1、数电智力竞赛抢答器课程设计完全版. . .电子技术课 程 设 计成绩评定表设计课题：智力比赛抢答器学院名称：电气工程学院专业班级：电气 1503学生 ：段帅朋学号 ：201523010310指导教师：设计地址：31-220设计时间：指导教师建议：成绩 :署名： 年 月 日. . .c学生题 目课题性质指导教师主要容（参数）任务要求（进度）主要参照资料审察建议. . .电子技术 课程设计任务书段帅朋 专业班级 电气 1503 学号 201523010310智力比赛抢答器工程设计 课题根源 自拟用 TTL 或 CMOS 集成电路设计智力比赛抢答器逻辑控制电路，详细要求以下：1.抢答组数为 4 组，
2、输入抢答信号的控制电路应由无颤动开关来实现。2.鉴别选组电路。能快速、正确地判处抢答者，同时能清除其余组的扰乱信号，闭锁其余各路输入使其余组再按开关时失掉作用，并能对抢中者有光、声显示和呜叫指示。3. 计数、显示电路。每组有三位十进制计分显示电路，能进行加 /减计分。4.准时及音响。必答时，启动准时灯亮，以示开始，当时间到要发出单音调“嘟”声，并熄灭指示灯。抢答时，当抢答开始后，指示灯应闪亮。当有某组抢答时，指示灯灭，最先抢答一组的灯亮，并发出音响。也能够驱动组别数字显示（用数码管显示） 。第 1-2 天：熟习课程设计任务及要求，查阅技术资料，确立设计方案。第 3-4 天：依照确立的方案设计单
3、元电路。要求画出单元电路图，元件及元件参数选摘要有依照，各单元电路的设计要有详尽阐述。第 5-6 天：撰写课程设计报告。要求容完好、图表清楚、文理流利、格式规、方案合理、设计正确，篇幅合理。1康华光电子技术基础（模拟部分） （第 5 版） M ：高等教育， 20042 阎石数字电子技术基础（第 5 版） M ：高等教育， 20063光明 .电子技术书课程设计与综合实训 M 航空航天 . 2007系（教研室）主任署名： 年 月 日. . .c. . .1.绪论 .3设计目的 .3设计要求 .32.方案设计 .3系统工作流程图 .3元器件清单 .4主要元器件选择与剖析 .5轻触开关 .574LS1
4、92计数芯片 .52.3.3 共阴极数码管以及其驱动芯片 74LS48.674LS175四路 D 触发器 .7555 准时器 .8集成门电路 .8无源蜂鸣器 .83.原理剖析 .9抢答必答模式选择及其指示电路 .9抢答电路 .9脉冲产生电路 .10单稳态准时电路 .11准时电路 .12音响电路 .13整机电路剖析 .13加减分数电路 .144.设计总结 .15. . .c. . .1.绪论1.1 设计目的1、着重培育学生正确的设计思想，掌握课程设计的主要容、步骤和方法。2、稳固加深对电子技术基础知识的理解，培育学生发现问题、独立剖析问题、解决问题，提升综合运用所学知识的能力。3、经过查找资料、
5、选方案、设计电路、写报告等环节的训练，熟习设计的过程、步骤。为此后从事电子电路设计、研制电子产品打下基础。4、认识电子线路设计的工程，学会书写设计说明书。5、培育学生严肃、仔细的科学态度和工作作风。6、在课余实践，有效地激发学生对电子设计的兴趣，丰富课外生活。7、培育学生自主学习能力，扩展知识面。8、提升着手能力的同时对常用的集成芯片有必定的认识，在电路设计方面有感性的认识。9、此外还要掌握电路原理和剖析电路设计流程，每个电路的设计都要有完好的设计流程。这样才能在剖析电路有优秀的思路，便于找犯错的原由。 设计要求用 TTL 或 CMOS 集成电路设计智力比赛抢答器逻辑控制电路，详细要求以下：
6、1. 抢答组数为 4 组，输入抢答信号的控制电路应由无颤动开关来实现。2.鉴别选组电路。能快速、正确地判处抢答者，同时能清除其余组的扰乱信号，闭锁其余各路输入使其余组再按开关时失掉作用， 并能对抢中者有光、 声显示和呜叫指示。3.计数、显示电路。每组有三位十进制计分显示电路，能进行加/减计分。4.准时及音响。必答时，启动准时灯亮， 以示开始，当时间到要发出单音调 “嘟”声，并熄灭指示灯。抢答时，当抢答开始后，指示灯应闪亮。当有某组抢答时，指示灯灭，最初抢答一组的灯亮，并发出音响。也能够驱动组别数字显示（用数码管显示）。2.方案设计2.1 系统工作流程图系统流程图如 2.1 所示，控制电路是核心
7、构成部分， 它控制抢答电路、 音响电路、指示灯电路以及准时电路。主要由门电路与门、与非门、或门等实现控制逻辑。主持人和参赛选手都是经过按钮输入控制信号到控制电路， 经过控制电路的逻辑实现对各个模块的控制。 1K 脉冲主要用于触发器时钟， 秒脉冲主要用于计时器。. . .c. . .此外每个组都有一个三位十进制加减分数的电路用于统计比赛得分。抢答按钮 锁存电路 译码电路 显示电路主持人控制电路音响电路1KHZ 脉冲指示灯电路秒脉冲准时电路译码显示电路四组三位十进制加减分电路图 2.1 智力比赛抢答器系统流程图 元器件清单绘制完原理图后使用 Altiumdesigner 导出元器件清单如表 2.1
