广工数电专业课程设计四人抢答器.doc
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1、目录一、设计目2二、设计任务与规定21、设计任务22、设计规定2三、四人智力竞赛抢答器电路原理及设计31、设计方案32、系统框图33、方案比较4方案14方案2:4方案3:44、单元电路设计及元器件选取4(1)抢答电路4(2)定期电路7(3)报警电路9(4)时序控制电路10(5)元器件列表125、四路抢答器总电路图13四、设计过程中问题和解决办法13五、设计成品长处与局限性14六、心得体会14七、实物图151、正面152、反面16四人智力竞赛抢答器一、设计目1.掌握四人智力竞赛抢答器电路设计、组装与调试办法。2.熟悉数字集成电路设计和用法。二、设计任务与规定1、设计任务设计一台可供4名选手参加比
2、赛智力竞赛抢答器。 用数字显示抢答倒计时间,由“9”倒计到“0”时,无人抢答,蜂鸣器持续响1秒。选手抢答时,数码显示选手组号,同步蜂鸣器响1秒,倒计时停止。2、设计规定(1)4名选手编号为:1,2,3,4。各有一种抢答按钮,按钮编号与选手编号相应,也分别为1,2,3,4。(2)给主持人设立一种控制按钮,用来控制系统清零(抢答显示数码管灭灯)和抢答开始。(3)抢答器具备数据锁存和显示功能。抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,该选手编号及时锁存,并在抢答显示屏上显示该编号,同步扬声器给出音响提示,封锁输入编码电路,禁止其她选手抢答。抢答选手编号始终保持到主持人将系统清零为止。(4)抢答器具备定期(9
3、秒)抢答功能。当主持人按下开始按钮后,定期器开始倒计时,定期显示屏显示倒计时间,若无人抢答,倒计时结束时,扬声器响,音响持续1秒。参赛选手在设定期间(9秒)内抢答有效,抢答成功,扬声器响,音响持续1秒,同步定期器停止倒计时,抢答显示屏上显示选手编号,定期显示屏上显示剩余抢答时间,并保持到主持人将系统清零为止。(5)如果抢答定期已到,却没有选手抢答时,本次抢答无效。系统扬声器报警(音响持续1秒),并封锁输入编码电路,禁止选手超时后抢答,时间显示屏显示0。(6)可用石英晶体振荡器或者555定期器产生频率为1Hz脉冲信号,作为定期计数器CP信号。三、四人智力竞赛抢答器电路原理及设计1、设计方案抢答器
4、具备锁存、定期、显示和报警功能。即当抢答开始后,选手抢答,按动按钮,锁存器锁存相应选手编码,同步用LED数码管把选手编码显示出来,并且暂停抢答时间倒计时,同步用LED数码管把选手所剩抢答时间显示出来。在选手按键抢答成功后或者抢答时间倒计时为零时候均有1秒钟报警以提示主持人和选手。抢答有效时间设定9秒,报警响声持续1秒。接通电源后,主持人将开关拨到“清除”状态,抢答器处在禁止状态,编号显示屏显示“0”,定期器显示设定期间“9”;主持人将开关置“开始”状态,宣布“开始”,抢答器工作,定期器倒计时。选手在定期时间内抢答时,抢答器完毕该功能:优先判断、编号锁存、编号显示、倒计时锁定、扬声器提示。倒计时
5、电路数码管显示剩余时间,另一种数码管显示选手编号。如果在抢答时间内没有选手抢答,则倒计时电路数码管显示数字“0”,另一数码管也显示“0”,即1至4号选手都没有抢答。同步音响电路给出1秒音响提示。当一轮抢答之后,定期器停止、禁止二次抢答、定期器显示剩余时间。如果再次抢答必要由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。2、系统框图 当主持人宣布开始,定期电路开始秒脉冲电路作用而进行倒记时,并通过译码器在显示屏中显示。当选手一方面按某一开核心时,可通过触发锁存电路被触发并锁存,在输出端产生相应开关电平信息,同步为防止其他开关随后触发而产生紊乱,最先产生输出电平变化又反过来将触发电路锁定。然后在译码器
