數(shù)電課程設(shè)計(jì)---四人競賽搶答器的設(shè)計(jì)

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1、目錄 摘要2 第二章．電路設(shè)計(jì)3 2.1 設(shè)計(jì)要求3 2.1.1設(shè)計(jì)背景3 掌握時(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)成4 2.1.3了解組合邏輯電路掌握組合邏輯電路的設(shè)計(jì)及觸發(fā)器的使用4 2.2 四人智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)原理電路主要由脈沖產(chǎn)生電路、鎖存電路、編碼及譯碼顯示電路、倒計(jì)時(shí)電路和音響產(chǎn)生電路組成。當(dāng)有選手搶答時(shí)，首先鎖存，阻止其他選手搶答，然后編碼，再經(jīng)4線7段譯碼器將數(shù)字顯示在顯示器上同時(shí)產(chǎn)生音響。主持人宣布開始搶答時(shí)，倒計(jì)時(shí)電路啟動(dòng)由30計(jì)到0，如有選手搶答，倒計(jì)時(shí)停止。電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1： 4 2.3單元電路分析5 選手開關(guān)5 主持人開關(guān)5 觸發(fā)鎖存電路5 2.3

2、.4搶答電路如圖2-2：6 2.2.5 74LS192簡介............................................................................................................7 2.4整體電路8 2.4.1運(yùn)行情況9 2.4.2電路圖封裝及電路板仿真結(jié)果如圖2-7：10 第三章.總結(jié)與體會(huì)10 3.1結(jié)論：10 3.2心得;11 第四章、答辯記錄及評(píng)分表12 參考文獻(xiàn)13 附錄：14 四人競賽搶答器的設(shè)計(jì) 摘要 應(yīng)用Multisim 11.0軟件對(duì)4

3、路競賽搶答器進(jìn)行設(shè)計(jì)與仿真。四人智力競賽搶答器電路主要由搶答電路、倒計(jì)時(shí)電路、影響電路等構(gòu)成。結(jié)果表明，該方法仿真效果真實(shí)、準(zhǔn)確，操作簡單，成本低廉的特點(diǎn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多競爭場合要求有快速公正的競爭裁決，例如證券、股票交易以及各種智力競賽等。在現(xiàn)代社會(huì)生活中，智力競賽更是作為一種生動(dòng)活潑的教育形式和方法能夠引起觀眾極大地興趣。而在競賽中往往分為幾組參加，這是針對(duì)主持人提出的問題，各組一般要進(jìn)行必答和搶答，對(duì)必答一般有時(shí)間限制，倒是有聲響提示；對(duì)于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。本文介紹了一種利用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性

4、。 數(shù)字搶答器有主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽組的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能。搶答開始后，若有選手安東強(qiáng)大按鈕，編號(hào)立即鎖存，并數(shù)碼管上顯示選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出聲音提示；同時(shí)封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 關(guān)鍵詞 數(shù)字搶答器；鎖存器；Muitisim 11.0；計(jì)時(shí)電路 第一章.緒論 基于數(shù)字電子技術(shù)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新看起來似乎永無止境，而且它們也的的確確 展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)越來越注重產(chǎn)品的易使用型，人機(jī)

5、界面一定要良好。聲音、圖象等作為人類交往的最重要手段，也被體現(xiàn)在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。采用一顆語音芯片，讓產(chǎn)品開口說話，可以起到強(qiáng)化宣傳品牌、指導(dǎo)用戶使用、故障緊急提示、娛樂等功能，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)新穎實(shí)用、先聲奪人、出奇制勝。 第二章．電路設(shè)計(jì) 2.1 設(shè)計(jì)要求 （1）.四組參賽者在進(jìn)行搶答時(shí)，當(dāng)搶答者按下面前的按鈕時(shí)，搶答器都能準(zhǔn)確地判斷出搶先者，并顯示相應(yīng)的組號(hào)。 （2）.搶答器應(yīng)具有互鎖功能，某組搶答后能自動(dòng)封鎖其它各組進(jìn)行搶答。 （3）.系統(tǒng)應(yīng)具有一個(gè)總復(fù)位開關(guān)。 （4）.安裝自己設(shè)計(jì)的電路。 （5）.運(yùn)用仿真軟件繪制設(shè)計(jì)電路圖（如Multisim）。 （6）.可用觸發(fā)器、鎖存器