8、 所示，主要有按键、门电路、驱动芯片、数码管、 555 准时器及其常用的电容电阻晶体管等。表 2.1 元器件清单. . .c. . .2.3 主要元器件选择与剖析2.3.1 轻触开关轻触开关又叫按键开关，最早出此刻日本 称之为：敏感型开关 使用时以知足操作力的条件向开关操作方向施压开关功能闭合接通，当撤除压力时开关即断开，其部构造是靠金属弹片受力变化来实现通断的。图 轻触开关轻触开关由：嵌件、基座、弹片、按钮、盖板构成此中防水类轻触开关在弹片上加一层聚酰亚胺薄膜如图 2.2 所示。对于五脚轻触开关的脚位问题： 两个引脚为一组， 向开关体正确施压时四个引脚相导通，第五个引脚为接地作用。2.3.2
9、 74LS192计数芯片74LS192 十进制同步加减可逆异步预置数计数器， 它拥有双时钟输入， 并拥有清除和置数等功能，其引脚摆列如图 2.3 所示，逻辑符号如图 2.4 的所示。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， 为消除端， Q0、Q1、Q2、Q3 为数据输出端。其功能如表 2.2 所列。表 2.2 74LS192 功能表输入输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01 00 0000 dcba dc ba01加计数1011减计数. . .c. . .图 2.3 74LS192 引脚摆列 图 2.
10、4 74LS192 功能图2.3.3 共阴极数码管以及其驱动芯片 74LS48共阴极则是把全部 led 的阴极连结到共同接点 com，而每个 led 的阳极分别为 a、b、 c、d、 e、f 、g 及 dp（小数点），如图 2.5 所示。图中的 8 个 led 分别与上边那个图中的 adp 各段相对应，经过控制各个 led 的亮灭来显示数字。在实质使用中， 办理器极少直接输出 7 位二进制码来控制数码管的显示， 一般都采纳译码器和数码管连结的方式。 因为采纳了译码器后， 译码工作由译码器独立达成，中央办理器的输出信号能够由 7 位二进制信号减少成 4 位 8421BCD码。而且极提升了电路安全
11、性和稳固性，其连结方式如图 2.6 所示。74LS48 除了有实现 7 段显示译码器基本功能的输入 （DCBA ）和输出（YaYg）端外， 74LS48 还引入了灯测试输入端（ LT）和动向灭零输入端（ RBI ），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入 /动向灭零输出（ BI/RBO ）端。其功能参照功能表表 2.3 74LS48 功能表74ls48 功能表七段译码驱动器功能表十进数输入BI/RBO输出备注或功能LTRBIDCBAabcdefg0HH0000H111111011Hx0001H01100002Hx0010H11011013Hx0011H11110014Hx0100H011001
12、15Hx0101H10110116Hx0110H00111117Hx0111H11100008Hx1000H11111119Hx1001H111001110Hx1010H000110111Hx1011H001100112Hx1100H0100011. . .c. . .13H x1101H100101114H x1110H000111115Hx1111H0000000BIxxx x x xL00000002RBIHL0000L00000003LTLxx x x xH11111114图 数码管 图 74LS48 与数码管连结图2.3.4 74LS175四路 D 触发器74ALS175 为一四路的
13、锁存器，当 CLK 引脚输入上升沿时， 1D-4D 被锁存到输出端（ 1Q-4Q）。在 CLK 其余状态时，输出与输入没关。 其功能表如表 所示表 2. 4 74LS175 功能表. . .c. . .2.3.5 555 准时器如图 2.7 所示： 555 准时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS触发器和放电管的状态。 在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3 ，C2 的反相输入端的电压为 VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于 VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端
14、 OUT=1。如图 2.7 555 准时器内部构造果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3 ，同时 TR 端的电压大于 VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为低电平，其功能表如表 2. 5 所示表 2. 5 555 准时器功能表2.3.6 集成门电路集成门电路主要用于实现逻辑控制功能，此次设计使用到的集成门电路有74LS00 两输入四与非门、74LS20 四输入两与非门、74LS08两输入四与门、74LS32两输入四或门。2.3.7 无源蜂鸣器无源蜂鸣器利用电磁感觉现象，为音圈接入交变电流后形成的电磁铁与永磁铁相吸或相斥而推进振膜发声，
