数电程序设计

1、憑奸坪爭眈r-* 0iEM3BU -COLLEGE目录摘要 2第1章设计任务书 31.1设计目的 31.2设计任务 31.3八路抢答器的概述 3第2章系统功能简介 42.1基本功能 42.2扩展功能 4第3章功能设计内容 53.1设计题目 53.2 设计指标 5第4章实现原理 64.1八路抢答器总体方框图 64.2 关键技术分析 6第5章各部分电路设计 85.1抢答器电路 85.2定时电路 95.3报警电路 115.4时序控制电路 11第6章设计步骤 13第7章系统仿真 14第8章总结 16致谢 17参考文献 18附录A:系统元器件清单 19附录B:系统整体电路 20八路抢答器由主体电路和扩展

2、电路组成， 优先编码电路、锁存器、译码电路 将输入信号在显示屏上输出；由控制电路和主持人开关启动报警电路。通过定时 电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示屏上输出实现计时功能， 构成扩展电 路。通过连线、调试等工作形成八路抢答器。关键字：抢答电路,定时电路,报警电路第1页共12页憑奸坪爭眈r-* 0iEM3BU -COLLEGE第1章设计任务书1.1设计目的1. 巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识 的能力。2. 培养根据课题需要选学参考书籍，查阅手册、图表和文献资料的自学能 力。通过独立思考，深入钻研有关问题，学会自己分析并解决问题的方法。3. 通过电路方案的分析、

3、论证和比较，设计计算和选取元器件初步掌握简 单实用电路的分析方法和工程设计方法。4. 了解与课题有关的电子电路以及元器件的工程技术规范，能按设计任务 书的要求，完成设计任务，编写设计说明书，正确地反映设计与实验的成果，正 确地绘制电路图等。5. 培养严肃、认真的工作作风和科学态度。通过课程设计实践，逐步建立 正确的生产观点、经济观点和全局观点。1.2设计任务设计一个供八名选手参加的八路抢答器，每组设计一个抢答按钮供参加者 使用。电路具有第一抢答信号的鉴别和锁定存储功能。在主持人将系统复位并发 出抢答指令后，如果参赛者在第一时间按抢答按钮，则按钮指示灯灯亮并用组别 电路显示出抢答者的组别。同时扬

4、声器发出声音。电路应具有自锁功能，使其他 组不起作用。1.3八路抢答器的概述本文介绍的八路抢答器具有电路简单、成本较低、操作方便、灵敏可靠等 优点，使用效果好，有广泛推广价值。可用于八组或八组以下的抢答竞赛中。比 赛前将参赛组从1到8编组，每组发给一个对应的抢答按钮。主持人按一下总控 制启动键后，抢答开始。此后，哪一组最先按下抢答按钮，数码显示器就立即显 示该组的组号并锁定，同时发出声响。此后，按下任一路抢答按钮均无反应。只有主持人再次按下启动按钮后，才能进行下一次抢答。第2章系统功能简介2.1基本功能1. 抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮SO S7表示。2. 设置一个系统

5、清除和抢答控制开关 S,该开关由主持人控制。3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出 声响提示，并在DPY_7-SEGb段数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存， 优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。2.2扩展功能1. 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。2. 参赛选手在设定的时间内进行抢答， 抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。在这段（3）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器 上显

6、示00。第5页共12页第3章功能设计内容3.1设计题目八路抢答器电路的设计3.2设计指标1. 供四名选手用，有抢答按钮.有编号,有主持人清零按钮；2. 具有锁存功能并显示出来，在主持人清零后，若有参赛选手按按钮，应立即显示 出最先动作的选手的编号，同时有发生器发出声音，声音持续约1秒钟；3. 抢答器对各参赛选手动作的先后有很强的分辨能力，即只显示先动选手的编号直到主持人清零为止；4. 主持人在正常（无人抢答）时能清零；5. 主持人在宣布开始5秒钟后,若无选手抢答，则音响器件发声而结束。第4章实现原理4.1八路抢答器总体方框图如图1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到 清

7、零状态，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；主 持人将开关置；开始状态，宣布开始抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出 声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号 显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示 剩余时间。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。图1总体方框图4.2关键技术分析图1所示为抢答器的逻辑框图。它主要有输入电路、判别电路、声光显示电 路、计时电路和数码显示电路等组成。抢答时，当抢先者按下面前的按钮时，输 入电路立即输出一抢答信号，经判别电路后，输出响应信号去驱动声光显示电路。 声响电路

8、和计时电路的输入信号是由晶振电路产生的脉冲信号来提供。第#页共12页图2抢答器逻辑框图第9页共12页第5章各部分电路设计5.1抢答器电路电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS297来完成。该电路主要完成 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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键， 其按键操作无效。工作过程：开关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=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S

9、5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO1,七段显示电 路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=10经译码显示为“ 5”。此外，CTRl,使 74LS148优先编码工作标志端=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CTF=1,使优先编码工作标志端二 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。74LS148为8线3线优先编码器。表174LS148的功能真值表输入输出丽瓦石兀1XWa-XXXXXXX1111101

10、1111111111100KXXXXXX0000010XKXXK01001010XKXX011010010XKXX011101101DXg01111100a10X01111110101001111111100100111111111101r-_0iEM3e；U -COLLEGE+5v14413恥O5V1 TK开。 人开/i 主控关都nYroST17KEY2 10 lEX YS 74L5148_fl B 155274LS27910：gx6S7第片别E）盟劄片和片图3数字抢答器电路5.2定时电路原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74

11、LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路 74LS48 显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后， 计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒 计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。?4LS4S? Ygl5h