6、或編碼器判斷第一搶答者的信號(hào)并將其鎖存，在得到第一信號(hào) 之后應(yīng)立即將電路的輸入封鎖，同時(shí)還必須注意，第一搶答信號(hào)應(yīng)在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。 (7).當(dāng)電路形成第一搶答信號(hào)之后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答者的組別，或用發(fā)光二極管直接指示出組別。同時(shí)控制音頻振蕩器工作。 (8).限時(shí)及顯示電路可多諧振蕩器、計(jì)數(shù)器、譯碼器和數(shù)碼顯示電路組成 2.1.1設(shè)計(jì)背景 (1).了解數(shù)字電路系統(tǒng)的定義及組成 數(shù)字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時(shí)鐘電路和電源等。輸入電路主要作用是將被控信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，其形式包括各種輸入接口電路。比如數(shù)字頻率計(jì)中，通過輸入

7、電路對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大、整形，得到數(shù)字電路可以處理的數(shù)字信號(hào)。模擬信號(hào)則需要通過模數(shù)轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)再進(jìn)行處理。在設(shè)計(jì)輸入電路時(shí)，必須首先了解輸入信號(hào)的性質(zhì)，接口的條件，以設(shè)計(jì)合適的輸入接口電路。 2.1.2掌握時(shí)鐘電路的作用及基本構(gòu)成 時(shí)鐘電路是數(shù)字電路系統(tǒng)中的靈魂，它屬于一種控制電路，整個(gè)系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。時(shí)鐘電路包括主時(shí)鐘振蕩電路及經(jīng)分頻后形成各種時(shí)鐘脈沖的電路。比如多路可編程控制器中的555多諧振蕩電路，數(shù)字頻率計(jì)中的基準(zhǔn)時(shí)間形成電路等都屬于時(shí)鐘電路。設(shè)計(jì)時(shí)鐘電路，應(yīng)根據(jù)系統(tǒng)的要求首先確定主時(shí)鐘的頻率，并注意與其他控制信號(hào)結(jié)合產(chǎn)生系統(tǒng)所需的各種時(shí)鐘脈沖。

8、2.1.3了解組合邏輯電路掌握組合邏輯電路的設(shè)計(jì)及觸發(fā)器的使用 在組合邏輯電路中，任意時(shí)刻的輸出僅僅取決于該時(shí)刻的輸入，與電路原來的狀態(tài)無關(guān)?？梢酝ㄟ^各種簡單邏輯單元實(shí)現(xiàn)各種邏輯關(guān)系從而可以設(shè)計(jì)出判斷搶答信號(hào)的先后并同時(shí)封鎖其它信號(hào)的到來。觸發(fā)器能夠存儲(chǔ)1位二值信號(hào)，由此可以設(shè)計(jì)出鎖存搶答信號(hào)的電路。 2.2 四人智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)原理電路主要由脈沖產(chǎn)生電路、鎖存電路、編碼及譯碼顯示電路、倒計(jì)時(shí)電路和音響產(chǎn)生電路組成。當(dāng)有選手搶答時(shí)，首先鎖存，阻止其他選手搶答，然后編碼，再經(jīng)4線7段譯碼器將數(shù)字顯示在顯示器上同時(shí)產(chǎn)生音響。主持人宣布開始搶答時(shí)，倒計(jì)時(shí)電路啟動(dòng)由30計(jì)到0，如有選手搶答，倒

9、計(jì)時(shí)停止。電路系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1： 圖2-1 2.3單元電路分析 選手開關(guān) 此電路由4個(gè)開關(guān)組成，四位搶答者通過開斷各自的開關(guān)開關(guān)實(shí)現(xiàn)搶答，給編碼器輸入高電平，其中低電平為有效搶答信號(hào)。 主持人開關(guān) 此電路由2個(gè)開關(guān)和一個(gè)1kΩ的電阻組成，主持人通過開斷開關(guān)控制整個(gè)電路開合。 觸發(fā)鎖存電路 此電路由4D觸發(fā)器74LS175組成。它具有以下功能：1.清零功能(用集成觸發(fā)器清除端實(shí)現(xiàn)，由主持人輸入手動(dòng)負(fù)脈沖控制)。2.四個(gè)搶答鍵控制功能(有按鍵實(shí)現(xiàn))。3．顯示功能( 用LED顯示器實(shí)現(xiàn)。4.脈沖信號(hào)控制功能。 其功能表如表2-1： 表2-1 主持人沒有按下開關(guān)時(shí)

