数电课设-智力竞赛抢答计时器方案

个人资料整理 仅限学习使用目 录一．摘 要 22二．设计任务书 332.1设计题目 332.2技术要求 332.3给定条件及元器件 332.4设计内容 44三．电路的组成及工作原理 55四．元器件的选取及其引脚图和功能 77五．整机电路图 1212六．元件明细表 1313七．总结 1414八．参考文献 1515个人资料整理 仅限学习使用一．摘要本文是利用双 D触发器 74LS74 和同步十进制计数器74LS192及简单门电路设计，实现智力竞赛抢答计时器，这好比一名公正的裁判员，它的任务是从若干名参赛者中确定出最先的抢答者，并要求参赛者在规定的时间里回答完问题。本设计实现的是三路抢答，其具有抢答,倒计时，及倒计时暂停功能等。关键词：三人抢答器智力抢答个人资料整理 仅限学习使用二．设计任务书2.1设计题目：智力竞赛抢答计时器的设计。2.2技术要求：设计一个三人参加的智力竞赛抢答计时器；当有某一参赛者首先按下抢答开关时，相应显示灯亮并伴有声响。此时抢答器不再接收其他输入信号；电路具有回答问题时间的功能。要求回答问题的时间小于100秒<显示为0~99），时间显示采用倒计时的方式，当达到限定时间时发出声响以示警告。2.3给定条件及元器件：要求电路主要选用中规模TTL集成电路CT74系列；电源电压为5V；个人资料整理 仅限学习使用用LED数码管显示时间。2.4设计内容：电路各部分的组成和工作原理；元器件的选取及其电路图和功能；整机电路图；元件明细表；参考文献；在设计过程中遇到何问题，其原因及解决办法的心得体会。个人资料整理 仅限学习使用三．电路的组成及工作原理根据上面所说的功能要求，智力竞赛抢答计事系统的组成框图如下图所示。它主要有六部分组成：显示、声响电路 振荡电路抢答器 计时、显示声响电路清零装置抢答控制电路图1智力竞赛抢答计时器系统组成框图抢答器——是智力竞赛抢答器的核心。当参赛者的任意一位首先按下抢答开关时，抢答器即刻接受该信号，指使相应发光二极管亮<或音响电路发出声音），与此同时，封锁住其他参赛者的输入信号。清零装置——供比赛开始前裁判员使用。它能保证比赛前触发器统一清零，避免电路的误动作和抢答过程的不公平。个人资料整理 仅限学习使用显示、声响电路——比赛开始，当某一参赛者按下抢答器开关时，触发器接受该信号，在封锁其他抢答信号的同时，使该路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发出声响，以引起人们的注意。计时、显示、声响电路——是对抢答者回答问题时间进行控制电路。若规定回答为的时间小于100秒<显示为0~99），那么显示装置应该是一个二位数字显示的计数系统。抢答控制器——由三个开关组成。三名参赛者各控制一个，拨动开关使相应控制端的信号为高电平或低电平。振荡电路——它应该提供给抢答器、计时系统和声响电路工作的控制脉冲。个人资料整理 仅限学习使用四．元器件的选取及其引脚图和功能4.1 抢答控制电路该系统由三个开关A,B,C组成，分别由三名参赛者控制。常态时开关接地，比赛时，按下开关，使该端为高电平。4.2 抢答器抢答器是由三个D型触发器和一个与非门组成。它的工作原理是这样的：如果参赛者A首先按下开关，使该端的输入信号为高电平，触发器1的输入端D接收该信号使输出Q为高电平，相应的Q为低电平，这个低电平信号同时送到与非门G1的输入端，与非门G1被封锁，使触发器的控制脉冲CP信号由于与非门G1封锁而被拒之门外，触发器FB和FC因为不具备CP脉冲信号而不接收开关B和C控制端送入的信号<其他两种情况类同）。因为该电路只接收第一个输入信号，即使此时其他参赛者也按下开关，但由于与非门已被封锁，信号是输入不进去的。此部分使用芯片双D触发器74LS74，其引脚图及功能表如下:个人资料整理 仅限学习使用引脚图输入输出CPDRSn+1QQ0000110010×00nnQQ××1001××0110××11不确定功能表4.3 清零装置为了保证电路正常工作，比赛开始前，裁判员都要将各触发器的状态统一清零。本系统利用D触发器的异个人资料整理 仅限学习使用步复位端来实现清零功能。该触发器的异步复位端为RD,低电平用一个开关 J控制，正常比赛时，使 RD，SD均处于高电平，用 RD＝０实现复位功能。4.4 计时显示声响电路当裁判按下开关J4时，是两个74LS192芯片的置位端为零，即输出输入端的信号，若设置为 0101和0000，此时74LS74端输出分别也为0101和0000，与此相连的数码管将输出 5 和 0，随着脉冲的输入，数码管将从往下倒计时。