6、中译码,将触发器输出数据转换为数码管需要逻辑状态。最后在显示电路中显示出所按键选手号码。若有各种开关同步按下时,则在它们之间存在着随机竞争问题,成果也许是它们中任一种产生有效输出。如图1:扬声器数码显示脉冲电路倒计时器译码器数码显示扬声器锁存器编码转换电路译码器主持人选手 图1系统框图3、方案比较方案1:采用CD4511芯片作为抢答信号触发、锁存和译码输出,用74ls190完毕倒计时电路,用一种555产生时钟信号提供应抢答电路,再接一种分频器,把分频后时钟信号接给倒计时电路。分析:用CD4511虽然比较简便,但实际在实现锁存功能时比较繁琐难实现。方案2:采用4D触发器74ls175和译码器来完
7、毕抢答某些.用74ls190完毕倒计时电路功能,用晶振产生脉冲,经分频电路,接到抢答电路和倒计时电路。 分析:74ls190为单时钟计数器,并且没有异步清零端。用晶振产生脉冲更加精准,但是本设计不需要很精准时钟秒冲信号,并且用到晶振要通过两次不同分频,需要额外两块芯片进行分频,增长成本。 方案3:采用4D触发器74ls175和译码器来完毕抢答某些.用74ls192完毕倒计时电路功能,用两个555产生脉冲。分析:用两个555产生时钟信号,可以单独设立每个时钟频率,并且可以避免由一种时钟分频到抢答电路和倒计时电路时产生跳线问题。所用元件也不是诸多,并且可以完美实现题目功能规定。通过对比3个方案优缺
8、陷,决定采用成本较低、跳线少、功能易实现方案3。然后运用软件multism来进行仿真调试,再进行逐渐改进。4、单元电路设计及元器件选取(1)抢答电路 电路如图2所示。该电路完毕两个功能:一、是辨别出选手按键先后,并锁定。74LS175四个输出端Q1、Q2、Q3、Q4分别表达选手1、2、3、4编号,通过74LS32或门后连接到74LS47A、B、C输入端,完毕编码过程,同步译码显示电路74LS47让数码管显示选手编号;二、是要通过先抢答选手输出电平信号使其她选手随后按键操作无效。 图2 抢答电路该电路工作原理为:当主持人控制开关处在“清除”时,D触发器清零端为低电平,使D触发器被强制清零,输入抢
9、答信号无效。当主持人将开关拨到“开始”时,D触发器Q非端前一状态为高电平,四个Q非端通过与门U9B为高电平,再和555脉冲信号信号和借位信号通过与门U9A仍为高电平,再送到D触发器脉冲端。当没人抢答时,Q1、Q2、Q3、Q4都为低电平,Q1非、Q2非、Q3非、Q4非都为高电平。与门U9B输出端为高电平,和555方波脉冲信号相与仍为脉冲信号,送给D触发器脉冲端。当一有人抢答时(例如一号选手),D1输入端为高电平,该信号在时钟输入脉冲信号上升沿到来时进入锁存器,然后该选手编号通过74LS32和47LS47显示在数码管中。同步Q1非输出为低电平,通过与门U9B后仍为低电平,通过与门U9A后使锁存器7
10、4LS175脉冲输入端保持低电平,封锁了四个输入端输入,同步保持了输出端电平信号不变。这样不但使得其她选手按键输入信号不会被接受,并且抢答成功一号选手编号也被保存下来,直到主持人“清零”。这就保证了抢答者优先性及抢答电路精确性。当选手回答完毕,主持人控制开关S是抢答电路复位,以便进行下一轮抢答。 四D触发器74LS175为中心构成编码锁存系统,编码作用是把锁存器输出转化成8421BCD码,进而送给7段显示译码器。其真值表a:表a锁存编码真值表锁存器输出 编码器输入Q4Q3Q2Q1DCBA00010001001000100100001110000100 由该表可以看出,747LS175不能直接与
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