10、，選手不得搶答，否則搶選選收對(duì)應(yīng)的指示燈亮，并且顯示器顯示該選手編號(hào)，蜂鳴器不響。 2.3.4搶答電路如圖2-2： 圖2-2 其工作原理為：本電路采用74LS175四上升沿D觸發(fā)器，～CLR為清除端（低電平有效）由主持人控制按鍵J5控制。選用該芯片的三個(gè)輸入與輸出開始時(shí)，輸入端1、2、4分別接低電平，J3通過兩個(gè)二極管D1、D2接到輸入1和2端，因此，當(dāng)J3按下時(shí)輸出1和2均為高電平，為十進(jìn)制的3，通過數(shù)碼管便可顯示搶答的組別。當(dāng)主持人按下J5時(shí)，74LS175的清零端為低電平，使其被強(qiáng)制清零，輸入的搶答信號(hào)無效。開始時(shí)74LS175的清零端接高電平，74LS175正常工作，四個(gè)Q非端與

11、在一起為高電平，再和輸入的時(shí)鐘脈沖信號(hào)一起給74LS175脈沖端，當(dāng)有人搶答時(shí)，輸出有一個(gè)為高電平，74LS21輸出為低電平，沒有脈沖信號(hào)輸入，因此74LS175被鎖定，從而使得其他選手按鍵的輸入信號(hào)不會(huì)被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)選手回答 完畢或時(shí)間到后，主持人按下控制開關(guān)J5,搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 2.3.5 74LS192簡介： 74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如下圖2-3圖2-3： 圖2-3 CLK為置數(shù)端， UP為加計(jì)數(shù)端， DOWN為減計(jì)數(shù)端， ~CO為非

12、同步進(jìn)位輸出端， ~BO為非同步借位輸出端，A、B、C、D為計(jì)數(shù)器輸入端，為清零端，QA、QB、QC、 QD為數(shù)據(jù)輸出端。 倒計(jì)時(shí)電路 由兩個(gè)74LS192構(gòu)成30秒倒計(jì)時(shí)。開始時(shí)為39秒，當(dāng)選手搶答后，倒計(jì)時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，30秒跑完后，蜂鳴器開始響至主持人按下復(fù)位控制按鍵J5時(shí)，蜂鳴器響停止，同時(shí)顯示為30秒，等待下一輪搶答。到計(jì)時(shí)電路如圖2-4所示 圖2-4 其工作原理為：與非門74LS05連接搶答電路74LS175輸出端～1Q、～2Q和～4Q控制74LS192的置數(shù)端，同時(shí)將U4的輸入A端和B端接高電平，同時(shí)將剩下的輸入端和U6的輸入端接地。而U6的～BO端接U4的

13、DOWN脈沖端，輸出端接連數(shù)碼管顯示時(shí)間，倒計(jì)時(shí)部分的的192的連接見圖4。由三個(gè)或非門分別對(duì)輸出端進(jìn)行選擇，再將其進(jìn)行相與，輸出連接蜂鳴器和非門，非門輸出再與時(shí)鐘脈沖相與接到U6的DOWN脈沖端。當(dāng)輸出不全為零時(shí)，非門的輸出為高電平，脈沖正常工作，當(dāng)輸出全為零時(shí)，非門輸出為低電平，U6的DOWN脈沖端一直為低電平，從而使192不能正常工作，從而實(shí)現(xiàn)30秒倒計(jì)時(shí)和到點(diǎn)蜂鳴器響的效果。 2.4整體電路 電路圖如圖2-6所示： 圖2-6 2.4.1運(yùn)行情況 當(dāng)開始搶答后，主持人會(huì)按下加分按鍵J5倒計(jì)時(shí)電路會(huì)開始倒計(jì)時(shí)，若選手在規(guī)定的搶答時(shí)間內(nèi)搶答成功，組別顯示數(shù)碼管會(huì)顯示