15、接入直流电只好连续推进振膜而没法产生声音，只好在接通或断开时产生声音，所以需要脉冲震荡信号才能发图 2.8 蜂鸣器. . .c. . .生。如图3.原理剖析 抢答必答模式选择及其指示电路如图 3.1 所示，这是一个模式选择电路，主要由开关和门电路构成，由主持人通过单刀双掷开关来选择是必答模式仍是抢答模式。当开关 S6 拨到 1 引脚即连结 GND 为低电平常，与非门 U3C 的 9 引脚输入低电平，则 8 引脚必定输出高电平，而后经过一个与门输入到 U1D 的 13 引脚， 12 引脚为其余模块的控制信号，当 12 引脚为高电平常与门翻开， 13 引脚的高电平信号能够被送到 11 引脚，点亮
16、LED 灯，当单刀双掷开关拨到 3 引脚即接高电平常， 10 引脚 1HZ 的秒脉冲信号能够经过与非门送到 8 引脚，而后经过控制与门送到 11 引脚使 LED 灯闪耀，需要熄灭指示灯时，只要要让与门的 12 引脚的控制信号为低电平，与门封闭， 11 引脚一直输出低电平，达到熄灭指示灯的成效。图 抢答 / 必答模式选择电路 抢答电路如图 3.2 所示，抢答电路是由抢答按钮、 74LS175 四路 D 触发器、控制门电路（ 74LS20 两输入与非门、 74LS08 两输入与门）、 LED 发光二极管和电容电阻构成。第一需要主持人经过图 3.2 的模式选择选择抢答模式，这样 2 引脚的“ QD-
17、BD ”高电平信号就送到了图 3.2 U1A 的与门 1 引脚输入端，而后主持人按下复位按钮 S 1,低电平信号经过与门送到 74LS175 的 1 引脚，进行触发器清零，此时 1Q、2Q、3Q、4Q都是高电平经过 74LS20 与非、 74LS00 取非以后输出高电平到与非门 U3B 的 5 引脚，使得 1KHZ 的时钟脉冲信号加在 74LS175 的CLK 上，等候比赛选手抢答同时 U3A 输出的信号也会作为控制信号送到其余门电路参加系统控制。 选手经过经过电容滤波消抖后的按钮 S1-S4 进行抢答，当有选手按下某一抢答按钮时，对应 Q 端输出高电平点亮对应发光二极管，同时对应 Q端会输出
18、一个低电平， 经过与非门以后在 U3A 引脚输出低电平，锁住 U3B 这个与非门，使得 1KHZ 的时钟脉冲信号不可以送到 74LS175 的 CLK 上，所以会锁住 D 触发器，其余选手再按下抢答按钮，因为没有时钟脉冲， D 触发器信号不会改变，时钟保存第一次触发状态，这样实现了清除其余组扰乱信号。四个 Q输出端只会输出 0000、 0001、 0010 、0100 、1000 五中状态，为了显示抢答组别名，此刻经过或门 U874LS32 做出来 BCD 码的低三位 000 、001、010、011 、100五种状态送给译码显示电路让最高位接地显示抢答组别名，此中译码显示部分会在 3.7 节
19、的准时电路中详尽剖析. . .c. . .图 3.2 抢答电路 脉冲产生电路如图 3.3 和图 3.4 是鉴于 555 准时器的无稳态振荡电路多谐振荡器是能产生矩形波的一种自激振荡器电路， 因为矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故 称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自己要素的作用下，电路就在两个暂稳态之 间来展变换，故又称它为无稳态电路。由 555 准时器构成的多谐振荡器如图 3.3 所示，R3，R8 和 C5 是外接准时元件，电路中将高电平触发端（ 6 脚） 和低电平触发端（ 2 脚）并接后接到 R8 和 C8 的连结处，将放电端（ 7 脚）接到 R3，R8 的连结处
20、。因为接通电源瞬时，电容 C 来不及充电，电容器两头电压 Uc 为低电平，小于（1/3） Vcc，故高电平触发 端与低电平触发端均为低电平， 3 引脚输出 Uo 为高电平，放电管 VT 截止。这时，电源经 R3，R8 对电容 C 充电，使 电容 C8 上电压 Uc 按指数规律上升，当 Uc 上升到（ 2/3）Vcc 时， 3 引脚输出 Uo 为低电平，放电管 VT 导通，把 uc 从（ 1/3）Vcc 上升到（ 2/3）Vcc 这段时间电路的状态称为第一暂稳态，其保持时间 TPH 的长短与电容的充电时间有关 。充电时间常数 T 充=（R1R2）C。因为放电管 VT 导通，电容 C 经过电阻 R8 和放电管放电，电路进人第二暂稳态 .其保持时间 TPL 的长短与电 容的放电时间有关，放电时间常数 T 放 R8*C5 跟着 C8 的放
