《八路智力竞赛抢答器设计实验报告-抢答器设计实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《八路智力竞赛抢答器设计实验报告-抢答器设计实验报告.docx（14页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、数字电子技术课程设计题目:姓名:专业:班级:八路智力竞赛抢答器设计电子科学与技术122 班安徽科技学院数字电子技术课程设计报告学号:指导教师:20年月日安徽科技学院理学院第 1 页安徽科技学院数字电子技术课程设计报告八路智力竞赛抢答器设计 、课程设计题目与实习目的一、题目：八路智力竞赛抢答器设计二、实习目的： 1进一步把握数字电路课程所学的理论学问。2生疏几种常用集成数字芯片的功能和应用，并把握其工作原理，进一步学会使用其进展电路设计。 3了解数字系统设计的根本思想和方法，学会科学分析和解决问题。4. 培育认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。5. 数点课程试验是大学中为我们供给的唯一一次动
2、手实践的时机，增加动手实践的力量。二、 任务和要求实现抢答器的方法很多，如EPROM 编程、RAM 编程、单板机、单片机等，都可以组成抢答器系统。（1） 抢答器设计要求设计一个抢答器，根本要求：1. 抢答器可以实现根本抢答；可同时供 8 名选手或 8 个代表队参与竞赛，他们的编号分别是 0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是 S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。2. 给节目主持人设置一个把握开关，用来把握系统的清零编号显示数码管灭灯和抢答的开头。 3抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开头后，假设有选手按动抢答按钮，编号马上锁存，并在
3、 LED 数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，制止其他选手抢答。优先抢答选手的编号始终保持到主持人将系统清零为止。三、总体方案的选择（1） 总体方案的设计针对题目设计要求，经过分析与思考，拟定以下二种方案：方案一：该方案是将抢答按钮先直接与锁存器而不是优先编码器相连，将最先抢答的选手的编号锁定，再依次经过优先编码器、译码器和七段显示器，最终显示的是抢答选手的编号，经过优先编码器后的信号到单稳态触发器，单稳态触发器又与报警电路直接连接，所以显示编号的同时可以发出报警信号。另外由主持人把握开关和其他局部电路通过门电路实现对抢答电路、定时电路和报警局部电路的把握。
4、主体框图如下：第 2 页安徽科技学院数字电子技术课程设计报告图 1八路智力抢答器方案一设计框图方案二：主持人按动开头抢答的开关后，最先抢答的选手的电平信号先经过优先编码器，再依次经过数据锁存器，此时已经限制了其他选手的抢答，信号再经过译码器和七段数码显示器，将最先抢答的该选手的编号显示出来，并同时产生报警信号， 到此完成的是抢答功能；假设没有人抢答， 30 秒减计数器减到 00 时也会发出报警信号，此是完成计时功能。主体框图如下：图 2八路智力抢答器方案二设计框图第 3 页安徽科技学院数字电子技术课程设计报告（2） 总体方案的选择相比之下，其次种方案更好些。它的优点表现在以下几个方面：这种方案
5、原理比较简洁。主持人对整体电路的把握只需几个门电路就可完成，不必用特别的芯片来组成把握电路；更简洁实现报警提示功能，在有选手抢答后或者计时开头和完毕时。既削减了布线使整个电路更直观简洁，又降低了产生错误的可能性。四 单元电路的设计1. 设计所使用的元件及工具：74LS48 3 个；74LS27974LS19274LS148 1 个； 2 个； 1 个；74LS00 3 个；74LS10 1 个；发光二极管 1 个；555 1 个；电容： 0.1f-1 个；001f -1 个；电阻： 10k 9 个； 15K-1 个；1k -1 个；68K-1 个试验板一块； 万用表一个； 钳子一个； 导线假设
6、干。2. 各个单元电路（1） 抢答电路设计抢答电路的功能有两个：一是能区分出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按钮操作无效。因此，选用优先编码器 74LS148 和 RS 锁存器 74LS279 以及译码显示电路完成上述功能。第 4 页安徽科技学院数字电子技术课程设计报告抢答器电路工作原理：SW1-8 为八位选手的抢答开关，SW9 单刀双掷开关设为主持人把握开关。当主持人把握开关置于清零状态时，RS 触发器的 R 端为低电平，输出端全部为低电平。于是 74LS48 的 BI 为高，显示器灭灯；74LS148 的选通输入端 ST 为高电平， 74LS1
