数字电子技术课程设计报告电子版

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1、 1 吉林建筑大学吉林建筑大学 电气与计算机学院电气与计算机学院 数字电子技术课程设计报告数字电子技术课程设计报告 设计题目：设计题目： 八路智力竞赛抢答器八路智力竞赛抢答器 专业班级：专业班级： 智能化智能化 151 学生姓名：学生姓名： 卫界岑卫界岑 学学 号：号： 201511679 指导教师：指导教师： 魏大慧魏大慧 设计时间：设计时间： 2017.06.262017.06.30 教师评语： 成绩 评阅教师 日期 3 8 路智力竞赛抢答器设计报告 一、设计任务及要求一、设计任务及要求 数字电子技术课程设计是数字电子技术课程的实践性教学环节，是对学生学习数字电子技术的综合性训练，这种训练

2、是通过学生独立进行某一课题的设计、安装和调试来完成的，训练学生综合运用学过的数字电子技术的基本知识，独立设计比较复杂的数字电路的能力。 通过数字电路课程设计使学生做到： 1、综合运用电子设计课程中所学到的理论知识，独立完成一个设计课题。 2、通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析和解决实际问题的能力。 3、了解常用电子器件的类型和特性，并掌握合理选用的原则。 4、学会电子电路的安装与调试技能，掌握电子电路的测试方法。掌握常用电子仪器的使用方法。 5、学会撰写课程设计总结报告。 8 8 路智力竞赛抢答器设计要求：路智力竞赛抢答器设计要求： 1.可同时供 8 名选手或 8 个代表队参加比赛， 他

3、们的编号分别是 I0I7， 各用一个抢答按钮，按钮的编号分别与选手的编号相对应，分别是 S0S7。 2.给节目主持人设置一个控制开关 S，用来控制系统的清零和抢答的开始。 3.抢答器具有数据锁存和显示功能， 抢答开始以后， 若有选手按动抢答按钮，编号便立即锁存，并在 LED 数码管上显示出选手的编号。此时，输入回路封锁，禁止其他选手抢答。优先抢答的选手的编号一直保持到主持人将系统清零时为止。 4抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定，当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减法计数，并用显示器显示。 5参赛选手在设定的时间内抢答有效，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间

4、，并保持到主持人将系统清零时为止。 6.应用 Mutisium 软件将以上各功能仿真实现。 选做部分： 1.有选手抢答时，用扬声器发出音响提示。 2如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示 00。 4 二、设计的作用、目的二、设计的作用、目的 8 路智力竞赛抢答电路 设计任务: （1） 8 名选手编号为： 0、 1、 2、 3、 4、 5、 6、 7。 各有一个抢答按钮用 S0-S7表示。按钮的编号与选手的编号对应。 （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）和抢答的开始控制开关（空

5、格键总控制） 。 （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。 抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。 本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计， 以及它的实际用途。 该电路的根本任务时准确的判断出第一抢答者的信号并将其锁存。 实现这一功能可用触发器和锁存器等。在得到第一信号后应立即将电路的输入封锁，即使其他组再次发出抢答信号也无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发

6、出抢答命令之后才有效。当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二级管直接指示组别 该电路的根本任务时准确的判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可用触发器和锁存器等。在得到第一信号后应立即将电路的输入封锁，即使其他组再次发出抢答信号也无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二级管直接指示出组别。 设计目的 (1)抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛，分别用 8 个按钮 S0 S7 表示。 (2)设置一个系统清除和抢答控

7、制开关，该开关由主持人控制。用来控制系统清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。 (3)抢答器具有锁存与显示功能。即抢答开始后，选手按动按钮，锁存相应的编号，并在编号显示器上显示该编号。同时封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。 2 . 抢答器的组成框图 定时抢答器的总体框图如图 1 所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选5 手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。 定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答

8、器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始” ，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间到， 却没有选手抢答时， 系统报警， 并封锁输入电路， 禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作： 优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号； 扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意； 控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答； 控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持

9、到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。 6 三、设计过程三、设计过程 1.方案设计与论证方案设计与论证 本题的根本任务是准确判断第一抢答者的信号并将其保存。实现这一功能可 选择使用触发器或锁存器。在得到第一信号之后立即将电路的输入封锁，即让其 他组的抢答信号无效。同时还必须注意，第一抢答信号在主持人发出强大命令之 后才有效。 当电路形成第一信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组 别，也可以用发光二极管直接指示出组别。 在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者抢答开关无效：当主持人按下开 始抢答按钮后，开始进行

