數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)數(shù)字競(jìng)賽搶答器

可編輯版/數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)名稱數(shù)字競(jìng)賽搶答器專業(yè)班級(jí)學(xué)號(hào)姓名指導(dǎo)教師可編輯版XX理工大學(xué)現(xiàn)代科技學(xué)院專業(yè)班級(jí)學(xué)生姓名課程名稱數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)名稱數(shù)字競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)周數(shù)1.5周指導(dǎo)教師設(shè)計(jì)任務(wù)主要設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)計(jì)競(jìng)賽搶答器,要求：〔1設(shè)計(jì)制造一個(gè)可容納六組參賽的數(shù)字式搶答器,每組設(shè)置一個(gè)搶答按鈕供搶答者使用?！?電路具有第一搶答信號(hào)的鑒別和鎖存功能?！?設(shè)置記分電路。每組在開始預(yù)置成100分,搶答后由主持人記分,答對(duì)一次加10分,否則減10分?！策x做〔4設(shè)置犯規(guī)電路。對(duì)提前搶答和超時(shí)搶答的組別鳴喇叭示警,并由組別電路顯示出犯規(guī)組別。〔選做設(shè)計(jì)內(nèi)容設(shè)計(jì)要求1、根據(jù)選題要求,進(jìn)行方案比較,畫出系統(tǒng)框圖,進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。2、設(shè)計(jì)單元電路,計(jì)算參數(shù),選擇元器件。3、畫出系統(tǒng)電路原理圖。4、利用EWB軟件對(duì)原理圖進(jìn)行仿真,修改設(shè)計(jì)中的疏漏。5、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試。6、撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。主要參考資料1賈秀美.數(shù)字電路硬件設(shè)計(jì)實(shí)踐.高等教育出版社,2008學(xué)生提交歸檔文件課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書,主要包括以下內(nèi)容：1.設(shè)計(jì)方案,系統(tǒng)框圖,原理分析；2.系統(tǒng)各模塊的原理圖；3.EWB軟件仿真分析；4.設(shè)計(jì)總結(jié)部分,指出設(shè)計(jì)系統(tǒng)的特點(diǎn)及選用方案優(yōu)缺點(diǎn),提出改進(jìn)意見及展望,總結(jié)設(shè)計(jì)收獲、體會(huì)；5.參考文獻(xiàn)。課程設(shè)計(jì)任務(wù)書注：1.課程設(shè)計(jì)完成后,學(xué)生提交的歸檔文件應(yīng)按照：封面—任務(wù)書—說(shuō)明書—圖紙的順序進(jìn)行裝訂上交〔大張圖紙不必裝訂2.可根據(jù)實(shí)際內(nèi)容需要續(xù)表,但應(yīng)保持原格式不變。指導(dǎo)教師簽名：日期：……裝……裝………訂…………線………1.1設(shè)計(jì)目的有許多比賽活動(dòng)中,為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者,通常設(shè)置一臺(tái)搶答器,通過(guò)數(shù)顯、燈光及音響等多種手段指示出第一搶答者。同時(shí),還可以設(shè)置記分、犯規(guī)及獎(jiǎng)懲記錄功能。<1>.了解搶答器的設(shè)計(jì)原理<2>.掌握其外圍電路的設(shè)計(jì)與主要性能參數(shù)測(cè)試方法<3>.掌握搶答器的設(shè)計(jì)方法與電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù)1.2設(shè)計(jì)要求內(nèi)容和步驟1.2.1設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)競(jìng)賽搶答器,要求：〔1設(shè)計(jì)制造一個(gè)可容納六組參賽的數(shù)字式搶答器,每組設(shè)置一個(gè)搶答按鈕供搶答者使用?！?電路具有第一搶答信號(hào)的鑒別和鎖存功能?！?設(shè)置記分電路。每組在開始預(yù)置成100分,搶答后由主持人記分,答對(duì)一次加10分,否則減10分?！策x做〔4設(shè)置犯規(guī)電路。對(duì)提前搶答和超時(shí)搶答的組別鳴喇叭示警,并由組別電路顯示出犯規(guī)組別?！策x做1.2.2設(shè)計(jì)步驟1、根據(jù)選題要求,進(jìn)行方案比較,畫出系統(tǒng)框圖,進(jìn)行初步設(shè)計(jì)。