数字电子技术课程设计.docx
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数字电子技术课程设计
数字电子技术课程设计
智力竞赛抢答器的设计
学号：
姓名：
专业班级：
指导老师：
所在学院：
电气工程与自动化学院
2009年12月18日
目录
第一章设计题目···············································2
第二章设计任务及要求········································2
第一节设计任务·············································2
第二节设计要求·············································2
第三章原理电路设计···········································2
第一节电路设计···················································2
第二节电路流程图·················································3
第三节单元电路设计···············································3
第四章整体电路及元件清单·····································8
第一节整体电路····················································8
第二节元件清单·············································9
第五章电路设计特点及改进·····································9
第六章心得体会··············································10
第七章参考文献··············································10
第一章设计题目
题目：
四人智力竞赛抢答器的设计
第二章设计任务及要求
一、设计任务
设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。
用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响1秒。
选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响1秒，倒计时停止。
二、设计要求
（1）4名选手编号为：
1，2，3，4。
各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。
（2）给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。
（3）抢答器具有数据锁存和显示的功能。
抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。
抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
（4）抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。
当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续1秒。
参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
（5）如果抢答定时已到，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，时间显示器显示0。
（6）可用石英晶体振荡器或者555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。
第三章原理电路设计
一、电路设计
抢答电路：
使用74ls175作为锁存电路，当有人抢答时，利用锁存器的输出信号号将时钟脉冲置零，74ls175立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫1s，这时抢答无效，使用74ls148作为编码器，对输入的型号进行编码，输出4位的BCD码，再将这四位的BCD码输入共阴数码管里显示出抢答者的编号。
主持人电路：
利用74ls190计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74ls190被置九，同时将显示上次抢到题目的选手编号的数码管清零，并开始倒计时，，并通过74ls48编码器将即时时间进行编码，并送到7段共阴数码管，显示此时的时间。
假如在9秒内有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器锁存，禁止选手抢答，蜂鸣器鸣叫一秒，停止倒计时。
二、电路流程图
图3.1电路流程图
整个电路如上图3.1所示，主要分为两部分，一个是倒计时部分，一个是抢答电路，其中抢答器电路由锁存器电路，编码器电路，译码器电路，数码管显示电路组成，其中锁存器电路可用1khz脉冲电路作为其时钟端输入脉冲，倒计时电路由倒计时芯片，编码器电路路，数码管显示电路，倒计时采样1hz的脉冲作为时钟信号输入端。
单稳态电路可以控制蜂鸣器鸣叫的时间，按要求可设置为1秒钟。
三、单元电路设计
1、锁存器电路的设计