14、優(yōu)先搶答的選手組別，同時(shí)搶答電路被鎖定，其他選手再按下?lián)尨鸢存I時(shí)也不會(huì)顯示，同時(shí)主持人按下復(fù)位按鍵J5，J6電路回到初始狀態(tài)，等待下一輪的搶答；若選手在30秒沒有搶答時(shí)，時(shí)間一到蜂鳴器會(huì)報(bào)警，此時(shí)該選手不得分，主持人按下復(fù)位按鍵J5，J6電路回到初始狀態(tài)，等待下一輪搶答。 2.4.2電路圖封裝及電路板仿真結(jié)果如圖2-7： 圖2-7 第三章.總結(jié)與體會(huì) 3.1結(jié)論： 本次設(shè)計(jì)是本人第一次運(yùn)用數(shù)字電路模擬實(shí)際的東西。因而在許多方面都還不熟練,不如說對(duì)一些元器件的功能還不完全了解，不能熟練運(yùn)用，因而不能完全的一次性設(shè)計(jì)好該電路。不過通過本次的課程設(shè)計(jì)

15、我學(xué)到了學(xué)多的知識(shí)，培養(yǎng)了我獨(dú)立思考問題解決問題的能力，加深了我們對(duì)數(shù)電、模電知識(shí)的理解，鞏固了我們的學(xué)習(xí)知識(shí)，有助于我們今后的學(xué)習(xí)。 總之，在這次的課程設(shè)計(jì)過程中，我收獲了很多，即為我的以后學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)有很大的幫助，也為將來的人生之路做好了一個(gè)很好的鋪墊。 3.2心得; 本次課程設(shè)計(jì)對(duì)于我的課題的要求基本上實(shí)現(xiàn)了。這次課程設(shè)計(jì)時(shí)間有點(diǎn)匆忙，雖然大部分的功能都實(shí)現(xiàn)了，但是還是會(huì)存在不完美的地方，實(shí)在是時(shí)間有點(diǎn)緊，沒辦法做長時(shí)間的修改。 設(shè)計(jì)進(jìn)行地比較成功，對(duì)常用的芯片無論是從功能上，還是構(gòu)造上都在了更深的了解，更重要的是鍛煉了我們的動(dòng)手能力，平時(shí)看書都能看得明白，但是到了仿真的

16、時(shí)候還是會(huì)出現(xiàn)很多的問題，有時(shí)候一個(gè)小失誤致使整個(gè)電路工作狀態(tài)出現(xiàn)錯(cuò)誤，但是還是能過一次次的調(diào)試，一次次地去修改最后得出了成品。也學(xué)了一個(gè)新的軟件，這也是很重要的。 反正這次課程設(shè)計(jì)收獲也不少，但是如果時(shí)間能夠再充分一點(diǎn)，我相信自己能夠做得更好。 第四章、答辯記錄及評(píng)分表 課題名稱 四 人 競 賽 搶 答 器 答辯教師（職稱） 王銀花 答辯時(shí)間 2012~2013 學(xué)年第 二 學(xué)期 第 15 周 答 辯 記 錄

17、 評(píng) 分 表 學(xué)生姓名 學(xué)號(hào) 評(píng)分 參考文獻(xiàn) 1.閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1989 2.張乃國.電子測量.北京：人民郵電出版社，1985 3.彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京：高等教育出版社，1997 4.華容茂.電工、電子技術(shù)實(shí)習(xí)與課程設(shè)計(jì).北京電子工業(yè)出版社，2000 5. 臧春華.電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京:高等教育出版社2005.

18、 6. 邱關(guān)源羅先覺.電路第五版[M].北京高等教育出版社2006. 7.蔡杏山 零起步輕松學(xué)數(shù)字電路 人民郵電出版社 2006年 6月 8.王彩君，楊睿 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn) 國防工業(yè)出版社 2006年7月 9.王建新，姜萍電子線路實(shí)踐教程 .科學(xué)出版社2003年9月 10.顧德仁，萬棟義脈沖與數(shù)字電路. 高等教育出版社 1985年7月 11.劉建成 .電子線路試驗(yàn)教程 .北京氣象出版社 2004 年1月 12.韓克 .電子技能與EDA技術(shù).廣州暨南大學(xué)出版社 2004 年 4月 13.李銀華.電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo).北京航空航天大學(xué)出版社2005年6

19、 附錄： 器件名稱 編號(hào) 數(shù)目 74LS,74LS175D U1 1 DIPSW8 J1, J2, J3, J5, J6, J7 6 74LS,74LS21D U3, U17, U18 3 74LS,74LS00D U4 1 74LS,74LS32D U5,U6 2 74LS,74LS192D U7,U10 2 74HC-6V,74HC05-6V U9,U11,U12,U13,U14,U15,U16,U23 8 74LS,74LS08D U19,U22 2 74LS,74LS32N U24 1 SONALERT,SONALERT 1KHz U21 1