数逻课程设计报告(四组抢答器+八路彩灯显示)

1、福建农林大学计算机与信息学院课程设计报告课程名称：数字逻辑课程设计设计题目：1、智力竞赛抢答器2、彩灯显示电路姓名：专业：计算机科学与技术年级：2012 级学号：指导教师：颜德强职称：讲 师2014年 05月 30日课程设计评分表评价内容查阅、收集资料构思、主见学过知识的运用评价指标分值评定成绩查阅一些相关资料，收集素材，进行参考。8综合分析正确，论证充分，构思全面，对问8题有较深刻的认识，有一定独特见解。能结合学过、了解到的知识正确设计设计项目方案或建立模型；能独立进行实验工作；能运用所学知识和技能去发现与解决实际问24题；能正确处理实验数据；能对设计项目进行理论分析，得出有价值的结论。逻辑

2、结构分析与阐述问题的能力撰写质量设计质量撰写报告的态度及完成情况结构合理，层次分明，条理清晰，逻辑性强。8所阐述问题清楚，突出重点，有见解；设计报告表现出对实际问题有较强的分析能力和10概括能力。语句通顺，语言准确，书写工整，达到设计报告要求的字数，设计报告书写格式符合要10求。实验正确，分析处理科学；设计报告结果有价值；电路绘制符合国家标准，质量符合要24求；计算及测试结果准确。工作努力，遵守纪律；作风严谨务实；积极、主动查阅有关资料，按期完成规定的8任务，工作量饱满。合计100设计指导教师签名：评定日期：目录1设计的目的和任务 .01.1设计项目一 .01.2设计项目二 .02设计要求 .

3、03设计地点 .04主要仪器设备 .05设计内容 .05.1设计项目一 .25.1.1电路原理： .25.1.2总电路设计及说明 .25.1.3电路仿真与调试结果 .25.2设计项目二 .75.2.1电路原理： .85.2.2总电路设计及说明 .95.2.3电路仿真与调试结果 .96结束语 .117参考文献 .111设计的目的和任务1.1 智力竞赛抢答器可将参赛者分若干组抢答，有时间限制，针对犯规发出信号，以利于主持人工作。它主要有输入、判别、声光显示、记时和数码显示电路。四组参赛者抢答时，能判断出抢先者，并以声光为标志。 互锁功能。 具有限时功能。 具有警告功能。 有总的复位功能。1.2 彩

4、灯显示电路按照要求，设计一个八路彩灯，每路都有控制装置，依要求闪烁。每路时间间隔 1 秒，然后同时依次灭。同时亮，时间间隔 1 秒，同时灭。重复四遍。或自行根据一定规律设计。2设计要求1）从选择设计方案开始，首先按单元电路进行设计，选择合适的元件，最后画出总原理图。2）均首先采用 Multisim 7 或 EWB仿真软件进行仿真，后进行电路的实际安装和调试。3）设计报告要按照格式来做。设计结果要以打印稿上交，同时设计报告的电子版和设计的电路图，运行结果（.msm或 ewb檔）也要上交统一制作做。3设计地点设计与仿真：福建农林大学计算机与信息学院田 C513；安装与调试：福建农林大学计算机与信息

5、学院综南附 2074主要仪器设备（1）软件：数字电路仿真软件Multisim7（2）硬件：1. 数电实验箱、数字万用表、双踪示波器、函数信号发生器各 1 台2. 计算机（带 EWB或 MULTISIM电路仿真软件）3. 元件：1. 智力竞赛抢答器：序号器件名称数量备注174LS1751D 触发器274LS1921同步减法计数器3555 定时器1连接成多谐振荡与秒时钟脉冲474LS211四脚与门574LS111三脚门674LS482译码器774LS1211单稳态振荡器8开关按纽 S59扬声器110BCD七段显2共阴极示器11电容312电阻913二极管62. 彩灯显示电路：器件数量型号电阻1 个1

6、M1 个10K8 个1K电位器1 个10K光敏电阻1 个1K继电器1 个9V三极管1 个发光二极管8 个电容1 个0.01 F1 个0.47 F555 定时器1 个15设计内容5.1 智力竞赛抢答器电路原理：本电路图是用 D触发器和与非门组成的， 555 电路提供 CP脉冲，主要提供给倒计时的脉冲。 1,2,3,4 按钮为抢答者按钮， Space 按钮为主持人复位按钮。当没有人抢答时，按钮 1,2,3,4 均为高电平，这时芯片虽然有连续脉冲输入 , 但 74LS373 的输出端 Q1-Q4均为 1，发光二极管不亮，蜂鸣器输入端为高电平，所以发声。当有人抢答时，例如 1 键被按下时，在 CP脉冲

