，本模块选用 74LS279。 2.2.4显示译码电路模块 根据电路工作原理，本模块选用 74LS48 和七段数字显示器。 方案一、半导体数码显示器（ LED）。如图 2 所示为由七段发光二极管组成的数码显示器的外形，利用字段的不同组合，可分别显示出 0-9十个数字，如图 3所示。 abcdefgh9 8 7 62 3 4 5d c ( ) habcdefg( ) habcdefg( ) hR Rnts 7 图 2 七段半导体数码显示器及内部接法 图 3 LED 显示的数字 LED 的优点是工作电压较低、体积小、寿命长、工作可靠性高、响应速度快、亮度高。故本模块选用 LED。 方案二、液晶显示器（ LCD）。该种型号显示器的优点是功耗极小，工作电压低。但是它显示不够清晰，响应速度慢。 第 3 章 、原理说明 3.1 电路设计 参考电路如图 4所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关 S置于“清除”端时， RS 触发器的端均为，个触发器（ 74LS279）输出置，使74LS148处于工作状态。当 开关 S 置于“开始”时，抢答器处于等待工作状态。当有选手将键按下时（如按下 S5）， 74LS148的输出 为 101，经 RS锁存 1Q=1,2Q=0， 3Q=1； 74LS48处于工作状态， 3Q2Q1Q=101,经译码显示为“ 5”。此外， 4，使 74LS148 处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时 ,由于 4，使 ST，所以 74LS148 仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保 证了抢答者的优先性。如有再 2抢答需由主持人将开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答 。 abcdef bcabdegabcdg bcf gacdf gacdef gabcabcdef gabcdf gnts 8 图 4 多路数字 抢答器原理图 3.2功能块介绍 3.2.1 线线优先编码器 74LS148 根据表 1所示 74LS148 的真值表（编码表）对其逻辑功能说明如下： 该编码器有 8 个信号输入端， 3 个二进制码输出端，输入使能端Yex，输出使能端 ST 和优先编码工作状态标志 YS。其功能表如表 1所示。从功能表中可以看出当 Yex“ 0”时，编码器工作，而当 Yex“ 1”时，则不论 8 个输入端为何种状态，输出端均为“ 1”，且 YS端和 ST 端为“ 1”，编码器处于非工作状态 ,这种情况被称为输入低电平有效。 表 1 74LS148 的功能真值表 nts 9 图 5 8 线 -3 线优先编码器 74LS148逻辑图 nts 10 由图 5 得到 的输出逻辑表达式： 优先编码器 74LS148 的引脚图和符号图： 图 6 74LS148 的引脚图（ a）和符号图（ b 3.2.2 四 R-S 锁存器 74LS279 每片 74LS279中包含四个独立的用与非门组成的基本 RS触发器。其中第一个和 第三个触发器各有两个 Sd输入端 (S1和 S3)，在任一输入端上加入低电平均能将触发器置 1；每个触发器只有一个 Rd 输入端(R)。图 7(b)为第一个触发器的逻辑电路。 图 7 （ a） 逻辑符号（ b）单个触发器逻辑电路 I0I1I2I3I4I5I6I7SY0Y1Y2YEXYs976141510111213123457 4 L S 1 4 8123456787 4 L S 1 4 8161514131211109I4I5I6I7S ( E )Y2Y1G N DVCCYSYEXI3I2I1I0Y0( a ) ( b )nts 11 图 8 管脚图 3.2.3显示译码器 74LS48 译码器 74LS48 用作 BCD-七段显示数码管的译码电路。令A3A2A1A0 表示显示译码器输入的 BCD代码，以 Ya Yg表示输出 7位2 进制代码，并规定用 1 表示数码管中线段的点亮状态，用 0 表示熄灭状态 .其功能表如表 2 所示： 表 2 74LS48功能真值表 数 字 输 入 输 出 十进制 LT IER A3 A2 A1 A0 IB a b c d e f g 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 X 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 2 1 X 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 3 1 X 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 4 1 X 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 5 1 X 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 6 1 X 0 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 7 1 X 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 8 1 X 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 9 1 X 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 熄 灭 X X X X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 清 零 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 12345678 910111213141516GNDV CC1R1S 11S 21Q2R2S2Q 3R3S 24R4S3Q3S 14Qnts 12 3.2.4 七段译码显示器 分段式数码由分布在同一平面上若干段发光的笔画组成，如半导体显示器。