当有选手按下开关之后，与三个LED灯相连的与非门输出使得74LS192芯片的清零端为1，即此时输出为00，当主持人按下开关J时，74LS192芯片的清零端部位1，数码管将不再保持输出00，又加之脉冲，计时将从99往下倒计时。若主持人，按下J2开关，74LS192芯片的输入脉冲被与非门锁住，数码管显示将不再往下降，这就是暂停功能。所用74LS192芯片的引脚图和功能表如下：引脚图个人资料整理 仅限学习使用输入输出CPCPCRPEABCDQAQBQCQD××1×××××0000××00abcdabcd101××××加法计算100××××减法运算1100××××保持功能表用两片CC40192组成的一百进制减法计数器电路。由功能表可以看出，要使初值分别为5、0，只需将两个芯片的输入端分别接为0000和0101。要使电路实现倒计时<减法）功能，应使CR=0，PE，CP＋=1，CP－=1=CP。可用CR端接电平开关来控制计时器的工作与否。声响显示电路需要在两种情况下做出反应：一种是当有参赛者按下抢答开关时，相应电路中的发光二极管亮，同时推动输出级的蜂鸣器发出声响；第二种情况是当裁判员给出“请回答”指令后，计时开始倒计时，若回答问题时间到达限定的时间，蜂鸣器发出声响。显示电路由发光二极管与电阻串联而成，发光二极管正极接电源端，负极接D触发器的按下开关，该触发器接收该使其输出

端。当某参赛者端的状态为高电平，相应的Q端为低电平，就有电流流过发光二极管使它发亮。计时系统的驱动显示电路选用BCD－7段锁存译码/驱动器CC4511和七段数码管组成，其工作原理可个人资料整理 仅限学习使用参照“数字钟”的有关内容。声响电路由两分组成：一是由门电路组成的控制电路，二是三级管驱动电路。门控电路主要由或门组成，它的两个输入，一个来自抢答电路各触发器输出Q的与非，它说明只要有一Q为低电平，就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣器发声；另一个来自计时系统高位计数器的借位信号OB,它说明计时电路在99秒向98秒，97秒，2秒，1秒，0秒倒计时再向99秒转化时向高位借位给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。这个高电平信号也能使蜂鸣器发声，为了保证电路的可靠工作，也可采用与非门构成的基本RS触发器驱动。置数连接方法4.5 振荡电路本系统需要产生两种频率的脉冲信号，一种是频率为500KHz的脉冲信号，用于触发器CP信号驱使芯片74LS74工作；第二种频率为1Hz信号用于计时电路。以个人资料整理 仅限学习使用上电路可用555定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频率得到。在软件实现过程中，可以直接使用脉冲源。五．整机电路图个人资料整理 仅限学习使用六．元件明细表1.电阻：1KΩ*3 5.1KΩ*1 3.3KΩ*3 3KΩ*2开关*6七段数码管*2门电路：与非门*5或门*1反相器*1脉冲源*2LED发光二极管*37.芯片：74LS74*2 74LS192*2蜂鸣器*15v电源接地装置个人资料整理 仅限学习使用七．总结7.1 元件选择问题开关：本系统中所需要的开关均是按下之后需要恢复的开关，因此要选择复位开关。电阻：为了使二极管正常发光或熄灭，以及引脚正确呈现高低电平，需要使用合适的电阻。这里，与二级管相连的电阻选择1千欧，与开关相连的电阻选择3千欧。7.2 参数设定问题信号源频率设定：倒计时电路中需要1秒倒计时倒计一次，因此信号设定为1HZ；在抢答电路中则需要较高频率，因此设定为50KHZ。电源均设定为5V。历时一个星期的课程设计结束了，通过这次的课程设计，我的动手能力和经验有了一定程度的提高，在数字逻辑电路技术的理论知识上也有了更深的了解。在调试的过程中，通过排除故障，我学到了不少知识，增长了许多经验，而这些都是书上学不到的。巩固和运用了本学期的《数字电子技术基础》课程中所学的理论知识和实验技能，基本掌握了常用电子电路的一般设计方法，提高了设计能力和实验技能。通过这一次的数字逻辑“抢答器”的课程设计，巩固了本学期数字逻辑课程的基本内容，对于逻辑问题的分析及设计有了更进一步的掌握。设计过程中，对于multisim的操作有了进一步的个人资料整理 仅限学习使用掌握，以及对具体问题的分析，这些都是收获。同时又发现自己的很多不足，自己知识有很多的漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。这次由于我们的学业不精和时间等客观问题，未能使设计达到完善，还有很多缺点和错误，希望老师能提出改进意见，谢谢老师的辛勤栽培，今后我将更加努力