锁存器电路采用以74ls175为中心的锁存器系统，当4个抢答输入端中出现低电平输入时信号时，锁存器立即锁存，禁止抢答，其原本为4个高电平的输出端也变成3高一低，可以利用一个4输入与非门将其与非，再接一个非门后，可以与74ls175的时钟信号相与非，使得CLK端的输入信号为底电平，从而阻止其余选手的抢答，从而达到锁存的目的74LS175的真值表如图3.2所示。
图3.274LS175真值表
锁存器的单元电路设计如图3.3所示。
图3.3锁存器的单元电路
2、编码器电路的设计
编码器采样74ls148作为编码芯片，将输入的信号进行编码，然后输出2二进制码，由于74ls175为优先编码其，故需要将其未用到的高优先级的端和74ls175的输出的4与非端进行连接，避免在无人抢答时输出型号。
74LS148的真值表如图3.4所示：
图3.474LS48真值表
编码器电路如图3.5所示：
图3.5编码器电路
3、译码器电路和数码管显示电路的设计
抢答部分和倒计时部分的译码器均采用74ls48芯片，而数码管则选择与之相对应的7段共阴数码管搭配，为避免电路过小，可在译码器与数码管间接上拉电阻以增大电流，上拉电阻选用1k的9针排阻。
译码器电路和数码管显示电路设计如图3.6所示：
图3.6译码器电路和数码管显示电路
4、倒计时电路的设计
倒计时电路采用74ls190作为倒计时芯片，并将其输入端置九，clk信号输入端采样1hz的信号输入，同时可利用其借位输出端MAX\MIN来控制抢答端，并且可以让电路在到零时保持。
倒计时单元电路如图3.7所下：
图3.7倒计时单元电路
5、时钟电路的设计
在本电路中需要两种时钟脉冲，一种是给74ls175提供的1khz脉冲信号，另一种是给倒计时电路74ls190提供的1hz，根据555多谐振荡器的频率计算公式：
可以求得1Hz的电路电阻均取47K，电容取10uF，而1khz电路的电阻取4.7K，电容取0.1uF。
图3.8时钟电路
6、单稳态电路及蜂鸣器的设计
为保证蜂鸣器鸣叫时间为一秒，可以使用单稳态触发电路来实现，单稳态电路的芯片可以选择74ls123。
根据74ls123的暂稳态计算公式：
我们可以选择R为36K，C为100uF，则在误差许可范围内，鸣叫时间大约是1秒。
74LS123的真值表如下：
3.974LS123真值表
蜂鸣器采用有源蜂鸣器，为避免单稳态电路输出端电流不足，可以使用一个NPN三极管来驱动蜂鸣器鸣叫。
单稳态电路及蜂鸣器电路如图3.10所下：
3.10单稳态电路及蜂鸣器电路
第四章整体电路及元件清单
一、整体电路
图4.1整体电路
二、电路元件清单
名称
型号
数量
锁存器
74ls175
1个
编码器
74ls148
1个
译码器
74ls48
2个
计数器
74ls190
1个
4与非门
74ls20
2个
2与非门
74ls00
1个
非门
74ls04
1个
556
NE556N
1个
单稳触发器
74ls123
1个
复位开关
SW-PB
5个
电阻
200Ω
5个
47k
2个
35k
1个
4.7k
2个
10k
1个
10Ω
1个
电容
100uf
1个
10uf
1个
104
1个
103
2个
名称
型号
数量
九针排阻
1k
2个
7段共阴数码管
—
2个
NPN三极管
8050
2个
蜂鸣器
—
1个
第五章电路设计特点及改进
本电路使用了锁存器，编码器，译码器数码管等构成倒计时电路使用了74ls190等电路实现倒计时，并利用使能端及门电路，实现各项锁存，鸣叫，清零等功能，总结如下：
优点：
电路功能原理清晰，各项功能均达到了要求，显示准确，反应灵敏，无竞争冒险现象，基本满足了普通竞赛的抢答要求。
缺点：
如果长按住按钮不放，主持人清零后将能获得抢答权，且由于编码器电路是优先编码器，所以如果两人抢答时间间隔在1ms以内，将出现编号靠前的选手获得抢答权的情况。
改进：
可以更改促发器的类型，如使用jk触发器代替，则长按无效，或者在抢答端添加一个发光二极管，当有人作弊，二极管就会亮，从而阻止选手长按按钮的缺陷。
第六章心得体会
经过为期一周的的设计，基本达到了预期要求。
本系统是一个可供4人抢答的抢答器,当主持人按下禁止抢答的开关时,抢答被禁止.如果在此期间选手将不能抢答;当控制开关断开时抢答允许,此时若有人抢答,数码显示器将显示抢答者的组数,报警器也会发出蜂鸣声,提示主持人抢答已经完成.
本次设计是本人第一次运用数字电路模拟实际的东西。
因而在许多方面都还不熟练,不如说对一些元器件的功能还不完全了解，不能熟练运用，因而不能完全的一次性设计好该电路。
不过通过本次的课程设计我学到了很多的知识，学会了MicrosoftVisio以及Protel的一些基本使用方法，培养了我们独立思考问题解决问题的能力，加深了我们对数电、模电知识的理解，巩固了我们的学习知识，有助于我们今后的学习。
同时实物的制作也提升了我的动手能力，实践能力得到了一定的锻炼，加深了我对数字电路设计方面的兴趣。
通过此次的课程设计，我不仅学到了很多知识，也学到了做任何事都要有积极的态度和心态首先做学问要一丝不苟，对于过程中出现的问题和偏差都不要轻视，要通过正确的途径去解决，要有耐心和毅力，不要一遇到困难就打退堂鼓，只要坚持下去就可以找到思路去解决，而且还要与他人合作，虚心向他人请教！
再次感谢所有帮助过我并给我鼓励的老师，同学和朋友，衷心地谢谢您们！
第七章参考文献
[1]邱关源.《电路》.第5版.罗先觉.高等教育出版社:
2006年5月
[2]艾永乐，付子义.《模拟电子技术基础》.王玉梅，李全溪.中国电力出版社：
2008年
[3]艾永乐，付子义.《数字电子技术基础》.高岩，冯红梅.中国电力出版社：
2008年
[4]康华光.《电子技术基础》.邹寿彬，秦臻.高等教育出版社：
2006年1月
[5]阎有运.《电工电子实践系列教程》.雷乃清.中国矿业大学出版社：
2007年6月
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