数字电路课程设计-智力竞赛抢答计时器

目录概述—————————————————————2设计任务书——————————————————2电路的组成及工作原理—————————————3设计步骤及方法————————————————4安装与调试——————————————————8元件明细表——————————————————10体会—————————————————————10参考文献———————————————————11概述智力竞赛抢答计时器是一名计时的裁判员，它的任务是从若干名竞赛者中确定出.最先的抢答者，并要求参赛者在规定的时间内回答完问题。设计任务书一、设计题目：智力竞赛抢答计时器二、技术要求：1.设计一个三人参加的智力竞赛抢答计时器。2.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。3.电路具有控制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。当达到限定时间是，发出声响以示警告。三、给定条件及元器件：1.要求电路主要选用中规模CMOS集成电路CC4000系列。2.电源电压为5~10V。3.本实验设计要求在数字电路实验箱上完成。四、设计内容：1.电路各部分的组成和工作原理。2.元器件的选取及其电路图和功能。电路各部分的调试方法。在整机电路的设计调试过程中，遇到什么问题，起原因及解决办法。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、声响电路显示、声响电路计时、显示声响电路清零装置抢答器计时、显示声响电路清零装置抢答器振荡电路抢答控制电路振荡电路抢答控制电路图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。抢答控制电路——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。三、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。四、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。五、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。六、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。设计步骤及方法下图为三人智力竞赛抢答计时系统的原理图：抢答控制电路该系统由开关A，B，C组成，分别由三名参赛者控制。常时态时开关接地，比赛时，按下开关使该端为高电平。为试验方便，抢答开关也可利用试验箱上电平输出开关。拨动逻辑开关，相当于输出高电平。二、抢答器由上图看出，抢答器是由三个D型触发器和与非门G1组成。它的工作原理是这样的：若参赛者A首先按下开关，使该端的输入信号为高电平，触发器FA的输入端D接收该信号使输出Q为高电平，相应的Q为高电平，相应的Q非为低电平，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）。因此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。三、清零装置为了保证电路的正常工作，比赛开始前，裁判员都是要将各触发出发器的状态统一清零。本系统利用D触发器的异步复位端实现清零功能。由原理图可以看出，该D触发器的异步复位端为CR，低电平有效。因此，将各触发器的异步复位端统一用一开关J控制，正常比赛时，使CR、PE均处于高电平，用CR=0实现复位功能。四、计时、显示、声响电路计时电路采用倒计时方法，最大显示为99秒。当裁判员给出“请回答”指令后，开始倒计时，当计时“00”是，可驱动电路发出声响。倒计时器选用可预置数二-十进制同步可逆计数器（双时钟型）CC40192。CC40192的引脚图和功能表分别见下图1和表1。图2是用两片74LS192组成的一百进制减法计数器电路。由功能表可以看出，要使电路实现倒计时（减法）功能，应使CR=0，PE非=1，CP+=1，CP-=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，计时器开始倒计时，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Q非端。当某参赛者按下开关，该触发器接受该信号使其输出Q端的状态为高电平，相应的Q非端为低电平，就有电流流过发光二极管是它发亮。计时系统的驱动显示电路选用BCD-7段锁存译码器7448和共阴极七段数码管显示器BS201组成。声响电路由两部分组成：一是由门电路组成的控制电路，二是三极管驱动电路。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非的与非，他说明只要有一Q非为低电平，就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣发生器；另一个来自计时系统高位计数器的借位信号QB，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时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。五、振荡电路本系统需要产生三种频率的脉冲信号，一种是频率为1KHZ的脉冲信号，用于声响电路；一种是频率为500KHZ的脉冲信号，用于触发器的CP信号。第三中频率为1HZ信号用于计时电路。以上电路可用555定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频得到。安装与调试用中规模集成D触发器CC4013组成的三人智力竞赛强大计时器的逻辑电路图见图5所示。CC4013的功能表和外部引线排列分别见表2和图6所示CC4013的外部引线排列见图7。一、抢答显示功能测试按图5的有关部分在实验箱上连线，将开关A，B，C，全部处于低电平。首先拨动开关A，该端发光二极管亮，此时再拨动开关B或C，观察其他发光二极管的情况。二、清零功能测试在以上实验的基础上，将CC4013的所有R端连在一起通过开关J控制。由表2可以看出，CC4013的异步控制信号高电平有效，因此可用R=1实现复位功能。开关J可以利用实验箱上的电平开关。常态时，它处于低电平。拨动开关J，观察二极管是否全灭。三、倒计时功能测试按图4的电路在实验箱上连线，计数器的输出可接发光二极管，在CP作用下，观察发光二极管显示情况。通过控制CR端的状态，在观察发光二极管显示情况。四、声响电路功能测试按图5的有关部分在实验上连线，可将与费门可反向器的输入端分别通过实验箱上的电平开关来控制状态，观察喇叭发声情况。元件明细表74LS175四D触发器1个74LS192同步十进制双时钟可逆计数器2个74LS20双4输入与非门2个74LS32四2输入或门1个74LS08四2输入与门1个发光二级管3个BCD-七段显示译码器74482个共阴极七段数码管显示器BS2012个开关3个三极管1个蜂鸣器1个5~10V电源体会通过这次的课程设计，使我对数字电路有了更深入的了