四路數(shù)字搶答器數(shù)電課程設(shè)計(jì)

1、浙（產(chǎn)藩晉孝昵課程設(shè)計(jì)成果說明書題目:四路數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：*學(xué)號(hào)：*院系：_船舶與海洋工程學(xué)院班級(jí)：A14電氣1班指導(dǎo)教師：.沈曉群浙江海洋學(xué)院教務(wù)處2016年06月0 9日目錄論文封面1目錄2一、摘要3二、總體方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 3三、單元電路的設(shè)計(jì) 43.1 、倒計(jì)時(shí)模塊43.2、脈沖產(chǎn)生模塊 53.3、搶答模塊63.4、小燈模塊7四、四路數(shù)字搶答器總電路圖 8五、元件清單8六、設(shè)計(jì)心得與體會(huì) 9七、參考文獻(xiàn) 9一、摘要很多智力競(jìng)賽等的電視節(jié)目常常會(huì)用到搶答器來判斷哪支參賽隊(duì)伍搶先獲得回答機(jī)會(huì)，從而引發(fā)眾多節(jié)目效果。 而本次課程設(shè)計(jì)，便是以此為原型設(shè)計(jì)四路數(shù)字搶答器。 由主持人（HO

2、ST） 控制搶答開始與重置復(fù)位按鈕，而四支參賽選手（TEAM ）分別控制其一個(gè)按鈕在搶答開始后進(jìn)行搶答。整個(gè)設(shè)計(jì)電路通過倒計(jì)時(shí)模塊，脈沖產(chǎn)生模塊，搶答模塊，以及小燈模塊組成，倒計(jì)時(shí) 模塊核心芯片為 74HC190同步BCD碼可逆計(jì)數(shù)器，使用兩塊 74HC190來實(shí)現(xiàn)兩位倒計(jì)時(shí)，再 從數(shù)碼管顯示。脈沖產(chǎn)生模塊利用555定時(shí)器產(chǎn)生穩(wěn)定需要脈沖。搶答模塊通過74HC175四輸入D觸發(fā)器以及一系列門電路實(shí)現(xiàn)搶答控制。二、總體方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)四路數(shù)字搶答器由四個(gè)基本模塊組成：倒計(jì)時(shí)模塊、脈沖產(chǎn)生模塊、搶答模塊和小燈模塊。其原理框圖如下:由原理框圖：首先開始搶答時(shí)，主持人必須先將開始/復(fù)位開關(guān)打到開始處，

3、且同時(shí)保證選手搶答開關(guān)未按下。然后由555定時(shí)器組成的脈沖產(chǎn)生模塊電路為倒計(jì)時(shí)模塊電路提供穩(wěn)定的1Hz頻率的方波脈沖信號(hào)，開始倒計(jì)時(shí)時(shí)，由預(yù)置的20s開始倒計(jì)時(shí)，兩片 74HC190計(jì)數(shù)器開始工作，并輸出相應(yīng)數(shù)碼信號(hào)至兩個(gè)4位數(shù)碼管顯示。在此時(shí)間內(nèi)，選手可按搶答開關(guān)搶答，此時(shí)控制小燈綠燈亮紅燈滅。選手搶答最先按下開關(guān)，將送入鎖存器一個(gè)高電平信號(hào)，再通過眾多門電路編碼轉(zhuǎn)換，并且反饋鎖存信號(hào)，送入4位數(shù)碼管顯示搶答的組號(hào)（1.2.3.4）（無人搶答時(shí)顯示為0）,同時(shí)送入一個(gè)電平信號(hào)至倒計(jì)時(shí)模塊中斷倒計(jì)時(shí)，再送入小燈模塊信號(hào)使綠燈滅紅燈亮；若無人搶答，倒計(jì)時(shí)為零時(shí)由計(jì)數(shù)器借位端輸出電平信號(hào)返回控制計(jì)

4、數(shù)器使能端中斷計(jì)數(shù)，并輸入小燈模塊，是紅燈亮綠燈亮。當(dāng)顯示綠燈滅紅燈亮，搶答有效，倒計(jì)時(shí)模塊顯示剩余時(shí)間，搶答模塊顯示搶答組號(hào)。直至主持人將開始/復(fù)位開關(guān)打至復(fù)位處，倒計(jì)時(shí)模塊時(shí)間復(fù)位至 20s，搶 答器模塊顯示清零，復(fù)位搶答開關(guān)后即可再次進(jìn)行下一輪搶答。三、單元電路的設(shè)計(jì)3.1、倒計(jì)時(shí)模塊模塊電路圖:該模塊由兩塊74HC190同步BCD碼可逆計(jì)數(shù)器，一塊74HC08兩輸入與門，兩塊4位數(shù)碼管以 及一個(gè)開關(guān)組成。74HC190同步BCD碼可逆計(jì)數(shù)器功能表如下:預(yù)置（PL）使能（E）逆正判斷（D/U）時(shí)鐘脈沖（CLK）功能HLL正計(jì)數(shù)HLH倒計(jì)數(shù)LXXX預(yù)置數(shù)HHXX保持由表可見：當(dāng)預(yù)置（PL）