7、48 处于工作状态，此时锁存电路不工作。当SW9 置于开头状态，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态。74LS279 的 1R、1S 均为高电平，由真值表可知，输出 1Q 为低电平，从而使 74LS148 输入使能端为低电平有效，即抢答器处于等待工作状态。假设有选手假设为 3 号选手按动抢答开关即闭合 SW4，此时优先编码器 74LS148 输入端 I3 接低电平有效，则输出 A2A1A0 为 100，A2A1A0 分别接至 4S、3S、2S，依据 RS 锁存器真值表，2Q3Q4Q 输出分别为 110，从而 74LS48 的输入端 DCBA 为0011，经 74LS48 译码，显示器上显示“
8、3”。与此同时，当 74LS148 输入端有一个为低电寻常，GS 为低电平有效，即标志译码器处于工作状态，从而使 1S 为 0，此时 1Q 输出为高电平，致使 EI 为高电平，74LS148 处于制止工作状态，其他选手抢答按钮的输入信号不会被承受。这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性。抢答完毕后，主持人开关置于清零状态，数码管变灰，一切恢复初始状态，以便进入下一轮抢答环节。第 5 页安徽科技学院数字电子技术课程设计报告（2） 定时电路设计设计要求抢答器具有定时功能，且节目主持人依据抢答题的难易程度，可设定一次抢答的时间设为 30s。设计中选用十进制同步加/减计数器 74LS192 进展设
9、计， 74LS192 是具有置数和清零功能, 其引脚图和规律图如图 10 所示。图 1074LS192 引脚图和规律图P0、P1、P2、P3置数并行数据输入；Q0、Q1、Q2、Q3计数数据输出； CR清零端；LD置数端；CPu 加法计数 CP 输入；CPd 减法计数 CP 输入；CO进位输出端；BO借位输出端。表 574LS192 真值表依据设计要求，需要两片 74LS192 构成 100 进制减计数器。由功能真值表可知， 只需将个位 74LS192 的借位输出端 BO 与十位 74LS192 的 CPd 即可实现 100 进制减计第 6 页安徽科技学院数字电子技术课程设计报告数。值得留意的是
10、，要使其实现减计数，CPu 端口必需接高电平。计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路供给。秒脉冲电路由 555 构成的多谐振荡器构成，如图 11 所示。多谐振荡器无需外加输入信号就能在接通电源自行产生矩形波输出。图 11多谐振荡器由于周期为一秒，所以频率是 1 赫兹。图中电容的充放电时间分别是： t1=RBCln20.7RBCt2=(RA+RB)Cln20.7(RA+RB)C所以 555 的 3 端输出的频率为： f=1/(t1+t2)1.43/(2RA+RB)C我们承受的电阻和电容值分别是： RA=15K，R2=68K，C1=10uf,满足上式， 即得到的是秒脉冲。由以上集成芯片设计的定时电路如图 1
11、2 所示。图 12定时电路第 7 页安徽科技学院数字电子技术课程设计报告工作原理：首先主持人依据题的难易程度转变 74LS192 的输入端 D3D2D1D0 的电平来确定抢答时间假定为 30 秒，555 构成秒脉冲产生电路为计时电路供给脉冲。抢答开头前主持人闭合开关，74LS192 的置数端 PL 为低电平有效，处于置数状态， 数码管显示定时时间。抢答开头，主持人翻开开关，计数器处于计数状态，555 产生的秒脉冲与十位 74LS192 借位输出端其初始状态为高电平相与。计数器递减计数至 00，十位 74LS192 借位输出端为低电平，计数器停顿工作，产生报警。计时期间有人抢答，减计数器停顿计时
12、，显示器上显示此刻时间。（3） 报警电路设计由 555 定时器和三极管构成的报警电路如图 13 所示。图中 555 定时器用来构成多谐振荡器，其震荡频率和秒脉冲产生电路中频率的计算方法一样。3 端的输出信号经过三级管驱动扬声器，发出报警信号。当 4 端的输入信号是高电寻常，振荡器工作， 有报警信号，4 端输入低电寻常，振荡器不工作，没有报警信号。也就是说需要报警时只需把握输入端即可。电路图如下:图 13 报警电路第 8 页安徽科技学院数字电子技术课程设计报告（4） 时序把握电路时序把握电路是抢答器设计的关键，需要完成以下三项功能：a. 主持人将把握开关拨到“开头”位置时，扬声器发声，抢答电路和
13、定时电路进入正常抢答工作状态。b. 当竞赛选手按动抢答键时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停顿工作。c.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顿工作。本设计中承受门电路对把握开关、抢答电路、定时电路、报警电路进展连接，以实现上述三项功能要求如图 14 所示。图 14 时序把握电路第 9 页安徽科技学院数字电子技术课程设计报告其中，两输入与非门承受 74LS00，引脚图如图 15 所示。三输入与门承受 74LS11， 引脚图如图 16 所示。电路中利用与非门两输入端相连实现非门的规律功能。图 15 74LS00 引脚图图 16 74LS11 引脚图工作原理：门 G
