數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)報(bào)告-鮑文文

上海海洋大學(xué)數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)PAGEPAGE10目錄TOC\o"1-3"\h\u9440一、設(shè)計(jì)題目 131693二、設(shè)計(jì)目的 115196三、設(shè)計(jì)內(nèi)容 124027四、設(shè)計(jì)要求 12115五、總體功能框圖 229456六、單元電路設(shè)計(jì) 3219016.1搶答電路 3252386.1.1搶答電路的設(shè)計(jì) 316466.1.2搶答電路圖 4165746.2定時(shí)電路 4195046.2.1定時(shí)電路的設(shè)計(jì) 4140546.2.2定時(shí)電路圖 5165746.3報(bào)警電路 5195046.3.1報(bào)警電路的設(shè)計(jì) 5140546.3.2報(bào)警電路圖………6165746.4時(shí)序控制電路 6195046.4.1時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì) 6140546.4.2時(shí)序控制電路圖………623313七、總電路圖 724412八、測(cè)試 98.126373搶答功能測(cè)試 195048.1.174LS148的功能分析 140548.1.274LS279的功能分析………140548.1.3測(cè)試………8.226373定時(shí)功能測(cè)試 195048.2.174LS192的功能分析 140548.2.2555的功能分析………140548.2.374LS00的功能分析………140548.2.4測(cè)試………7582整機(jī)電路功能測(cè)試 140548.3.174LS20的功能分析………140548.3.2測(cè)試………12164九、設(shè)計(jì)心得 一、設(shè)計(jì)題目多路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)二、設(shè)計(jì)目的初步掌握工程設(shè)計(jì)方法和組織實(shí)踐的基本技能，逐步熟悉開展科學(xué)實(shí)踐的程序和方法；掌握數(shù)字電路布線、調(diào)試的基本技巧；掌握數(shù)字系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì)方法；能夠熟悉的、合理的選用集成電路器件；培養(yǎng)綜合運(yùn)用理論知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。法三、設(shè)計(jì)內(nèi)容用中、小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)并制作一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器。智力競(jìng)賽搶答器電路是一個(gè)典型的數(shù)字電路系統(tǒng)，是利用數(shù)字電子器件完成搶答器的功能。其由搶答電路、定時(shí)電路、報(bào)警電路以及時(shí)序控制電路組成?？梢岳靡黄?4LS148和四片74LS279完成搶答電路的功能，并用一個(gè)8421數(shù)碼管進(jìn)行顯示；利用兩片74LS192和一片555完成定時(shí)電路的功能，并用兩個(gè)8421數(shù)碼管進(jìn)行顯示；由一片555和一個(gè)三極管完成報(bào)警電路的功能；利用一片74LS00和一片74LS20完成時(shí)序邏輯電路功能。由以上子電路可以構(gòu)成智力競(jìng)賽搶答器數(shù)字電路系統(tǒng)。四、設(shè)計(jì)要求基本功能(1)設(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們得編號(hào)分別時(shí)0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。(2)給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。(3)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(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，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。2.擴(kuò)展功能(1)搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定（如30ns）。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間0.5s左右。(2)參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器顯示選手的編號(hào)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(3)如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器顯示00。搶答按鈕優(yōu)先編碼電路鎖存器譯碼電路顯示電路主持人搶答按鈕優(yōu)先編碼電路鎖存器譯碼電路顯示電路主持人控制開關(guān)控制電路報(bào)警電路秒脈沖產(chǎn)生電路定時(shí)電路譯碼電路顯示電路主體電路控制電路圖圖1總體功能框圖定時(shí)搶答器的總體框圖如圖1所示。它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即計(jì)時(shí)搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。六、單元電路設(shè)計(jì)6.1搶答電路6.1.1搶答電路的設(shè)計(jì)搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辯出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其它選手的按鍵操作無(wú)效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，其電路組成如圖2所示。其工作原理是：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清除”位置時(shí)，RS觸發(fā)器的端為低電平，輸出端（4Q～1Q）全部為低電平。于是74LS48的＝0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端＝0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端……輸入信號(hào)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出＝010，＝0，經(jīng)過(guò)RS鎖存器后，CTR＝1，＝1，74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q＝101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR＝1，使74LS148的端為高電平，74LSE148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后，74LS148的為高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號(hào)不會(huì)被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，由主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以方便進(jìn)行下一輪搶答。6.1.2搶答電路圖圖2搶答電路的設(shè)計(jì)6.2定時(shí)電路6.2.1定時(shí)電路的設(shè)計(jì)節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，選用十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。6.2.2定時(shí)電路圖圖3定時(shí)電路的設(shè)計(jì)6.3報(bào)警電路6.3.1報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警電路由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成，其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。6.3.2報(bào)警電路圖圖4報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警電路中PR為控制信號(hào)，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。6.4時(shí)序控制電路6.4.1時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：(1)主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。(2)當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。(3)當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。6.4.2時(shí)序控制電路圖根據(jù)上面的功能要求以及圖2、3，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖5所示。圖中，門G1的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸入使能端。圖5（a）的工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清除”位置撥到“開始”位置時(shí)，來(lái)自于圖2中的74LS279的輸出CTR＝0，經(jīng)G3反相，A＝1，則從555輸出端來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS279的CPD時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，來(lái)自于圖3中74LS192的借位輸出端＝1，門G2的輸出＝0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能（1）的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，CTR＝1，經(jīng)G3反相，A＝0，封鎖CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出＝1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能（2）的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，來(lái)自74LSE192的＝0，＝1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)，門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能（3）的要求。74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間。(b)圖5時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)七、總電路圖經(jīng)過(guò)以上各單元電路的設(shè)計(jì)，可以得到定時(shí)搶答器的整機(jī)電路，如圖6所示。由于電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱上的數(shù)碼管顯示模塊已集成了顯示驅(qū)動(dòng)電路，故實(shí)際實(shí)驗(yàn)時(shí)電路可更為簡(jiǎn)單，圖6中的顯示驅(qū)動(dòng)電路部分可以不接，直接將鎖存器74LS279和計(jì)數(shù)器74LS192的輸出接數(shù)碼管顯示模塊的輸入插座A、B、C、D，其對(duì)應(yīng)順序?yàn)锳0→A、A1→B、A2→