数字电子技术课程设计报告

1 课课 程程 设设 计计 课程名称 数字电子技术课程设计 题目名称 四人智力竞赛抢答器 学生学院 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师 200 年 月 日 2 目目录录 一 一 设计题目设计题目 3 3 二 二 设计任务和要求设计任务和要求 3 3 1 1 设计任务设计任务 3 3 2 2 设计要求设计要求 3 3 三 三 原理电路原理电路 3 3 1 1 以锁存器为中心的编码显示电路以锁存器为中心的编码显示电路 4 4 2 2 脉冲产生电路脉冲产生电路 5 5 3 3 倒计时显示电路倒计时显示电路 5 5 4 4 音响电路音响电路 6 6 5 5 整体电路整体电路 7 7 四 四 电路调试过程及结果电路调试过程及结果 7 7 五 五 总结总结 8 8 六 六 心得体会心得体会 8 8 七 七 参考文献参考文献 9 9 3 四人智力竞赛抢答器 一 设计题目 四人智力竞赛抢答器 二 设计任务和要求 1 设计任务 设计任务 设计一台可供 4 名选手参加比赛的智力竞赛抢答器 用数字显示抢答倒计时间 由 9 倒计到 0 时 无人抢答 蜂鸣器连续响 1 秒 选手抢答时 数码显示选手组 号 同时蜂鸣器响 1 秒 倒计时停止 2 设计要求 设计要求 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 抢答显示数码管灭灯 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 并在抢答显示器上显示该编号 同时扬声器给出音响提示 封锁输入 编码电路 禁止其他选手抢答 抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止 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 定时器开始倒计 时 定时显示器显示倒计时间 若无人抢答 倒计时结束时 扬声器响 音响持续 1 秒 参赛选手在设定时间 9 秒 内抢答有效 抢答成功 扬声器响 音响持续 1 秒 同时定时器停止倒计时 抢答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 如果抢答定时已到 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 1 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 6 可用石英晶体振荡器或者 555 定时器产生频率为 1Hz的脉冲信号 作为定时计数器 的 CP 信号 三 原理电路 电路主要由脉冲产生电路 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音响 主持人宣布开始抢答时 倒计时电路 启动由 9 计到 0 如有选手抢答 倒计时停止 电路系统结构如图 13 4 图 1 四人智能抢答器原理图 1 以锁存器为中心的编码显示电路 以锁存器为中心的编码显示电路 抢答信号的判断和锁存采用触发器或锁存器 以四 D 触发器 74LS175 为中心构成编码锁存 系统 编码的作用是把锁存器的输出转化成 8421BCD 码 进而送给 7 段显示译码器 74ls48 再由 74ls48 译码送数码管得到选手编号 其真值表 3 表 3 锁存编码真值表 锁存器输出 编码器输出 Q4Q3Q2Q1DCBA 00010001 00100010 01000011 10000100 抢答信号的锁存可通过 D 触发器的输出相 与 反馈门控触发脉冲实现 当无人抢答时 4 个 D 触发器的输出 Q 非相与 为 1 时 脉冲能够进入触发器 有一人抢答时 与门中 有一个变为 0 使脉冲不能进入触发器 从而防止其他人抢答 如图 2 扬声器 数码显示 脉冲电路 倒计时器译码器数码显示 扬声器 锁存器编码转换电路译码器 主持人 选手 5 图 2 2 脉冲产生电路脉冲产生电路 由于 555 芯片产生的信号比石英晶体产生的不稳定及精度较低价格基本 持平 故采用石英晶体振荡器产生高精度的秒脉冲 电路设为图 2 图 3 3 倒计时显示电路倒计时显示电路 图 3 电路采用十进制同步减计数器 74LS190 主持人宣布开始时 按 6 下按钮 同时使计数器置数为 9 并在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示 到零 时停止 图 4 4 音响电路 音响电路 利用单稳态触发器 74LS121 产生定宽的抢答输出脉冲 接入蜂鸣器 根据脉 冲宽度可计算得蜂鸣器鸣叫时间 再由主持人 选手 倒计时共同控制它的输入 使其在 选手抢答 倒计时到零时都能鸣叫 由于 Multisim 中无 74ls121 用 MONOSTABLE VIRTUAL 代替有 图 5 再由于主持人按下按钮后蜂鸣器鸣响 1S 钟故在主持人环节可以采用可使用反相器和四与门 及 74ls190 可产生 1S 信号给有源蜂鸣器 如图 6 7 图 6 5 整体电路 连接上述电路部分为整体电路图 整体电路 连接上述电路部分为整体电路图 7 四 电路调试过程及结果 仿真结果 初始主持人未按下按键 8 主持人按下按键运行 选手按下按键 实际电路运行与上述仿真结果相同 五 总结 在 Multisim 和现实电路实验证明此方案合理可行 达到了预期目的要求 由于此电路方案完全使用组合逻辑和时序逻辑电路 故不需要单片机编程 相对易于制作 但是省略了单片机编程等同时 芯片使用较多成本高 六 心得体会 通过这次的课程设计发现数电与模电有很多区别 如数电中芯片某些引脚 不能空载或者说空载时引脚不一定为低电平 必须设置合适的电平 Multisim 中芯片引脚标记可能与实际对不上 多思考可能