10、 30 秒倒计时，此时，若有组别抢答，显示该组别并使 数码管显示该组别抢答成功；当计时时间到，仍无组别抢答，则计时指示器显示 “00” ，蜂鸣器报警，主持人清零后开始新一轮抢答。 总电路框图 2.2.单元电路设计、参数计算和元器件的选择单元电路设计、参数计算和元器件的选择 （1）抢答电路 此部分电路主要完成的功能是实现8 路选手抢答并进行锁存。 使用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。该电路主要完成两个 功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电 路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其 按键操作无效。工作过程

11、：开关S 置于“清除“端时，RS 触发器的 R、S 端均为 7 0，4 个触发器输出置0，使74LS148 的优先编码工作标志端0，使之处于工 作状态。当开关（Space）置于“开始“时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下第五位选手按键），74LS148 的输出经RS 锁存后，CTR=1,RBO =1, 七段显示电路74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR 1，使74LS148 优先编码工作标志端，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148此时由于仍为CTR1，使优先编码工作标志端1，所以74LS148

12、仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死， 不再对其他组进行编码。 通过74LS48 译码器使抢答组别数字显示0-7。如有再次抢答需由主持人将开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。 抢答模块原理图如图1： 电路功能分析： （1）优先编码电路（74LS148）分辨出抢答者编号，由锁存器（74LS279）锁存， 由译码器（74LS47）显示编号； （2）控制电路对输入电路进行封锁，避免其他人两次抢答； （3）Space 开关置于“闭合”，显示数码管熄灭（黑屏），置于“断开”，等待下一轮。 图1 抢答电路 抢答电路工作状态抢答

13、电路工作状态 ： （1）Space 位于“消除” ，触发器“74LS279”的四个R 端接地（低电平） ， 8 输出端（1Q1，1Q2，2Q1，2Q2）全部为低电平，于是74LS47 的0=BI，显示器灯 熄灭。 （2）74LS148 选通输入端0=ST（即0=EI） ，74LS148 处于工作状态，此时 锁存器不工作。 （3）当Space 位于“开始”端时，优先编码电路和锁存器同时 工作，等待输入端（74LS148）的输入端0、7 输入信号。 （4）例如：按下“5”号，编码器的输出010012=YYY，即（CBA=010）经RS 储存器后，1Q1=1,即1=BI，74LS279 处于工作状态

14、，2Q2，2Q1，1Q2=101,经过 74LS47 译码后，显示器显示“5” 。 （5）1Q1，使74LS148 的1=ST（即1=EI） ，74LS148 处于禁止工作状态， 封锁了其他键的输入。 （6）当按下的键松开后，74LS148 的1=ESY（即1=GS） ，但由于1Q 的输出 端仍维持高电平不变，所以仍然处于禁止工作状态，封锁了其他键的输入。 （7）当Space 接地，才能复位，进入下一轮工作。 （2 2）30 30 秒倒计时电路秒倒计时电路 1. 由节目主持人根设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步

15、加减计数器74LS192 进行设计，具体电路原理图如下： 该部分主要由时钟脉冲产生电路，十进制同步加减计数器74LS192 减法计数电路、74LS47译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行30s 倒计时，到0s时倒计时晶体管显示“00” 。当有人抢答时，计时停止。两块74LS192 实现减法计数，通过译码电路 74LS47显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74LS192 的预置数控制端实现预置数30s，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。开关断开后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示

16、此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，同时以后选手抢答无效。 9 图2 30秒倒计时电路 74LS47 的 7 6 2 3 引脚接受来自 74LS192 的输出信号并把它译码显在数码管上。74LS192 的 9 10 11 15 引脚完成时间设定功能 本设计要求定时 30 秒，所以把左边的芯片的 1 15 引脚接高电位 期于的全接低位使的初始时间设定为 30 秒。 工作过程为：抢答开始前 74LS192 的置数端为低电位，处于初始状态。数码管显示为 30，5 引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的 CP 信号推动左边的芯片倒记时，