数字电路课程设计报告书-九路抢答器

数字电路课程设计报告书九路抢答器小组成员：学号：班级：指导老师：黎明职业大学信息与电子工程学院课程设计报告共16页-2-目录1引言……………………………………………………………………32设计任务与要求…………………………………………………33设计方案………………………………………………………43.1方案图及原理………………………………………………43.2电路图及其原理……………………………………………54单元电路设计方法………………………………………………64.1声响电路…………………………………………………64.2抢答电路…………………………………………………74.3数码管………………………………………………………104.4定时电路……………………………………………………115仿真结果…………………………………………………………126实焊电路图………………………………………………………137软硬件结合测试步骤及结果……………………………………148设计收获和体会…………………………………………………149元器件清单………………………………………………………1510参考文献…………………………………………………………16黎明职业大学信息与电子工程学院课程设计报告共16页-3-1、引言随着我国经济和文化事业的发展，在很多竞争场合要求有快速公正的竞争裁决，例如证券、股票交易及各种智力竞赛等。在现代社会生活中，智力竞赛更是作为一种生动活泼的教育形式和方法能够引起观众极大的兴趣。而在竞赛中往往分为几组参加，这时针对主持人提出的问题，各组一般要进行必答和抢答，对必答一般有时间限制，到时有声响提示；对于抢答，要判定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。一般抢答器由很多门电路组成，线路复杂，可靠性低，特别是抢答路数增多时，实现起来更加困难。本文介绍了一种利用数字电路实现的抢答系统，具有很强的实用性。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。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，编号立即锁存，并数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出声音提示；同时封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间为9秒。当主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减计时，并用显示器显示通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止；如果定时抢答的时间已到，而没有选手抢答时，本次抢答无效，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示0并闪烁。经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。2、设计任务与要求1)、测试选手的反应能力，可为不同人数，最多为9人，以9人为例，选手每人一个按钮，分别用S0~S8表示；2)、设计一个系统清零和抢答控制开关S，由主持人控制；3)、用LED数码显示器显示抢答成功者的编号，同时扬声器发出提示声音（叮黎明职业大学信息与电子工程学院课程设计报告共16页-4-咚或音乐）；4)、设定抢答时间，当主持人宣布抢答开始，计时器开始以秒为单位进行减法计数，同时扬声器有短暂的声响提示。在抢答时间内，选手抢答成功，这时计时器停止工作，显示器上显示参赛者的编号，保持到主持人按复位键为止。当规定的时间到，仍无人抢答时，本次抢答无效，扬声器报警发出声音，并禁止抢答，计时器上显示“0”；3、设计方案3.1方案图及其原理图1、反应测试器方案图如图1所示为总体方框图。接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，黎明职业大学信息与电子工程学院课程设计报告共16页-5-反应测试器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”反应测试器工作。选手开始抢答，选手在抢答时，反应测试器做出优先判断是哪位选手，反应测试器具有编号锁存和编号显示的功能，即显示出选手的号码，每次选手抢答，声响电路都会发出响声。当一轮测试之后，定时器停止、禁止二次测试。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、电路图及其原理图2、反应测试器电路图工作原理:通过编码二极管编成BCD码，将高电平加到CD4511所对应的输入端。从CD4511的引脚可以看出，引脚6、2、1、7分别为BCD码的D、C、B、A位（D为高位，A为低位，即D、C、B、A分别代表BCD码8、4、2、1位）。当电路上电，主持人按下复位键，选手就可以开始按键了。数码管起初显示为0，当选手1按下S1测试键，高、低电平通过编码二极管加到CD4511集成芯片，此时CD4511输入BCD码为“0001”，数码管显示为1；当选手2按下S2测试键，此时CD4511输入BCD码为“0010”，数码管显示为2；当选手3按下S3测试键，此时CD4511输入BCD码为“0011”，数码管显示为3；当选手4按下S4测试键，此时CD4511输入BCD码为“0100”，数码管显示为4；当选手5按黎明职业大学信息与电子工程学院课程设计报告共16页-6-下S2测试键，此时CD4511输入BCD码为“0101”，数码管显示为5；当选手6按下S6测试键，此时CD4511输入BCD码为“0110”，数码管显示为6；当选手7按下S7测试键，此时CD4511输入BCD码为“0111”，数码管显示为7；当选手8按下S8测试键，此时CD4511输入BCD码为“1000”，数码管显示为8；当选手9按下S9测试键，此时CD4511输入BCD码为“1001”，数码管显示为9；选手每按下一次按键，声响电路响一声。4、单元电路设计方法4.1、声响电路4.1.1、声响电路原理及原理图由555集成电路和三极管构成，其中555集成电路构成多谐振荡器，震荡频率f0=1.43/[(R1+2R2)]C,周期T=0.7（R1+2R2）】C，其输出信号经三极管推动扬声器响声。