1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)一 設(shè)計任務(wù) 數(shù)字式競賽搶答器二 設(shè)計條件本設(shè)計基于學(xué)校實(shí)驗(yàn)室Multisim8.0仿真軟件和計算機(jī).三 設(shè)計要求設(shè)計制作一個可容納4組的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)置一個搶答按鈕供搶答者使用。根據(jù)數(shù)字式搶答器的功能和使用步驟，設(shè)計搶答者的輸入搶答鎖定電路、搶答者序號編碼、譯碼和顯示電路。設(shè)計定時電路，聲、光報警或音樂片驅(qū)動電路。設(shè)計控制邏輯電路，啟動、復(fù)位電路。四 設(shè)計內(nèi)容1設(shè)計思想根據(jù)設(shè)計的要求分塊設(shè)計搶答、鎖存、計時、顯示、和報警功能。（1）搶答和鎖存電路要求能夠?qū)π盘栠M(jìn)

2、行存儲和所定，可用觸發(fā)器組成。（2）對于顯示部分就直接用編碼器、七段數(shù)碼管驅(qū)動譯碼器和七段數(shù)碼管組成。（3）計時電路是按秒進(jìn)行倒計時,所以計時電路可以減法計數(shù)器、秒脈沖生成電路、和顯示電路。由于電路對秒脈沖信號的占空比要求的不高所以可以用555定時器構(gòu)成多諧振蕩電路來實(shí)現(xiàn).（4）報警電路，按題目要求可采用聲、光報警，光報警用發(fā)光二極管電路實(shí)現(xiàn)聲報警用蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)。各個模塊設(shè)計好后要把各個模塊組合起來進(jìn)行調(diào)試,主要是解決題目中要求的多個鎖定問題：（1）搶答后搶答電路的鎖定功能。（2）搶答后計時器的鎖定功能。（3）計時結(jié)束后無人搶答時搶答電路的鎖定功能。（4）計時結(jié)束后無人搶答時計時器的鎖定功能。

3、2電路結(jié)構(gòu)與原理圖根據(jù)設(shè)計要求和設(shè)計思路畫出搶答器的組成框圖: 主控電路主控電路搶答按鍵計時器顯示譯碼顯示譯碼七段數(shù)碼管秒脈沖電路七段數(shù)碼管報警器圖(1)四人智力競賽搶答器系統(tǒng)框圖觸發(fā)鎖存電路分析:圖(2)觸發(fā)鎖存電路圖(3) 74LS175的管腳圖觸發(fā)鎖存電路主要是由集成寄存器74LS175、四輸入與非門74LS20和二輸入與非門74LS00構(gòu)成.一個4位的集成寄存器74LS175的管腳圖。其中CLR是異步清零控制端。在往寄存器中寄存數(shù)據(jù)或代碼之前，必須先將寄存器清零,否則有可能出錯。1D4D 是數(shù)據(jù)輸入端,在CP 脈沖上升沿作用下，1D4D端的數(shù)據(jù)被并行地存入寄存器。輸出數(shù)據(jù)可以并行從1Q

4、4Q 端引出，也可以并行從端反碼引出。 開關(guān)J5是裁判開關(guān)，開關(guān)J1J4是搶答開關(guān).開關(guān)閉合輸入高電平,斷開輸入低電平。當(dāng)J5斷開時CLR端輸入為低電平對74LS175進(jìn)行清零，全為高電平，輸入CLK的脈沖為有效脈沖。當(dāng)開關(guān)J5閉合后選手可以進(jìn)行搶答，如果J3閉合3D輸入為1相應(yīng)的3Q輸出為1 ，輸出為0,而 、 、輸出為1，最后CLK的輸入為1,脈沖信號將無效觸發(fā)器被鎖定.顯示電路分析:顯示電路由8線3優(yōu)先編碼器74LS148、與非門、集成七段顯示譯碼器7448和七段共陰數(shù)碼管組成。由于74LS148輸出的是反碼所以74LS148輸出的信號首先用反碼器反相后再由譯碼器譯碼并最終在七段數(shù)碼管上

