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第二节设计要求·
第三章原理电路设计·
第一节电路设计·
第二节电路流程图·
3
第三节单元电路设计·
第四章整体电路及元件清单·
8
第一节整体电路·
第二节元件清单·
9
第五章电路设计特点及改进·
第六章心得体会·
10
第七章参考文献·
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
译码器
74ls48
2个
计数器
74ls190
4与非门
74ls20
2与非门
74ls00
非门
74ls04
556
NE556N
单稳触发器
74ls123
复位开关
SW-PB
5个
电阻
200Ω
47k
35k
4.7k
10k
10Ω
电容
100uf
10uf
104
103
九针排阻
1k
7段共阴数码管
—
NPN三极管
8050
蜂鸣器
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:
[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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