当555集成电路的4脚外加的控制信号为高电平时，多谐振荡器的工作，在3脚输出脉冲信号，扬声器发出提示声；反之，多谐振荡器停振荡。声响电路原理图如下所示：图3、声响电路图4.1.2、555定时器引脚图黎明职业大学信息与电子工程学院课程设计报告共16页-7-图4、555引脚图1脚接地GND2脚为触发3脚为输出4脚复位5脚控制电压6脚门限(阈值）7脚放电8脚接电源电压Vcc4.1.4产生秒脉冲信号电路图图5、脉冲信号电路图4.2、抢答电路该部分主要完成两个功能：一是分辨选手按键的先后，并锁存优先抢答者的黎明职业大学信息与电子工程学院课程设计报告共16页-8-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。选用芯片CD4511可以完成上述功能。4.2.1、CD4511引脚图图64.2.2、CD4511引脚功能BI:4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态是什么的，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。当LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。LT：3脚是测试控制端，当BT=1时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮全部显示，它主要用来检测数7段码管是否有物理损坏。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。A、b、c、d、e、f、g、为译码器输出端，输出为高电平1有效。CD4511的里面有上拉电阻，可直接或者接一个电阻与七段数码管接口。4.2.3、CD4511的工作原理黎明职业大学信息与电子工程学院课程设计报告共16页-9-图7、CD4511工作真值表锁存功能：译码器的锁存电路由传输门和反相器组成，传输门的导通或截止由控制器LE的电平状态。当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG2导通此时有锁存作用译码：CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入数据B、C进行组合，得出四项，然后将输入的数据A\D一起用或非门译码。消隐：BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。4.2.4抢答电路原理图黎明职业大学信息与电子工程学院课程设计报告共16页-10-图84.3数码管此次试验选用的是共阴数码管SM4205图9、数码管原理图数码管管脚：1脚为g2脚为f3脚与电容相连接VCC4脚为a5脚为b6脚为e7脚为d8脚接地9脚为c黎明职业大学信息与电子工程学院课程设计报告共16页-11-4.4定时电路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，74LS192的预置数控制端实现预置数。计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，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，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。74LS192是同步十进制可逆计数器，具备双时钟输入，同时具备清零和置位功能。4.4.1、74LS192引脚图及其功能图10、74LS192的引脚排列及逻辑符号（a）引脚排列(b)逻辑符号图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。黎明职业大学信息与电子工程学院课程设计报告共16页-12-4.4.2功能表5、仿真结果利用仿真软件proteus对电路进行仿真。按照总体的电路图，将各个元件，芯片，电源等排好，用导线连接，开始仿真，首先按下复位键，进行测试，先按S1键，数码管显示1，蜂鸣器响，再按其他键，每按一次蜂鸣器响一下，数码管不变。测试完，再按复位键，进行其他键测试，现象同第一次测的，这里给出S3键的结果如图所示。图11、电路仿真图黎明职业大学信息与电子工程学院课程设计报告共16页-13-6、实焊电路图图12图13黎明职业大学信息与电子工程学院课程设计报告共16页-14-7、软硬件结合测试步骤和结果焊接完毕后，在接通电源前，先用万用表仔细检查各管脚间是否有短路，虚焊、漏焊现象。检查无误后，先不要把各个集成块插入芯片插座中，然后接通电源，用手触摸桥碓,看看是否发热,或者用万用表测试其两端的电压是否在10V左右。如果发热或者电压为零则说明电路中有短路的现象，要立刻切断电源，再做仔细的检查，改正后再进行同样的测试，直到正常为止。再测试各个芯片的电压是否正常，正常的话可以把各个集成块芯片插入芯片插座中。以上检查无误后,再进行调试。首先按下复位键，用万用表测试芯片的电平，看电路连接是否正确，如有问题，要切断电源检查。如果没有的就再按下抢答按钮S1，数码管的显示数字是否为“1”。不是的话再仔细地检查电路中的连接，再看看蜂鸣器是否响。是的话就依次按下S2、S3……S9，按照相同的操作，进行检查。经检查和改正，电路板正确，进行测试。首先给电路板VCC端接上8V的电压，接地端接地，电路板显示0,按下复位键，再按下S1键，数码管显示1，且蜂鸣器响，再按其他键，每按一次，蜂鸣器响一次，且数码管显示的数字为1不变。按下复位键，再按下S2键，数码管显示2，且蜂鸣器响，再按其他键，每按一次，蜂鸣器响一次，且数码管显示的数字为2不变。按复位键，再按下S3键，数码管显示3，且蜂鸣器响，再按其他键，每按一次，蜂鸣器响一次，且数码管显示的数字为3不变。其他的按键测试同上述过程。由硬件测得的结果可看出，硬件测试出的结果与软件仿真出的结果相同。8、设计收获和体会通过这次的课程设计，我学会了很多，了解了很多，而且学会了很多课本上学不到的知识，锻炼并提高了我的动手实践能力和独立思考能力，真的做到了学以致用。之前都是在课堂上听老师讲，这一次要亲手