5、顯示出結(jié)果.圖(4) 顯示電路由于74LS148的輸入端低電平有效，所以74LS175的反相輸出端直接與74LS148的輸入端D0、D1、D2、D3連接。74LS48輸入信號為BCD碼，輸出端為OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG共7線，另有3條控制線、。端為測試端。在端接高電平的條件下，當(dāng)=0時，無論輸入端A、B、C、D為何值，OAOG輸出全為高電平，使7段顯示器件顯示“8”字型，此功能用于測試器件。端為滅零輸入端。在=1，條件下，當(dāng)輸入A、B、C、D=0000時，輸出OAOG全為低電平，可使共陰LED顯示器熄滅。但當(dāng)輸入A、B、C、D不全為零時，仍能正常譯碼輸出，使顯示器正常顯示。端為

6、消隱輸入端。該輸入端具有最高級別的控制權(quán)，當(dāng)該端為低電平時，不管其他輸入端為何值，輸出端OAOG均為低電平，這可使共陰顯示器熄滅。另外，該端還有第二功能滅零信號輸出端，記為。當(dāng)該位輸入的A、B、C、D=0000且時，此時輸出低電平；若該位輸入的A、B、C、D不等于零，則輸出高電平。若將與配合使用，很容易實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼顯示時的滅零控制。例如對整數(shù)部分，將最高位的接地，這樣當(dāng)最高位為零時“滅零”，同時該位輸出低電平，使下一位的為低電平，故也具有“滅零”功能；而對于小數(shù)部分, 應(yīng)將最低位的接地，個位的端懸空或接高電平，低位的接至高位的。74LS48可直接驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管而不需外接限流電阻。此處要

7、是保持?jǐn)?shù)碼管不黑屏就將BI/RB0，RBI置1就可以了，是檢查數(shù)碼管的好壞的，如果不需要的話直接接高電平。其他端口按照OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG的對應(yīng)關(guān)系連接好以保證顯示正確，確保接地成功?？深A(yù)置到計時計時電路分析:圖(5) 可預(yù)置到計時計時電路倒計時電路主要由集成計數(shù)器74LS192，秒脈沖電路和顯示電路組成。該部分的顯示電路和搶答顯示電路基本相同這里就不在贅述下面主要分析一下計數(shù)部分和脈沖部分.首先對74LS192的功能做一下說明:異步置數(shù)功能，為異步置數(shù)控制端，低電平有效。當(dāng)CLR=0、=0時，D3、D2、D1、被置數(shù)，不受CP脈沖的控制。加減法計數(shù)，當(dāng)CLR=0和=1，而

8、減數(shù)計數(shù)輸入端CPd為高電平 ，計數(shù)脈沖從加法計數(shù)端CPu輸入時進(jìn)行加法計數(shù)，當(dāng)CPd 和CPu的條件互換時則進(jìn)行減法計數(shù)。保持，當(dāng)CLR=0 =1，且CPd=CPu=1時計數(shù)器處于保持狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)J5斷開時CLR=O、=0 此時計數(shù)器處于置數(shù)狀態(tài),裁判員可以根據(jù)題目的難易程度通過修改74LS192四個輸入來調(diào)整計時的時間并在計時數(shù)碼管上顯示設(shè)定的時間。當(dāng)J5閉合計時器開始倒計時，要是在計時沒有完成前有選手按下了搶答器的按鍵,搶答器被鎖定的同時主控電路也會把倒計時電路鎖定。鎖定的原理就是把脈沖信號鎖定從而使計時電路處于保持狀態(tài)顯示搶答時的時間。如果計時結(jié)束仍然沒有選手搶答，74LS192四個輸

9、出端輸出的信號分別經(jīng)過非門后再經(jīng)過一個與非門74LS20,74LS20的輸出信號同時把74LS192和74LS175的CP脈沖信號鎖定使計時器顯示為0不變使搶答電路被鎖定搶答無效。用555集成電路組成多諧振蕩電路為計時系統(tǒng)提供脈沖。用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器的電路和工作波形如下圖所示:（a）多諧振蕩器電路 （b）工作波形 圖(6) 多諧振蕩器電路和工作波形接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCCR1R2C地，按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)上升到2/3VCC時（TH、端電平大于2/3VCC），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。是低電平，T導(dǎo)通，C放電，放電回路為CR2T地，按指數(shù)規(guī)律下降，當(dāng)下降到

