数字电路课程设计报告书

数字电路课程设计报告书课题名称数字抢答器的设计姓名曾凡林学号0412201*29院、系、部物理与电信工程系专业电子信息工程指导教师张学军2009年06月24日※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※※2007级学生数字电路课程设计一、设计任务及要求：设计任务：设计一个具有锁存与显示功能的8人抢答逻辑电路。要求：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制开关S，该开关由主持人控制。3.抢答器具有锁存与显示功能。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（如30秒）。5.参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。指导教师签名：2009年6月20日二、指导教师评语：指导教师签名：2009年6月24日三、成绩验收盖章2009年6月26日图1数字抢答器框图数字抢答器的设计1设计目的（1）熟悉集成电路的引脚安排。（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（3）了解面包板结构及其接线方法。（4）了解数字抢答器的组成及工作原理。（5）熟悉数字抢答器的设计与制作。2设计思路（1）设计抢答器电路。（2）设计可预置时间的定时电路。（3）设计报警电路。（4）设计时序控制电路。3设计过程3.1方案论证数字抢答器总体方框图如图1所示。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置于“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。3.2电路设计抢答器电路如图2所示。图2数字抢答器电路该电路完成两个功能：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；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于“清除”端时，RS触发器的R端均为０，4个触发器输出置０，使74LS148的ST＝０，使之处于工作状态。当开关S置于“开始”时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出,010012YYY,0EXY经RS锁存后，1Q=1，BI=1，74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经译码显示为“5”。此外，1Q＝１，使74LS148ST＝１，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的,1EXY此时由于仍为1Q＝１，使ST＝１，所以74LS148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。如有再次抢答需由主持人将Ｓ开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。定时电路如图3所示。由节目主持人根据抢答题的难易程度，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加减计数器74LS192进行设计。报警电路如图4所示。由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1.43/[（RI＋2R2）C]，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。图3可预置时间的定时电路图4报警电路时序控制电路如图5所示。时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：①主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。②当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。③当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。图中，门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端ST。图5的工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自图2中的74LS279的输出1Q=0，经G3反相，A＝1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则“定时到信号”为1，门G2的输出ST=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q＝1，经G3反相，A＝0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求。当定时时间到时，则“定时到信号”为0，ST=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能③的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。4系统调试与结果（1）组装调试抢答器电路。（2）可预置时间的定时电路，并进行组装和调试。当输人1Hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到零时，能输出低电平有效的定时时间到信号。（3）调试报警电路。（4）定时抢答器的联调，注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。图5时序控制电路5主要仪器与设备数字电路实验箱或EDA软件MAXPLUSⅡ集成电路74LS148—1片，74LS279—1片，74LS48—3片，74LS192—2片，NE555—2片，74LS00—1片，74LS121—1片。电阻510Ω—2只，1KΩ—9只，4.7kΩ—l只，5.1kΩ—l只，100kΩ—l只，10kΩ—1只，15kΩ—1只，68kΩ—l只。电容0.1uF—1只，10uF—2只，100uF—1只。三极管3DG12—1只。其它发光二极管—2只，共阴极显示器—3只。6设计体会与建议6.1设计体会通过这次对数字抢答器的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于抢答器的基本原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。此外，本实验也可通过EDA软件Multisim10实现。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。6.2对设计的建议我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。这样会有助于我们进一步的进入状态，完成设计。参考文献[1]康华光.电子技术基础.北京：高等教育出版社，1999年[2]彭华林等编.数字电子技术.长沙：湖南大学出版社，2004年[3]金唯香等编.电子测试技术.长沙：湖南大学出版社，2004年[4]侯建军.数字电路实验一体化教程.北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005年[5]阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，2001年[6]赵春华、张学军.电子技术基础仿真实验.北京：机械工业出版社出版社，2007年上交材料：(1)、要求纸制文档一份，用A4纸张打印。(2)、电子文档一份，用自己的学号和姓名命名文件名。(3)、必须有仿真结果。设计时间：第18周星期一至星期五注意：第18周星期五下午五点之前必须提交所有材料给指导老师。