12、 ；*qA2 Al Aq*172474LS192149 |10| 1| 15|76_ 74LS192JLJD149| 10| 1| 151K515K410uF 电图4可预置时间的定时电路憑奸坪爭眈r-* 0iEM3BU -COLLEGE5.3报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路如图1、4所示。其中555构成多谐 振荡器，振荡频率fO = 1. 43/( RI + 2R2) C,其输出信号经三极管推动扬 声器。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。KL BQ5.4时序控制电路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

13、，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人 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。图6时序控制电路根据上面的功能要求以及图1、2,设计的时序控制电路如图1、5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1、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1、2中的74LS279的输出1Q=0,经G3反相，A =1,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

14、时，在定时时间未到时，贝定时到信号为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， 1Q= 1,经G3反相，A = 0, 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。第13页共12页第6章设计步骤第15页共

15、12页第7章系统仿真080图7电路仿真图（1）如图7电路仿真图（1）所示，当主持人未启动计时，则计时电路停在30秒，抢答电路不显示选手号IWJLjjJlj丨d图8电路仿真图（2）如图8电路仿真图（2）所示，主持人启动计时后，定时器由30秒开始进行减计时，当计时器显示路显示8号选手。27秒时，8号选手抢答，则计时电路停在 27秒，抢答电图9电路仿真图（3）如图9电路仿真图（3）所示，主持人启动计时后，定时器由30秒开始进行 减计时，没有选手抢答，当计时器显示 0时，选手再抢答，则抢答电路不显示选 手号码。憑奸坪爭眈r-* 0iEM3BU -COLLEGE第8章总结在设计之前，参考了许多相关的资料

16、。在设计中又参考了以前讲过的八路抢 答器的原理图，有了基本的思路。但着手设计时，又出现了许多未预料到的问题，例如元件的选择：在选择编 码器时，是采用普通编码器还是优先编码器。 普通编码器中，任何时刻只允许输 入一个编码信号，否则输出将发生混乱。所以选择了优先编码器。但是74LS系列中众多不同管脚的类型，选择哪个作编码器。经过查找，选择了74LS192,因为想用数字的形式显示抢答者的编号，所以选择了数码显示管，但数码显示管不 能直接，数码显示管需要由 TTL或CMOS!成电路驱动，所以在 TTL还是CMOS 集成电路上又进行了比较和选择。 最后选择了数显译码器，用它将输出的二进制 代码译成相对应

17、的高、低信号，用其作为数码显示管的驱动信号，数码显示管显 示出相对应的选手编号。在音响电路中，根据设计需要选择了555定时器。在一些设计原理上也遇到了许多新问题。 发现当电源接通后，无论有无人按 按钮都会使音乐集成电路通电发出声响， 经同学以及老师的指证，发现导通的原 因，并及时的改正。通过这次八路抢答器的设计，我发现了以往学习中的许多不足，也让我掌握 了以往许多掌握的不太牢的知识，感觉学到了很多东西。三周的课程设计，留给 我印象最深的是要设计一个成功的电路， 必须要有耐性和坚持下去的毅力。在整 个电路的安装调试的过程中，花费时间最多的是各个元件电路的连接，电路的细 节设计以及连完线路后的检查

18、工作上，其中在连接电路是出现问题比较多，在 555元件和74LS192元件的连接的调试的时候出现了问题在老师的指导和讲解下 我门有了更深刻的认识，同时对元件的原理的功能了解的更多更深刻。 在这次过 程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当的烦琐， 有时花很长时间检查电路故障，分析原因，那时心中就有点灰心，有时还特别想 放弃，此时更需要静下心来，更仔细的查找原因。总之，这次实验过程中我受益匪浅，在摸索我和我的搭档实现了课题所要求 的结果。培养了我的设计思维，增加了动手操作的能力。更让我体会到实现电路 功能喜悦。致谢感谢罗少轩老师这学期带领我们学习数字电子技术课程，感谢罗少

19、轩老师 带我们数电实训课，锻炼了我们的动手的力，使我们对数字电子技术有了更加深 刻的理解。在本次实训中罗少轩老师与我们做了深刻的沟通，对实训中可能出现的一些问题作了详细的讲解，此外，在学习上经常激励我们学好每一门课。 通过该实训 项目，使我们懂得了学以致用的重要性，并且能够把所学的知识应有到实训中， 遇到不懂的地方通过请教老师，和同学互相商量共同学习，虚心请教同学，互帮 互助，使我认识到团结的重要性，增加了团队精神、协作精神，将终身受益。在课程设计即将完成之际，回顾紧张但又充实的实训过程，本人在此向 所有关心我的及帮助我的老师和同学们致以最真诚的感谢。第21页共12页参考文献1 阎石.数字电子

20、技术基础.4版.北京：高等教育出版社，1998.2 康华光.电子技术基础：数字部分.4版.北京：高等教育出版社，2000.3 蔡惟铮.集成电子技术.高等教育出版社，2004.4 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.童诗白，徐振英现代电子学及应用北京：高等教育出版社，1994. 黄正瑾.系统编程技术及应用.南京：东南大学出版社，1997.7 赵宝经.中国集成电路大全 TTL集成电路分册：CMO集成电路分册.北京：国防工业出 版社，1985.8 希金斯R.J.数字和模拟集成电路电子学.赵良炳译，北京：机械工程出版社，1988.附录A:系统元器件清单序号名称型号数量备注1七段译码器74LS4832十进制加减计数器74LS19223555定时器CB55524优先编码器74HC14815单稳态触发器74LS12116RS锁存器74LS27917与非门74LS201每个芯片有4个两输入端的与非门8与非门74LS031每个芯片有4个三输入端的与非门9反向器74LS041每个芯片有6个非门10三极管SDG130111电阻ROHM1100KQ12电阻ROHM215KQ13电阻ROHM910KQ14电