7、作用下， Q1立即变为 0，发光二极管被点亮，同时蜂鸣器发声，在经反向后，控制脉冲不能再作用到触发器，即使其他抢答者按下按钮也将不起作用。倒计时结束时，在没人回答的情况下， 74LS192 芯片通过反馈给蜂鸣器，蜂鸣器再次发声。倒计时还没开始时，如有人抢答，也会反馈给蜂鸣器，蜂鸣器发声，并显示出抢答者的序号。主持人可通过按 Space 按钮，使电路恢复正常状态，并为下一次抢答做好准备。抢答按触发器锁存电路译码电主 持 人控 制 电报 警 电显 示 电控 制 开秒 脉 冲定 时 电译 码 电显 示 电产 生 电总电路设计及说明用 MULTISIM7 设计电路，并实现单元电路的调试。其参考总电路如

8、图 3.2 所示。抢答电路如图 3.21 所示，定时电路如图 3.22 所示，报警电路如图 3.23 所示，抢答与定时时序控制电路如图 3.24 所示。2图 3.2 抢答电路电路如图 2 所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁定74LS175的功能真值表即优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示选手编号；二是要使其他选手随后的按键操作无效。3图 3.21 抢答电路其工作原理为：当主持人控制开关处于“清除”时，D 触发器的清零端为低电平，使 D 触发器被强制清零，输入的抢答信号无效。当主持人将开关拨到“开始”时， D 触发器 Q非端前一状态为高电平，四个 Q非端与在一起为高电平，

9、再和抢答按键信号和借位信号与在一起给 D触发器的脉冲端，当没人抢答时，抢答信号为低电平，与门 U11输出端为低电平给 D 触发器脉冲端，当一有人抢答时，抢答信号为高电平，并和 U2 的输出信号和借位信号与在一起，使得 U11输出端为高电平给 D触发器，于是 D 触发器就有一个上升沿，使得抢答信号经 D 触发器触发锁存再经过译码器 74ls48 译码，把相应的信号显示在数码管上。另外，当选手松开按键后， D 触发器的 Q非前一状态为低电平，与在一起后给与门 U11,使得 U11的输出端为低电平给 D 触发器，则 D 触发器的脉冲输入端恢复原来状态，从而使得其他选手按键的输入信号不会被接收。这就保

10、证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。当选手回答完毕，主持人控制开关S 是抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 定时电路节目主持人通过按复位键来进行抢答倒计时。如图3。定时 9 秒，把 74LS192对应的 9，10， 1， 15 四个端子预置为“ 1001”。计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路 555 提供。当复位开关按下时，给 74ls192 一个低电平，从而开始倒计时，每来一个脉冲信号进行减计数一次。当有选手抢答或借位信号时，就使得 74ls192 的输入脉冲变成低电平，从而实现倒计时的停止。再按复位键时，再一次倒计时。4图 3.22定时电路 报警电路由 74ls121 和蜂鸣器构成的报警电路，

11、但仿真中没有 74ls121 ，因此用功能相同的 MONOSTABLE VIRTUAL（后文简称 A1）来代替仿真，如图 4 所示。其中 A1 的脉冲输入端是由复位信号和 Q非的与信号和借位信号与在一起来提供的。 当其中一个信号为低电平时，使得 A1 得到一个下降沿脉冲，从而使 A1 的 Q端输出一个宽度为一秒的高电平，那么蜂鸣器就会响一秒。反之，电路停振，蜂鸣器不响。图 3.23报警电路 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：1）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。5图 3.24抢答与定时时序控制电路2）当参赛选

12、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。3）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，设计的时序控制电路如图5 所示。图 5 中，U2 与门 74ls21 作为抢答的控制信号； U12与门 74ls11 和 U13与门 74ls21的作用是控制时钟信号 CP的放行与禁止； U11与门 74ls11 的作用是控制 74LS175的输人脉端，U10的作用是控制 74ls121 的输入脉冲端。工作原理是：主持人控制开关从“清！除”位置拨到“开始”位置时， 74LS175的输出 Q =1，U2 输出为 1，借位信号为 1，则U12输

13、出为 1，使 U13输出为 1，则时钟信号 CP能够加到 74LS192的时钟输入端，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，U11和 U13的输出为 1，使 74LS175 和 74ls192 处于正常工作状态，从而实现功能（1）的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时， Q！ 0，U2 输出为 0，封锁 CP 信号，则 U12输出为 0，使 U13输出为 0，定时器停止倒计时处于保持工作状态；同时 ,U11 的输出为 1 使 D 触发器触发而输出信号 ，也使 U10输出为 0，给了 74ls121 一个上升沿， 使 74LS121处于工作状态给蜂鸣器一个一秒的高电