2、設(shè)計(jì)單元電路,計(jì)算參數(shù),選擇元器件。3、畫出系統(tǒng)電路原理圖。4、利用EWB軟件對(duì)原理圖進(jìn)行仿真,修改設(shè)計(jì)中的疏漏。5、現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試。6、撰寫課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書。2.1電路的基本功能要求及原理方框圖2.1.1基本功能要求1：設(shè)計(jì)一個(gè)智力搶答器搶答器,能同時(shí)供6名選手或6個(gè)代表隊(duì)比賽,他們的編號(hào)分別是1,2,3,4,5,6各用一個(gè)按紐,按紐編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng),分別用6個(gè)按鈕S1-S6表示。2:給主持人設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答開始的控制開關(guān)S。3：搶答器具有鎖存與顯示功能。即搶答開始后,若選手按動(dòng)按鈕,鎖存器立即鎖存相應(yīng)的選手編號(hào),并在LED數(shù)碼管上顯示選手的編號(hào)〔1-6,同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存,禁止其他選手搶答,優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4：搶答器具有定時(shí)搶答功能,且一次搶答的時(shí)間為30秒,當(dāng)主持人啟動(dòng)"開始"鍵后,定時(shí)器立刻倒計(jì)時(shí),若30秒時(shí)間內(nèi)有選手搶答,則顯示器顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間,并顯示,保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。5：參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答有效,超過(guò)時(shí)間搶答無(wú)效,定時(shí)器停止工作,定時(shí)顯示器顯示00。6：計(jì)分電路,與搶答電路相互獨(dú)立,每組在開始時(shí)預(yù)置成100分,答對(duì)一次加10分,否則減10分,由主持人計(jì)分。2.1.2原理框圖圖2.1原理框圖工作原理：接通電源后,主持人將開關(guān)撥到"清零"狀態(tài),搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài),編號(hào)顯示器滅燈,定時(shí)器顯示00；主持人將開關(guān)閉合即"開始"狀態(tài),宣布"開始"搶答器工作。定時(shí)器計(jì)時(shí),選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí),搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后,定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。3.1搶答器電路當(dāng)電路接上電源后,整個(gè)電路都處于工作狀態(tài)．當(dāng)主持人開關(guān)打開時(shí),電路處于清零狀態(tài)．此時(shí),各個(gè)觸發(fā)器的Q非端輸出都為１,假設(shè)芯片編碼器74LS148處于工作狀態(tài),此時(shí),輸入的都是高電平,而兩輸出使能端EO和GS的輸出狀態(tài)分別為0和１,GS端與個(gè)JK觸發(fā)器的JK端相連,即各輸入端均為1,所以只要當(dāng)R端為無(wú)效電平"1"時(shí),同時(shí)有效脈沖邊沿過(guò)來(lái)時(shí)觸發(fā)器就能翻轉(zhuǎn)。當(dāng)主持人閉合開關(guān),宣布可以搶答后,主線燈亮,此時(shí)電路為可搶答狀態(tài),當(dāng)選手按下開關(guān)時(shí),CP脈沖由高電平變?yōu)榈碗娖?即有一個(gè)有效地脈沖邊沿過(guò)來(lái),觸發(fā)器發(fā)生反轉(zhuǎn),此時(shí)Q端為1,同時(shí)對(duì)應(yīng)的燈亮,Q非端輸出為0,此時(shí)74LS148的其中一個(gè)輸入端輸入信號(hào)"0",OE與GS發(fā)生翻轉(zhuǎn),OE=1,GS=0。使得觸發(fā)器的JK輸入端輸入"0",就算其他選手把開關(guān)合上,其對(duì)應(yīng)的觸發(fā)器也不會(huì)翻轉(zhuǎn)。