14、1 的作用是把握时钟信号 CP 的放行与制止，门 G2 的作用是把握74LS148 的输入使能端。主持人把握开关从“清零”位置拨到“开头”位置时，74LS279 的输出 1Q=0，经 G3 反相，A=1，则从 555 输出端来的时钟信号 CP 能够加到 74LS192 的 CPd 始终输入端，定时电路进展递减计时。同时，在定时时间未到时，74LS192 的借位输出端 BO2 为低电平，门 G2 的输出 ST 为高电平，使 74LS148 处于正常工作状态， 从而实现功能 a 的要求。中选手在定时时间内按动抢答按钮时，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
15、时，门G2 的输出 ST 为低 74LS148 处于制止工作状态，从而实现功能b 的要求。当定时时间到时，来自74LS192 的 BO2 为高，ST 为高，74LS148 处于制止工作状态，制止选手进展抢答。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 c 的要求。第 10 页安徽科技学院数字电子技术课程设计报告五 总体电路图图 17总电路图下面介绍八路智力竞赛抢答器的使用原理。首先是各个选手分别对应的按钮编号是 S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，抢答后显示器上显示的分别是 0、1、2、3、4、5、6、7。然后是主持人对整个电路系统
16、清零，将开关置于“清零”的位置，输出低电平， 分为两路：一路与锁存器的 1R2R3R4R 端相连，使输出端 1Q2Q3Q4Q 为低电平，1Q 所输出的低电平经与门反响给 74LS148 的 EI 端子，编码器不工作，因此抢答局部显示器灭灯无显示，实现了清零；另一路低电平输出到计数器 74LS192 的 LD 端，而 CR 端也是低电平，所以使得对应显示器输出预置的数据。接下来主持人依据题目的难易程度设置抢答时间，此设定可以通过调整输入两片74LS192 的四个输入端 D、C、B、A 的凹凸电平来进展例如要设定时间为 30 秒,就第 11 页安徽科技学院数字电子技术课程设计报告将十位的 7419
17、2 的 D、C、B、A 分别置位为 0、0、1、1，而将各位的74LS192 的 D、C、B、A 都置于 0。当主持人宣读完题目说“开头”并将开关置于“开头”位置后，输出为高电平，此高电平有两路方向：一路输出到 74LS192 的 LD 端，使其处于高电平而开头减计数；还有一路输出到锁存器的 R 端。当任意一个选手抢答时，例如 3 号抢答时，74LS148 三号端子输入低电平有效， 此时 GS 为低电平有效，表征编码器在正常工作。编码输出A2A1A0 为 100，与其对应的 4S3S2S 为 100，经74LS279 锁存，4Q3Q2Q 输出为 011，经译码显示编号为3。与此同时，1Q 所输
18、出的高电平反响回编码器的是能输入端，使其停顿工作。此时，其他选手假设再按动按钮也无对应输出，这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性。另一路，74LS148 的 GS 端输出电平由高变低，与秒脉冲发生器产生的秒脉冲相与后输出为 0，使得无脉冲抵达计数器 74LS192 的 Down 端。计数器停顿工作，保持原来显示不变，即实现了暂停减计数使其记录抢答时间的功能。假设没有选手按动按钮，则 74LS279 输出全为高电平，74LS148 也输出高电平，1Q 端输出低电平至 74LS48 的灭灯输入 RI/RBO 端，使得信号经 74LS48 到显示器上时无显示；假设到定时局部计数器倒计时到 00
19、 还无选手按动按钮的话，十位 74LS192 的借位输出端输出高电平反响回个位 Down 端，停顿计数。综上所述，所设计的电路根本可以实现要求中的功能。六 电路仿真电路仿真承受 Multisim 仿真软件进展的。Multisim 软件可供给的仿真元器件资源： 仿真数字和模拟、沟通和直流等数千种元器件；可供给的仿真仪表资源 ：示波器、规律信号发生器、交直流电压表电流表等。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。因此，选用该软件对抢答器各单元电路及整体电路进展仿真。第 12 页安徽科技学院数字电子技术课程设计报告七、 小结通过本次课程设计，不仅有效稳固了本学期所学数电的相关学问，加强了对重要学问点的记忆和理解，还学会如何运用Multisim仿真进展仿真受益匪浅，现总结如下。本设计的难点在于时序把握电路的设计，如何在第一位抢答者抢答题目后让编码器停顿工作；如何使计时电路在抢答后停顿倒计时；如何让定时电路和抢答电路同时清零。设计过程中，依据以往抢答器设计思路，及查阅相关资料，可运用74LS279的输出1Q完成上述把握任务。从这一点，折射出自己在寻常的学习中较死板，缺乏变通思考的力量。在电路仿真的过程中，由于Multisim操作相对较简洁，因此在仿真过程中较为顺当。第 13 页