数字电子技术基础课程设计-多路智能竞赛抢答器设计.docx

此文档收集于网络，如有侵权，请联系网站删除学 号： 0120928320103课 程 设 计题 目多路智能竞赛抢答器设计学 院信息工程学院专 业通信工程班 级通信gj0901 姓 名指导教师2011年 7 月 8 日课程设计任务书学生姓名： 杨科 专业班级： 通信gj0901指导教师： 魏洪涛 工作单位： 信息工程学院题 目:多路智能竞赛抢答器设计 初始条件：74LS48、74LS192、74LS279、74LS148、555定时器要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1. 完成本题目的理论设计，相关参数符号设计目的2. 对理论设计方案进行实物测试或仿真分析，并与理论结果进行对比3. 完成不少于20页的设计报告，详细说明理论设计过程以及测试/仿真分析结果时间安排：7.6： 答辩7.8: 交报告指导教师签名： 2011年 7月 8日系主任签名： 2011年 7月 8 日摘 要在计算机支持的信息技术时代，电子技术日益数字化，数字电路以其的 基本单元简单化，应用单元标准化、模块化、通用化的特点，长驱直入地深入到电力、通讯、计算机、家电、机械等行业的应用。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。关键词：抢答电路，译码电路，报警电路，时序控制AbstractSupport in the computer information technology era, the growing digital electronic technology, digital circuit of the basic unit of its simplicity, the application of unit standardization, modularization, General of the characteristics and depth to run its electric power, communications, computers, home appliances, machinery, etc. applications. Answer the number of circuits is controlled by the main circuit and expansion. Priority encoder circuit, latch, decoder circuit will be teams of the input signal in the display output; with control circuitry and the host switch alarm circuits, and above the main circuit composed of two parts. Through the timing circuit and decoding circuit to generate pulse signals in the display output timing functions, constitute the expansion of the circuit.Keywords：Vie for answering the circuit，Timing circuit，Warning circuit，Time sequence controlling目录1.设计方案选择12.单元电路设计32.1抢答电路设计32.2 定时电路设计42.3 报警电路设计52.4 时序控制电路设计63.抢答器整体电路图84.相关芯片94.1 四RS触发器74LS27994.2二进制的BCD码译码管74LS4894.3输入端4与门74LS08104.4 优先编码器74LS148114.5 555定时器125.仿真结果146.课程设计心得体会157.参考文献17精品文档1.设计方案选择1.1 基于单片机的设计用单片机及外围电路组成，由于采用单片机，使得外围电路非常简单，而且功能比一般抢答器多。但考虑到单片机成本高，以及个人知识局限性的问题，故未采用。1.2 利用数字电路来设计 定时抢答据的总体框图如图所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。抢答按钮优先编码电路锁存器译码电路显示电路 控制电路主持人控制开关报警电路秒脉冲产生电路定时电路 译码电路显示电路图1.1 抢答器总体框图 图所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器上显示设定的时间，当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时格控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器例计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答按钮时，抢答器要完成以下四项工作： 优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号 扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意； 控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答； 控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，井保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。 2 单元电路设计2.1 抢答电路的设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用二是要使其他选手的按按钮操作无效。选用优先编码器74LSl48和R5锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图所示。 图2.1 抢答电路该电路的工作过程：当S置于清除端时，RS触发器的 R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）0，使之处于工作状态。当开关S置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO(图中4端) =1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR1，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5号端）1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为CTR1，使优先编码工作标志端（图中5号端）1，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。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。2.2 定时电路设计节目主持人根据答题的难易程度，设定一次抢答的时间，此处默认为30 S，通过预置时间电路对计数器进行预置，此处选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲CPD由秒脉冲电路产生的CP脉冲提供3。74LS192的真值表如图4-2所示。表 2.1 74LS192的真值表输入输出100011加计数011减计数此处用减计数，故接触发脉冲，接高电平，低位芯片的借位信号端接到高位芯片的减计数触发端进行级联。低位芯片的D、C、B、A端均接低电位，高位芯片的D、C、B、A分别接为0011以进行置数为30.定时电路的电路图如图2.2所示。图2.2 定时电路部分电路图2.3 报警电路设计该电路由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。其中由555 芯片构成多谐振荡电路，振荡频率为 （1）555 的输出信号再经三极管放大 ,从而推动扬声器发声、报警两个电路。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作；反之，电路停振。图2.3 报警电路2.4 时序控制电路设计时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：主持人将控制开关拨到开始位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态；当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作；当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作；根据上面的功能要求以及图 2.1和图2.2，设计的时序控制电路如下图所示。图中，门G1 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端 。图11、4的工作原理是：主持人控制开关从清除位置拨到开始位置时，来自于图11、2中的74LS279的输出 1Q=0，经G3反相， A1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则定时到信号为 1，门G2的输出 =0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q1，经 G3反相， A0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出 =1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到时，则定时到信号为0， =1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时， 门G1处于关门状态，封锁 CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间4。(a)(b) 图5 时序控制电路 图2.4 抢答与定时电路的时序控制电路 图2.5 报警电路的时序控制电路3. 抢答器整体电路图本次抢答器的整体电路图如图3.1所示：图3.1 抢答器的整体电路图4 相关芯片4.1 四RS触发器74LS279四RS触发器74LS279的引脚图如图3-1和图3-1-2所示：图4.1 74LS279引脚图图4.2 功能表4.2二进制的BCD码译码管74LS48二进制的BCD码译码管74LS48引脚图如图5-1：图4.2 74LS48引脚图功能表如表5.1所示：表5.1 74LS48功能表4.3 四输入与门74LS082输入端4与门74LS08引脚图如图4.3：图4.3 74LS08引脚图4.4 优先编码器74LS148优先编码器74LS148发生器电路引脚图如图4.4所示：图4.4 74LS148引脚图优先编码器74LS148发生器真值表如表3-10所示：表5-4 74LS148真值表4.5 555定时器4.5.1 555定时器引脚图图5-5-1 555定时器引脚图Pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 Pin 2 (触发点) -这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 VCC，下缘须低于1/3 VCC 。 Pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到O伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA 。 Pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5 (控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6 (重置锁定) - Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 VCC电压以下移至2/3 VCC以上时启动这个动作。 Pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8 (V +) -这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。4.5.2 555定时器的功能表表4.5.2 555定时器的功能表4.5.3 555构成构成多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器，在接同电源后，不需要电源后，不需要外加触发信号（即没有输入信号）。便能自动产生矩形脉冲，由于矩形脉冲中含有丰富的高次谐波分量，所以称为多谐振荡器。先将555定时器构成施密特触发器，在将施密特触发器的输出端经RC积分电路接回到它的输入端，即可构成多谐振荡器，且其电容C的电压Vc将在VT+和VT-之间反复振荡。电容电压Vc与输出电压Vo的波形如下图所示。充电时间：放电时间：振荡周期：T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2，振荡频率：f=1/T占空系数： 图4.5.3 555构成构成多谐振荡器5. 仿真结果抢答电路部分仿真按动控制开关使其处于清零状态，此时显示器应显示“00”，再将开关拨到开始工作的状态，若有人抢答，假设为2号选手抢答有效（即控制开关A由高电平拨到低电平），此时电路中的显示器应显示“2”。仿真结果确实也是这样的，是正确的。图6.1 抢答电路仿真图6.课程设计心得体会经过连续几天的奋战，终于把多路智能抢答器的设计和仿真搞了出来，心里高兴了一把，这几天的努力终于有了收获。回想这几天的过程，还真是有点“坎坷”。通过此次