5、端為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器不工作，輸出預(yù)置數(shù);當(dāng)使能（巳端為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器不工作，保持前一狀態(tài)；當(dāng)逆正判斷（D/U ）端為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器倒計(jì)數(shù)工作；為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器正計(jì)數(shù)工作；因而，利用74HC190芯片的倒計(jì)數(shù)功能，可實(shí)現(xiàn)20s倒計(jì)時(shí)。U1作為十位數(shù)輸出，U2作為個(gè)位數(shù)輸出。首先十位數(shù)預(yù)置2 （二進(jìn)制為0010）,則相應(yīng) D0-D3端口分別對(duì)應(yīng)為：D0-0，D1-1，D2-0，D3-0 （其中1即接入+5V電源輸入高電平，0即接地作低電平）；同理個(gè)位數(shù)預(yù)置 0 （二進(jìn)制為0000）即可。另外，U2的RCO端口接入U(xiǎn)1的使能端口，使得當(dāng)個(gè)位數(shù)為零時(shí)， RCO端口輸出低電平，觸發(fā) U1倒計(jì)時(shí)工作

6、。逆正判斷（D/U ）端接高電平，使計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)工 作。而兩個(gè)芯片的預(yù)置 （PL）端接出共接進(jìn)一開關(guān)作整個(gè)電路的開始/復(fù)位開關(guān)，其原理為，當(dāng)打到復(fù)位端，兩芯片 PL接地，輸出預(yù)置數(shù)即 20；當(dāng)打到開始端，兩芯片PL接+5V電源，計(jì)數(shù)器開始倒計(jì)時(shí)工作。為實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)為零自動(dòng)停止，將兩芯片TC端接入與門，判斷當(dāng)兩芯片TC均輸出高電平，則輸出高電平，即均產(chǎn)生借位信號(hào)，送入U(xiǎn)2使能端使其保持；此外輸出還與搶答端輸出結(jié)合一起送入 U2使能端，即實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生有效搶答即保持（中斷計(jì)數(shù)）（詳細(xì)于小燈 模塊敘述）。3.2脈沖產(chǎn)生模塊模塊電路圖:沖。而在搶答器模塊中的74HC175四D觸發(fā)器的脈沖，宜使用 555

7、定時(shí)器產(chǎn)生高頻方波，使其能準(zhǔn)確地鎖存。電阻電容選擇：根據(jù)555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路的振蕩周期約為T=（R3+2R4）C2In2=0.7（R3+2R4）C2=1s 即 1Hz 頻率為使輸出波形占空比約為50%，盡量使R3電阻大大于R4,選擇好電阻再根據(jù)公式選擇電容。3.3搶答模塊模塊電路圖：該模塊由一個(gè)74HC175四D觸發(fā)器，四個(gè)開關(guān)，若干個(gè)門電路（包括雙4輸入與門，2輸入與門，2輸入或門和單輸入非門）以及一個(gè)4位數(shù)碼管構(gòu)成。四個(gè)開關(guān)分別控制從四 D觸發(fā)器輸入高電平信號(hào)，然后分別輸出Q與Q信號(hào)即一個(gè)高電平一個(gè)低電平，然后通過門電路編碼轉(zhuǎn)換，輸入到4位數(shù)碼管中顯示數(shù)碼，因只有四組，即第四位

8、常為低電平即可直接接地。狀態(tài)功能表：（以數(shù)碼管右端引腳開始四個(gè)腳輸入標(biāo)記為a, b，c, d）TEAM1TEAM2TEAM3TEAM4dcba顯示000000000100000011010000102001000113000101004無人搶答時(shí)，輸出為零，顯示為0;有人搶答時(shí)，D觸發(fā)器將數(shù)據(jù)送出同時(shí)通過門電路轉(zhuǎn)換封鎖觸發(fā)器脈沖，使其他人不能搶答，送出數(shù)據(jù)經(jīng)由門電路編碼轉(zhuǎn)換從數(shù)碼管輸出組號(hào)。最后，轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入數(shù)碼管同時(shí)再次經(jīng)由門電路轉(zhuǎn)換輸出，并與倒計(jì)時(shí)模塊結(jié)合輸入計(jì)數(shù)器使能端控制計(jì)數(shù)中斷，實(shí)現(xiàn)有效搶答時(shí)計(jì)數(shù)停止（詳細(xì)于小燈模塊敘述）。3.4小燈模塊模塊電路圖:該模塊主要是由兩個(gè)小燈（紅燈及綠燈