10、1/3VCC時（TH、端電平小于1/3VCC），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復(fù)始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得輸出高電平時間 輸出低電平時間 振蕩周期 報警電路分析:圖(7)聲音報警電路聲音報警電路采用單穩(wěn)觸發(fā)器驅(qū)動蜂鳴器來實(shí)現(xiàn)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點(diǎn)是：只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，即無信號觸發(fā)時，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)；在外來觸發(fā)脈沖作用下，可從穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過一段時間后又自行回到穩(wěn)定狀態(tài)。 圖(8) 門電路單穩(wěn)觸發(fā)器圖(8)所示與非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。Rd、R的取值足以保證觸發(fā)器處于G1導(dǎo)通、G2截止的穩(wěn)定狀態(tài)，此時，電容C兩端沒有電壓。當(dāng)負(fù)極性觸發(fā)脈沖UI加至由Cd

11、、Rd構(gòu)成的微分電路后，就產(chǎn)生出負(fù)的尖脈沖，致使G1門截止，U1為高電平，因C上電壓不能突變，所以此時uR也為高電平，G2門飽和，觸發(fā)器轉(zhuǎn)入到暫穩(wěn)狀態(tài)。即使觸發(fā)脈沖過去，電路也還保持這一狀態(tài)暫時不變。此后，Vo1通過C、R回路對C充電，uR的電平隨之降低。一旦uR低于門電路的關(guān)門電平，G2門截止U2為高電平，于是，G1導(dǎo)通，U1為低電平。暫穩(wěn)狀態(tài)結(jié)束，電容C開始放電，經(jīng)短暫時間，放電完畢，電路完全恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。待下一個觸發(fā)脈沖來到，再次重復(fù)以上過程。該電路各點(diǎn)電壓波形，。微分電路 R、C決定暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間。光報警電路采用發(fā)光二極管電路，當(dāng)開關(guān)閉合時對應(yīng)的二極管就會發(fā)光，如果J5還沒有

12、閉合其他開關(guān)就閉合的話他們的二極管就會發(fā)光進(jìn)行報警裁判就可以知道是那位選手提前按了搶答按鍵。當(dāng)計時器顯示到0還沒有選手搶答的話顯示器顯0的同時紅色發(fā)光二極管就會發(fā)光提醒選手和裁判時間已經(jīng)到了。圖(9)完整仿真電路圖3計算、仿真過程和結(jié)果 1對多諧振蕩周期的計算：本設(shè)計需要的是秒脈沖所以周期應(yīng)該為一秒設(shè)C=10uF則由 計算出需要電阻的大小2仿真結(jié)果符合設(shè)計的要求下面分別介紹:圖(10)搶答仿真結(jié)果(1)該個智力競賽搶答器,可同時供4名選手或4個參賽隊(duì)參加比賽,他們的編號分別是1,2,3,4,各用一個搶答按扭,按扭的編號與選手的編號相對應(yīng). 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能,搶答開始后,若有選手按動

13、搶答按鈕,編號立即鎖存,并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號,此外還禁止其他選手搶答其他選手再操作時將為無效操作,優(yōu)先搶答選手的編號顯示一直要保持到主持人將系統(tǒng)清零為止.(2)主持人控制開關(guān)為J5,用來控制系統(tǒng)的清零(編號顯示數(shù)碼管燈滅)和搶答開始計時器的置數(shù)與倒計時開始.當(dāng)J5斷觸發(fā)鎖存電路清0計時電路置數(shù)，當(dāng)J5閉合可以進(jìn)行搶答計時電路開始倒計時并用顯示器顯示。（3）搶答器具有定時搶答的功能,且一次搶答的時間可以由支持人設(shè)定(如9S).裁判啟動開始鍵后,參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答,搶答有效,定時器停止工作,顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間,并保持到支持人將系統(tǒng)清零為止. 圖(11)倒計

