電子技術(shù)課程設(shè)計報告書.docx

電子技術(shù)課程設(shè)計題目名稱: _智力競賽搶答器_班 級： 自動化0901 學(xué) 號： 200904134015 姓 名： 翁 宇 指導(dǎo)教師： 吳 建 國 日 期： 2011年6月20日 設(shè)計課題 智力競賽搶答器一. 設(shè)計要求1.設(shè)計四人參加的智力競賽計時搶答器；2 當有某一參賽者首先按下?lián)尨痖_關(guān)時，相應(yīng)顯示燈亮并伴有聲響。此時，搶答器不在接受其他輸入信號； 3具有回答問題時間控制功能。要求回答問題的時間小于等于100秒（顯示為 0 99），時間顯示采用倒計時方式，當達到限定時間時，發(fā)出聲響以示警告；4畫出完整的電路原理圖。二.方案選擇及電路的工作原理設(shè)計的方案有以下兩種：方案一：用CD4511 、CD4068各一個電阻，開關(guān)，三級管和二級管若干及七段顯示器構(gòu)成搶答電路。本電路的控制方法是利用開關(guān)進行輸入編碼當按鍵第一次就接下時，輸出由1111110變?yōu)樗酉碌逆I值的BCD編碼經(jīng)4068 8輸入與門和一個三級管控制后輸出CD4511第五腳使其從底電平變?yōu)楦唠娖?，從而鎖住CD4511，實現(xiàn)搶答功能。計數(shù)器利用兩個CD40110和CD4011組合成99秒的加法計數(shù)器。此電路原理簡單，制作方便，但顯示不為倒計時，觀看比較不方便。方案二：搶答電路由四個D觸發(fā)器74LS74N，或非門4002BT，開關(guān)若干，優(yōu)先編碼器74LS148及七段顯示器等組成。本電路的控制方法是利用開關(guān)進行高低電位的輸入，當四個開關(guān)有一個有優(yōu)先按下時，D觸發(fā)器的輸出端輸出的高電位通過或非門進入其他D觸發(fā)器的異步復(fù)位端從而使其他選手的輸入信號鎖存成無效。倒計時電路由74LS192, 七段顯示器，及555定時電路組成。此電路的設(shè)計雖然較復(fù)雜，但是能很好實現(xiàn)所要求的功能。 通過比較二個方案的特點，本電路采用方案二！該系統(tǒng)的整體分布如下圖所示：搶答電路顯示電路倒計時電路CP報警電路 總控制電路顯示電路發(fā)光二極管說明：智力競賽搶答器的設(shè)計方框圖如圖所示。包括搶答器電路，秒脈沖發(fā)生器電路、計數(shù)器電路、譯碼與顯示電路、報警電路和外部控制電路（輔助時序控制電路）等六個部分組成。計時電路遞減計時，每隔1秒鐘，計時器減1。其中搶答器，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。搶答器電路完成搶答功能，計數(shù)器完成99秒計時功能，而控制電路完成計數(shù)器的直接清零、啟動計數(shù)器、暫停/連續(xù)計數(shù)、譯碼顯示電路的顯示功能。當計時器遞減計時到零（既定時時間到）時，顯示器上顯示00，同時警報燈點亮。三單元電路設(shè)計計算與元器件的選擇1、搶答器按鍵保持與封鎖電路該電路說明：可以完成兩個功能：一是能夠分辨出選手案件的先后順序并且能夠鎖存優(yōu)先搶答選手的號碼，同時譯碼顯示電路顯示編號； 二是后面的選手按鍵操作將無效。 工作過程：開關(guān)J6開啟時，則輸入為高電位“1”，經(jīng)過四個或非門后變成低電位“0”。則四個D觸發(fā)器的異步復(fù)位端將觸發(fā)器置“0”，搶答電路處于系統(tǒng)清零狀態(tài)；當J6閉合時，搶答電路處于工作狀態(tài)。當搶答開始，若J1先按鍵，則Q1端輸出高電位“1”通過或非門變成低電位“0”，將其他D觸發(fā)器置0，則搶答信號輸出為“1110”（J4J3J2J1），然后通過輸出選手號碼顯示電路顯示對應(yīng)號碼。 搶答器按鍵保持與封鎖電路該電路2、選手號碼顯示電路說明：此部分電路主要實現(xiàn)搶答選手編號的顯示。例如：當?shù)谌贿x手率先按下?lián)尨鹌鲿r，LED顯示“3”。電路圖上顯示的是“1”，說明第一位選手先按下?lián)尨鹌?。工作過程：當選手按下?lián)尨鹌靼粹o時，搶答信號輸入端輸入低 電平信號，在74LS148N作用下，輸出端A1、A2、A3相應(yīng)的輸出高低電平，產(chǎn)生對74LS248N的控制信號，并由此來控制LED的顯示信號。