圖3.1搶答器電路3.2顯示電路圖3.2顯示電路當(dāng)其中一個(gè)選手按下?lián)尨鹌骱?74LS148編碼器其中一個(gè)輸入端為0,例如,當(dāng)1號(hào)選手按下開關(guān),則Q1輸入為0,此時(shí)Q6Q5Q4Q3Q2Q1為111110,輸出Y2Y1Y0為110經(jīng)過(guò)74LS48譯碼器為001,則在七段數(shù)碼管上顯示"1"表3.174LS148芯片真值表Q1Q2Q3Q4Q5Q6Y1Y2Y3EOGS01111111010X0111110110XX011110010XXX01101110XXXX0101010XXXXX000110表3.2七段數(shù)碼管真值表ABCDabcdefg字形0000111111001000011000011100110110120010111100131010011001140110101101151110001111163.3報(bào)警電路圖3.3報(bào)警電路報(bào)警電路由兩個(gè)555定時(shí)器構(gòu)成。由圖中可以看到,接上電源后,當(dāng)信號(hào)輸入為高電平時(shí),第一個(gè)555連接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出為低電平,處于穩(wěn)定狀態(tài),這時(shí),右邊的多諧振蕩器的復(fù)位輸入為低電平,所以其輸出也為低電平.揚(yáng)聲器不發(fā)音.當(dāng)信號(hào)輸入為低電平時(shí),單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā),處于暫穩(wěn)態(tài),此時(shí)其輸出為高電平,輸入到多諧振蕩器的復(fù)位端,多諧振蕩工作,輸出為頻率為1.2KHz的脈沖波形.這樣揚(yáng)聲器就會(huì)以1.2KHz的頻率發(fā)出間歇式聲響。要求持續(xù)2~3秒,可調(diào)節(jié)電阻和電容實(shí)現(xiàn)。假設(shè)t=3s,電阻分別為20k、273k、0.61k、2.4k,電容分別為100pf、100pf、0.22uf、0.01uf。3.4定時(shí)電路圖3.4定時(shí)電路定時(shí)電路由兩片74LS160構(gòu)成,其本身為十進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器,真值表如下所示：表3.3CLKMRPES1S2QXX1XX全0↑10XX預(yù)置數(shù)↑0011計(jì)數(shù)X000X保持X00X0保持當(dāng)有效脈沖邊沿過(guò)來(lái)時(shí),有兩片74LS160構(gòu)成的31進(jìn)制加計(jì)數(shù)器,當(dāng)片1輸出為0001,片二輸出為1100,即轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制時(shí)是30,此時(shí)片1Q0輸出和片二Q0、Q1輸出經(jīng)過(guò)三輸入與非門后為"0",使片1的CET、CEP輸入為0,片1停止工作,所以數(shù)碼管顯示30。3.5秒脈沖發(fā)生電路圖3.5秒脈沖發(fā)生電路由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器經(jīng)過(guò)調(diào)整電阻電容能改變秒沖周期。當(dāng)R1=15K,R2=68K,C1=10uF時(shí),T=1s。3.6計(jì)分電路圖3.6計(jì)分電路預(yù)置分?jǐn)?shù)為100分,最小變量為10,則各位數(shù)保持0不變,所以低位74LS48輸入均為零不變。由于74LS192為BCD十進(jìn)制可逆同步計(jì)數(shù)器,真值表如下表所示：表3.4UPDWNRSTLDQ0Q1Q2Q3XX1X0000XX01ABCD↑100加法計(jì)算1↑00減法計(jì)算1100保持當(dāng)選手答對(duì)問(wèn)題時(shí),撥動(dòng)開關(guān)S1,則系統(tǒng)給十位進(jìn)1,當(dāng)要進(jìn)位時(shí),則向高位進(jìn)位。答錯(cuò)時(shí)撥動(dòng)開關(guān)S2,系統(tǒng)給十位減1,若十位為0時(shí),系統(tǒng)會(huì)向高位借位。四、總電路及分析圖4.1總電路圖4.2計(jì)分電路五、元器件元器件名稱數(shù)量74LS1481個(gè)74LS486個(gè)74LS1922個(gè)74LS1602個(gè)74LS1261個(gè)CD4023BCM1個(gè)DM7402N1個(gè)555定時(shí)器3個(gè)揚(yáng)聲器1個(gè)七段數(shù)碼顯示器6個(gè)六、設(shè)計(jì)心得和體會(huì)

通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),加深了對(duì)課程概念的理解,鍛煉了自己的動(dòng)手能力。

在做實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的最開始階段,本小組完全處于迷茫的狀態(tài)。本設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)的功能較多,需要用到的電路知識(shí)也比較全面,但是通過(guò)在網(wǎng)上搜索近似功能電路,查