14、時結(jié)束時無人搶答結(jié)果圖 (4)如果定時搶答的時間已到,卻沒有選手搶答時,本次搶答無效,如圖(11)所示發(fā)光二極管將發(fā)光報警蜂鳴器也將發(fā)出報警警報 ,同時封鎖輸入電路禁止選手超時后搶答如上圖中J3雖然按下但不在顯示,時間顯示器上顯示0。（5）當(dāng)每個開關(guān)按下的時候相對應(yīng)的二極管就會發(fā)光做為光報警。如圖(10)所示開關(guān)J2和J5閉合它們所對應(yīng)的二極管發(fā)光.4元器件清單數(shù)量名稱RefDesPackageVendor774STD, 7404NU1, U2, U3, U12, U13, U17, U11GenericNO14174STD, 7400NU6GenericNO14174STD, 74148NU

15、7GenericNO16174STD, 74175NU8GenericNO16174STD, 7448NU4GenericNO167RESISTOR, 100Ohm_5%R7, R8, R9, R10, R11, R12, R13GenericRES0.255SWITCH, DIPSW1J1, J2, J3, J4, J5UltiboardDIPSW1H5LED, LED_blueLED1, LED2, LED3, LED4, LED5GenericLED1174STD, 74192NU14GenericNO16274LS, 74LS10NU16, U5GenericNO14274STD, 7

16、420NU9, U18GenericNO141TIMER, LM555CNU19GenericN08E13D_VIRTUAL, Led1_RedU20GenericLED11BUZZER, BUZZERU21GenericBUZZER5.設(shè)計和使用說明本搶答器為四路搶答器J1、J2、J3、J4分別為搶答開關(guān)，J5為裁判開關(guān)當(dāng)裁判開關(guān)閉合時可以進(jìn)行搶答,最先按下開關(guān)的選手對應(yīng)的號碼將在數(shù)碼管上顯示同時計時電路還記下選手搶答時的時間.計時器的倒計時的時間可有裁判設(shè)定最大為9秒.如果9秒之內(nèi)沒有選手搶答此題無效,重新進(jìn)行下一題的搶答.五、設(shè)計心得體會在設(shè)計之前，參考了許多相關(guān)的資料，從網(wǎng)絡(luò)上下載了原

17、理圖。在設(shè)計中又參考了以前講過的四路搶答器的原理圖，有了基本的思路。 但著手設(shè)計時，又出現(xiàn)了許多未預(yù)料到的問題，例如元件的選擇：在選擇編碼器時，是采用普通編碼器還是優(yōu)先編碼器。普通編碼器中，任何時刻只允許輸入一個編碼信號，否則輸出將發(fā)生混亂。所以選擇了優(yōu)先編碼器。但是74LS系列中眾多不同管腳的類型，選擇哪個作編碼器。經(jīng)過查找，選擇了8線-3線的74LS148，因?yàn)橄胗脭?shù)字的形式顯示搶答者的編號，所以選擇了數(shù)碼顯示管，但數(shù)碼顯示管不能直接和74LS148相連，數(shù)碼顯示管需要由TTL或CMOS集成電路驅(qū)動，所以在TTL還是CMOS集成電路上又進(jìn)行了比較和選擇。最后選擇了專用頻道數(shù)顯譯碼器74LS

18、48，用它將74LS148輸出的二進(jìn)制代碼經(jīng)過反相后的信號譯成相對應(yīng)的高、低信號，用其作為數(shù)碼顯示管的驅(qū)動信號，數(shù)碼顯示管顯示出相對應(yīng)的選手編號。在這次設(shè)計中我遇到的最大的困難就是我把各個電路模塊設(shè)計好后要如何把他們組合起來，怎樣讓計時電路和主控電路建立起適當(dāng)?shù)姆答?，使選手搶答時計市時器停止工作，當(dāng)計時器顯示到0時如果沒有人搶答計時器將顯示并將74LS175鎖定來完成要求的功能。 通過這次4路搶答器的設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)了以往學(xué)習(xí)中的許多不足，也讓我掌握了以往許多掌握的不太牢的知識，感覺學(xué)到了很多東西?？傮w來說，這次實(shí)習(xí)我受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增加了實(shí)際操作能力。在讓我體會到了設(shè)計電路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。六.參考資料1、數(shù)字集成電路應(yīng)用300例，黃繼昌等主編。，人民郵電出