注意，選手控制信號從74LS148N的D3、D4、D5、D6端輸入，并且D3對應(yīng)選手4號，D4對應(yīng)選手3號，D5對應(yīng)選手2號，D6對應(yīng)選手1號。LED為共陰極七段顯示器選手號碼顯示電路3、秒脈沖發(fā)生器電路說明：此部分電路主要是為計時電路提供所需脈沖，一般情況下，脈沖周期為1秒 工作過程：當選手按下強大按鈕時，也就啟動了次部分電路的工作。555定時電路在此處構(gòu)成振蕩器，周期：T=C3(R6+R5)ln2，近似等于1秒。這也就確定了計數(shù)器以1秒1次的頻率計數(shù)。 秒脈沖發(fā)生器電路4、遞減計數(shù)器電路 說明：此部分電路完成計時功能。從99遞減為00，限定搶答選手答題時間為100秒。并且在搶答時，相應(yīng)的信號燈也會發(fā)光。 工作過程：當選手按下?lián)尨鹌靼粹o時，電路開始工作。電路啟動后，由秒脈沖發(fā)生器電路為其提供所需脈沖，兩個74LS248均相當于計時器，來一個脈沖就計數(shù)一次，相應(yīng)LED顯示也會跳變，周期為1秒。另外，LED1代表的信號顯示燈也會發(fā)光。此處，設(shè)計要求是答題時間為100秒，但此處忽略搶答時的一秒，故從99秒開始計時。 遞減計數(shù)器電路5、搶答及限時鳴響電路 說明：此部分電路完成鳴響功能。具體分為：一.當選手按下?lián)尨鹌靼粹o時鳴響;二.當計時器由99變?yōu)?0是鳴響，提示選手答題時間已到。工作過程：選手搶答時產(chǎn)生低電平，通過多次與非門最后變?yōu)楦唠娖捷斎氲紹UZZER,時期鳴響。當計時器變?yōu)?0時，產(chǎn)生低電平，經(jīng)過1個“與非”門，和2個“非”門，也變成高電平，時得BUZZER鳴響。 搶答及限時鳴響電路四、設(shè)計總結(jié) 本次課程設(shè)計我選的設(shè)計課題是智力競賽搶答器的設(shè)計，實質(zhì)是屬于數(shù)字電路部分的內(nèi)容。主要使用了74LS148， 74LS248,74LS74等一些集成芯片，以及七段數(shù)碼顯示管，555定時電路，蜂鳴器，發(fā)光二極管。 最開始自己構(gòu)想了方案一，但在仿真的過程中出現(xiàn)了不少問題。比如，計數(shù)跳變時，個位和十位跳變不同時，出現(xiàn)60跳變后成50的現(xiàn)象，后來查資料才知道這是反饋延時產(chǎn)生的。為了解決方案一中出現(xiàn)的各種問題，在查閱了大量圖書資料和網(wǎng)絡(luò)資料下，并借鑒相關(guān)設(shè)計案例，得到了方案二。 這是我們這學(xué)期以最難的一個數(shù)字電路設(shè)計，以前以為只學(xué)好書上知識就可以了，但在這次設(shè)計中很多并非教材上能找到的芯片。深有感觸的是，想要做好數(shù)字電路的設(shè)計，必要的基礎(chǔ)知識勢必需的，但更重要的=的是了解各種芯片的構(gòu)造及其功能和管腳的排布。并非幾個簡單的“或”,“與”，“非” 門能解決問題的。每一次課程設(shè)計，都有不同的收獲，我期待下一次課程設(shè)計的到來！七參考文獻：1吳建國.張彥。數(shù)字電子技術(shù).華中科技大學(xué)出版社.201.12郝國法.梁柏華.電子技術(shù)試驗.冶金工業(yè)出版社.2007.43彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo). 高等教育出版社.2008.125 高吉祥.全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽培訓(xùn)系列教程（基本技能訓(xùn)練與單元電路設(shè)計）.電子工業(yè)出版社.2007.26夏路易，石宗義.電路原理圖與電路板設(shè)計教程 Protel 99SE.北京希望電子出版社.2002.6 附錄：總電路圖附錄：元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量 1U6，U7數(shù) 碼 管SEVEN_SEG_DISPLAY22U1，U5七段譯碼顯示器74LS48D23U3，U48421BCD碼計數(shù)器74LS192D24U2脈沖電路555_VIRTUAL15U13，U14二輸入或門集成芯片74LS32N26U11，U12三輸入或非門集成芯片 74LS27D27U1