八人治理竞赛抢答器课程设计报告.docx
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八人治理竞赛抢答器课程设计报告
武汉纺织大学
《数字逻辑》课程设计报告
题目:
智力竞赛抢答器逻辑电路设计
院系:
数学与计算机学院
专业班级:
计科094
学号:
0904681203
学生姓名:
颜昊
指导教师:
朱勇
年月日
一、引言
《数字逻辑》课程设计是配合本课程课堂和实验教学的一个实践性教学环节。
其目的是巩固所学知识,提高实验动手能力,加强综合应用能力,启发创新思维。
其任务是让学生通过动手动脑进行数字逻辑电路中型系统的设计、安装、仿真、调试,巩固和应用所学的理论和实验技能;初步掌握应用FPGA和EDA开发工具设计大中型数字电路系统的设计流程、仿真、检测技术直至下载到实际物理器件进行实际物理测试的能力;提高设计能力和实验技能,为以后进行毕业设计、电子电路的综合设计、研制电子产品打下基础。
二、系统介绍:
设计平台介绍;(描述本课程设计使用硬件平台的基本情况)
介绍开发的系统功能和解决的问题;
说明涵盖的知识点及技术难点分析。
三、设计任务及设计原理:
1设计要求
1、 抢答组数为8组;
2、 能够迅速、准确地判出抢答者,同时能排除其它组的干扰信号,并能对抢中者有鸣叫和显示指示,用发光二极管指示;
3、 抢答时,当抢答开始后,抢答指示灯应闪亮。
当有某组抢答时,抢答指示灯灭,最先抢答一组的灯亮,并发出声响。
在抢答时间用完时,回答不出问题的,发出警告声音;
4、 必答时,必答定时灯亮,同时显示给出的必答时间,以每秒减1的方式计数,直至0秒,此时仍然没有回答出问题的,发出警告声音;
5、必答与抢答的时间均取为10秒;
6、主持人应有复位按钮;
7、对抢答进行仿真,并纪录下仿真波形;
8、 设计由晶振电路产生1Hz标准秒信号的单元电路(实际秒脉冲由开发箱提供)
2设计思路
(1)设计主体电路(即抢答器)
(2)设计支路(计时器)
3设计过程
3.1设计方案
抢答器总体方框图如图1所示:
图1抢答器总体方框图
其工作原理为:
当抢答比赛开始时,主持人按下“开始/清零”开关,接通电源,抢答器开始工作,定时器倒计时,如选手在规定的时间内抢答,则抢答器完成:
优先判断、编号锁存、编号显示等一系列动作,当一轮抢答之后,定时器停止、禁止二次抢答。
如在规定的时间内仍无人抢答,则计时器不会停止工作,直至时间结束时蜂鸣器发出声音报警宣告抢答结束,如果再次抢答必须由主持人再次执行上述操作。
3.2电路设计
抢答器电路如图2所示:
图2数字抢答器电路图
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;二是在有选手作答后其他选手按键操作无效。
工作过程:
当抢答比赛开始时,主持人按下“开始/清零”按钮,接通电源,抢答器开始工作,选手(编号J1~J8)按键作答,率先按键抢答的选手,会在CD4511译码器的输入端输入对应的的二进制编码,如:
J1(0001),J2(0010),J3(0011),J4(0100),J5(0101),J6(0110),J7(0111),J8(1000)。
通过CD4511的译码,最后在数码显示管上显示,与此同时,译码器的信号反馈回译码器,使译码器“锁码”从而维持数码管显示的数值不变,(只要译码器上有信号输出,则其信号的或非门必为“0”,反馈信号从CD4511的LE输入,控制译码器的锁码功能)
同时,计时器的电源控制是由电源与数码管反馈信号的“与门”“非门”控制,实现抢答开始时,计时器工作。
选手抢答,计时器停止工作的功能。
CD4511的逻辑引脚图与真值表如下:
图4CD4511的逻辑引脚图
LT:
做灯泡测试用,当LT=0,则不论其它输入状态为何,其输出abcdefg=1111111,使七段显示器全亮,即显示8,以便观测七段显示器是否正常。
当LT=1,则正常解码。
BI:
空白输入控制,当BI=0(LT为1时)则不论DCBA之输入为何,其输出abcdefg皆为0,即七段显示器完全不亮,此脚可供使用者控制设定初始值,避免在无意义的数据输入时显示出来造成字型的系乱。
LE:
数据锁码功能控制;在CD4511中,不但具译码功能,更具有数据锁码的记忆功能。