半导体数码管 BS201A 半导体数码管是分段式半导体显示器件，其基本结构是 PN 结，即用发光二极管（ LED）组成字型来来显示数字。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称 LED 数码管或 LED 七段显示器。 BCD-七段显示译码器（ 74LS48）因为计算机输出的是 BCD 码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把 BCD 码转换成 7 段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的 BCD 码换成 7 段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为 “七段字型译码器 ”。 1）输入： 8421BCD 码，用 A3 A2 A1 A0 表示（ 4 位）。 2）输出：七段显示，用 Ya Yg 表示（ 7 位） 3）逻辑符号： A07 4 L S 4 8YaA1A2LTIB/ YBR712345123456781615141312111097 4 L S 4 8G N DVCCYfYgYaYbYcYdYeA2LT( a ) ( b )A3IBR6A1IB/ YBRIBRA3A0YbYcYdYeYfYgnts 13 七段显示译码器在数字测量仪表和各种数字系统中，都需要将数字量直观地显示出来，一方面供人们直接读取测量和运算的结果；另一方 面用于监视数字系统的工作情况。因此，数字显示电路是许多数字设备不可缺少的部分。数字显示电路通 常由译码器、驱动 器和显示器等部分组成，如图 5.3.5 所示。下面对显示器和译码驱动器分别进行介绍。 数码 显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。 数码的显示方式一般有三种：第一种是字形重叠式，它是将不同字符的电极重叠起来，要显示某字符，只须使相应的电极发 亮即可，如辉光放电管、边光显示管等。第二种是分段式，数码是由分布在同一平面上若干段发光的笔划组成，如荧光数码管等。第三种是点阵式，它由一些按一定规律排列的可发光的点阵所组成，利用光点的不同组合便可显示不同的数码，如场致发光记分牌。 数字显示方式目前以 分段式应用最普遍，图 5.3.6 表示七段式数字显nts 14 示器利用不同发光段组合方式，显示 0 15 等阿拉伯数字。在实际应用中， 10 15 并不采用，而是用 2 位数字显示器进行显示。 按发光物质不同，数码显示器可分为下列几类： （ 1）半导体显示器，亦称发光二极管显示器； （ 2）荧光数字显示器，如荧光数码管、场致发光数字板等；（ 3）液体数字显示器，如液晶显示器、电泳显示器等；（ 4）气体放电显示器，如辉光数码管、等离子体显示板等。 如前所述，分段式数码管是利用不同发光段组合的方式显示不同数码的。因此，为了使数码管能将数码所代表的数显示出来， 必须将数码经译码器译出，然后经驱动器点亮对应的段。例如，对于 8421 码的 0011 状态， 对应的十进制数为 3，则译码驱动器应使 a、 b、 c、 d、g 各段点亮。即对应于某一组数码，译码器应有确定的几个输出端有信号输出，这是分段式数码管电路的主要特点。 3.2.5 功能扩展电路 工作原理如图 C 所示。这是一个互补式振荡对称电路，它由两组两级放大器组成。接通电源时，由于 R11 比 R12 阻值要小， C1 比 C2的电容要大，则第一 先工作 。第一级 Q1 用 NPN 型硅三极管，集电极输出直接送到底二级的 Q2 的基极， Q2 采用 PNP 型锗三极管，集电极输出经 C1 与 R14 正反馈带 VT1 的基极。第二组由 Q3， Q4 组成，nts 15 其工作原 理与第一组相同。这种电路结构简单，容易起振，输出信号强，可以直接将低阻抗负载串在 Q4 和 Q2 的集电极电路中。它们的输出信号为非正玄电压。改变 C1， R14， C2， R16 都能改变其振荡频率。本电路闪光和声响间隔为 1 秒。 图： C nts 16 参考文献 1.杨志忠 . 数字电子技术 . 北京：高等教育出版社， 2000 2.清华大学电子学教研组编，阎石主编 .数字电子技术基础 .第四版 .北京：高等教育出版社， 1998 3.李世雄，丁康源 .数字集成电子技术教程 .北 京：高等教育出版社，1993 4.唐泽荷，段军政，王应勋 .数字逻辑电路基础 .西安：西安交通大学出版社， 1994 5.杨志忠 . 数字集成电路 .第二版 .北京：中国电力工业出版社， 1999 6.谢自美 .电子
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