14、平，从而实现功能（ 2）的要求。当定时时间到时，则6“定时到信号”为 0， U10输出为 0，有给了 74ls121 一个下降沿，使 74LS121处于工作状态给蜂鸣器一个一秒的高电平，禁止选手进行抢答。同时， U13输出为 0，封锁 CP 信号，使定时电路保持 0 状态不变，从而实现功能（ 3）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。电路仿真与调试结果把电路焊好后，首先是对照电路图逐一检查电路有没有漏焊，经检查发现有几个管脚没接，于是细心地接上。然后用万用表逐一检查有没有虚焊或线路断路或线路短路，但没发现有虚焊等问题。下一步就接通电源调试，但电路完全没反应，然后

15、用电源逐个模块进行检查，发现有些管脚还没接上，于是在对照电路图细心地检查，改进后再进行接电调试，先测试脉冲的输出，正常，如图 9 和图 10。但下一步发现倒计时是从“ 6” 开始，然后查找 74ls192 的相关资料才知道其输出端不只是数字“ 9”才有“ 1001”出现，在“6”的时候也是这样 （我把“1001”两边的“ 1”用或门或在一起作为反馈信号） ，所以修改电路图把 74ls192 的反馈信号改接到其借位信号输出端，再进行调试，这次欣喜地发现功能已经实现了，最后完善一下电路，宣告成品大功告成。图 9 555 输出脉冲图 10 74ls121 输出脉冲75.2 彩灯显示电路电路原理：感应

16、器放大器控制器震荡器显示器计数器译码器图通过光敏电阻来控制继电器的通断，因为循环彩灯对频率的要求不高，只要能产生高低电平就可以了，且脉冲信号的频率可调，所以采用555 定时器组成的振荡器，其输出的脉冲作为下一级的时钟信号，用74LS90芯片来计数和 74LS138芯片译码器组成 8 级模拟电平检测显示器。8总电路设计及说明图 5.2 （彩灯显示电路的总电路图）该电路先由光敏电阻、 继电器、 9014 三极管组成光控制电路， 电路的光敏电阻受到光的照射下，敏电阻呈低阻状态，使9014 三极管的基极电位降低，处于截止状态，继电器 K 不吸合，灯不亮；当光敏电阻不受到光照条件，光敏电阻的阻值逐渐变大

17、， 9014 三极管的基极电位上升，当上升到一定程度后， 9014 三极管导通，继电器 K 吸合，电路有输出，灯亮。再由 555 定时器、 74LS90计数器、 74LS138译码器组成八路彩灯循环电路。74LS90计数器的时钟由 555 震荡电路提供，改变 555 的震荡频率可改变计数器的计数快慢，即可控制彩灯的闪烁快慢，计数器输出信号输入至 138 译码器，由 138 译码，根据计数器输出不同的计数结果，即可控制 138 译码器译码得到 8 种不同的输出信号，决定控制彩灯的循环变化。显然，不同的计数器与译码器电路，得到的是不同的彩灯循环控制结果。若译码器不变， 在计数器的控制端输入不同的控

18、制信号， 进行不同的计数，则在输出端可见不同的彩灯循环输出。图 5.2控制电路：9它采用 9014 三极管和一个热敏电阻、继电器组成控制电路，通过对继电器的断开和闭合的控制，达到对循环电路的控制，实现彩灯循环控制的目的。八路彩灯循环显示电路：通过 555 震荡电路输出的脉冲来触发计数器，每来一个脉冲，计数器就计数一次，从而控制发光二极管的亮与灭。电路仿真与调试结果在电路组装过程中，遇到最大的问题是，起初考虑不够周全，元器件分布不够合理，不但影响了整体电路的美观，而且也给后来的调试带来了不必要的麻烦。在调试的过程中，我遇到了很多的问题，刚开始我想当然的把发光二极管正接，等到调试才发现二极管接反了。后来，由于我对各个元器件的值估算错误，结果烧了一个三极10管。不过，我这个电路调试起来算是比较安全的了。 现已调试成功， 把输入电压调到 69V，夹住输入端，就可以，在无光照的条件下，就可以使八路发光二极管循环亮；有光照的情况，二极管不亮。6结束语这一课程设计使我们将课堂上的理论知识有了进步的了解，并增强了对数字电子技术这门课程的兴趣。了解了更多电子元件的工作原理，如： 74LS121、 74LS48、 74ls192