当LE=1时,则IC中的暂存器会关闭,仅保存原来在LE=0时的DCBA数据供译码器译码。
换句话说当LE=1时,不论DCBA的输入数据为何,皆不影响其输出,其输出abcdefg仍保留原来在LE由0转为1之前的数据。
报警计时电路图:
报警电路必须具备以下三项功能:
①抢答开始时,主持人按下“开始/清零”开关,计时器开始计时,抢答电路进入正常工作状态。
②当参赛选手按动抢答键时,数码显示管显示选手号码,报警计时电路停止工作。
③当设定的抢答时间到,无人抢答时,扬声器发声,比赛结束。
图5的工作原理是:
比赛开始时,主按下“开始/清零”按钮,报警计时器电源接通,计时器开始工作,定时电路进行递减计时。
在规定时间内如无人作答,则报警器被触发,发声警报,抢答结束。
当选手在规定时间内按动抢答键时,抢答器的反馈信号使计时器停止工作。
电源转换电路图6下所示:
图6稳压电源转换电路图
如图所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电源。
它由电源变压器,桥式整流电路D1~D4,滤波电容C1、C2,和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的。
220V交流市电通过电源变压器变换成交流低压,再经过桥式整流电路D1~D4和滤波电容C1的整流和滤波,在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)。
此直流电压经过LM7805的稳压便能在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压。
4系统调试与结果
(1)通过调节电阻设置定时时间
(2)调试报警电路。
(3)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。
(4)整个电路设计需要5V的直流电源,所以需要设计一个220V~5V的转换电路。
5主要仪器与设备
数字电路实验箱或EDA软件Multisim10软件
CD4511BCD译码器芯片一块,或非门芯片四快,与门芯片一块,三端稳压器(7805)一个,非门芯片一块,单稳态电路一片,电压表一个。
二极管--13只,稳压二极管一只,
510Ω—10只,4.7kΩ—l只,5.1kΩ—l只,
100kΩ—l只,10kΩ—1只,15kΩ—1只,68kΩ—l只。
1uF—2只,10uF—2只,
蜂鸣器一个,共阴极显示器—只。
四、程序调试心得体会:
在接到这个课题后,我一脸茫然,虽然对于很多从事电路设计的人来说,这或许不是一个复杂的课题,但是对我一个刚接触电路的大二学生来说,平时纯粹的理论学习早已淡化的实际操作,使我在这次设计中到处碰壁,真正只有接触后才知道一个理论与实际的差距,在理论中被忽略的小问题,也许在实际中就会成为一个无法解决的大问题,为了设计这个抢答器,我们从方案的讨论,电路的分析,到最后的电路的仿真测试,真正让我感觉到自己本身知识的匮乏,经验的不足,和自己学习的漏洞,对于电路的分析不够严谨,对元件性质的把握不够具体,现在成为我今后要克服的困难
五、参考文献:
[1]朱勇,数字逻辑,中国铁道出版社,2007.12(左对齐,宋体,五号)
[2]彭华林等编.数字电子技术[M].长沙:
湖南大学出版社,2004年
[3]金唯香等编.电子测试技术[M].长沙:
湖南大学出版社,2004年
[4]王贺明编.电工电子技术实验与设计[M],北京:
兵器工业出版社,1998年
[5]阎石.数字电子技术基础[M].北京:
高等教育出版社,2001年
[6]赵春华等编.电子技术技术基础仿真实验[M]。
北京,机械工业出版社,2007年
[7]石冰编.模拟电子技术实验[M].长沙:
湖南大学出版社,2000年
[8]胡东华编.数字电子线路考研应试指导[M],北京:
机械工业出版社,2003年
六.致谢:
在此,对所有在设计过程中帮助过我的同学,老师和朋友表示衷心的感谢,谢谢你们的帮助和鼓励,没有你们的帮助就没有我设计的完成,谢谢。
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- 关 键 词:
- 人治 竞赛 抢答 课程设计 报告