9、），兩個(gè)電阻，若干門電路構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)以下功能:小燈區(qū)，接+5V電源和電阻，通過網(wǎng)路端口來輸入高低電平信號(hào)達(dá)到亮滅，只有當(dāng)輸入低電平時(shí)小燈才會(huì)亮，否則不亮。根據(jù)倒計(jì)時(shí)模塊兩計(jì)數(shù)器借位端“與”運(yùn)算輸出（A ）及搶答器模塊轉(zhuǎn)換輸出（B），以及需要控制計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)中斷使能端輸入（Y），可得如下狀態(tài)表及紅綠等亮（B ）滅（E）狀態(tài)：ABY綠燈紅燈LLLBELHHEBHLHBBHHHEB可得Y=A+B，那么倒計(jì)時(shí)模塊兩計(jì)數(shù)器借位端 “與”運(yùn)算輸出（A ）及搶答器模塊轉(zhuǎn)換輸出 （B） 可通過一個(gè)74HC32二輸入或門實(shí)現(xiàn)對(duì)需要控制的計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)中斷使能端輸入（Y ），從而實(shí)現(xiàn)功能。而小燈方面：通過上表可知只要B

10、為高電平，則綠燈為滅，即可在B輸出處添加輸入到綠燈網(wǎng)Y為低電平，則可在 Y輸入處添絡(luò)端口，再添加非門即可實(shí)現(xiàn)綠燈按要求亮滅；而紅燈滅時(shí), 加到紅燈網(wǎng)絡(luò)端口，即可實(shí)現(xiàn)紅燈按要求亮滅。四、四路數(shù)字搶答器總電路圖五、元件清單7SEG-BCD四位數(shù)碼管374HC04非門174HC08二輸入與門174HC20雙4輸入與非門174HC21雙4輸入與門374HC32二輸入或門174HC175四D觸發(fā)器174HC190同步BCD碼可逆計(jì)數(shù)器2LED-GREEN LED 綠燈1LED-RED LED 紅燈1SW-DPDT雙相雙閘開關(guān)1SW-SPST單相開關(guān)410uF電容110nF電容13K Q電阻168K Q電

11、阻1200 Q電阻2六、設(shè)計(jì)心得與體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)， 根據(jù)上學(xué)期數(shù)字電子計(jì)數(shù)所學(xué)的知識(shí)， 以及參考網(wǎng)絡(luò)書籍上的資料， 還是比 較成功的完成了四路數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)。首先是倒計(jì)時(shí)模塊的設(shè)計(jì)， 其主要芯片 74HC190 芯是根據(jù)參考資料查得具有同步 BCD 可逆 計(jì)數(shù)功能而選用， 其用法類似與數(shù)電學(xué)習(xí)中同步加法計(jì)數(shù)器的使用， 對(duì)其借位， 以及倒計(jì)時(shí)為零 計(jì)數(shù)器中斷計(jì)時(shí)（保持）也是通過查看網(wǎng)上關(guān)于該芯片功能用法以及使用Proteus 仿真軟件嘗試得出所需要的接線方法。 可以說從中讓我找到自主學(xué)習(xí)與課上課下相結(jié)合的重要性， 以及培養(yǎng)了 我綜合分析對(duì)未知的自主學(xué)習(xí)能力等。其次脈沖發(fā)生模塊也是根據(jù)課本講述關(guān)于555定時(shí)器內(nèi)容， 根據(jù)公式以及網(wǎng)絡(luò)參考資料確定電阻電容值實(shí)現(xiàn)， 1Hz 方波脈沖信號(hào)的產(chǎn)生； 搶答器模塊， 結(jié)合了書本關(guān)于觸發(fā)器鎖存器的介紹 以及網(wǎng)絡(luò)參考資料， 還有自己的理解分析， 一步步得出有關(guān)的方案， 可以說這次課程設(shè)計(jì)真正地 讓我淋漓盡致地發(fā)揮了上學(xué)期數(shù)電所學(xué)的知識(shí)， 以及盡其所用； 小燈模塊， 通過數(shù)電的狀態(tài)表圖 學(xué)習(xí)法，分析出各種情況下小燈的亮滅。不管過程有多復(fù)雜和困難，能一步步解決并能成功地完成設(shè)計(jì)要求，還是十分讓我欣慰的， 也使我對(duì)此產(chǎn)生了興趣， 也讓我產(chǎn)生嘗試其他電路的設(shè)計(jì)， 并結(jié)合數(shù)電知識(shí)以外的知識(shí)