抢答器电路设计 新疆大学电气127.docx
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抢答器电路设计新疆大学电气127
新疆大学
课程设计报告
所属院系:
电气工程学院
专业:
电气工程及其自动化
课程名称:
电子技术基础(模数)
设计题目:
抢答器电路设计
班级:
电气12-7
学生姓名:
阿迪力·阿布都卡迪尔
学生学号:
20122101747
指导老师:
程静、努尔买买提
完成日期:
2013年1月
抢答器电路设计
(一)方案设计
1.拟定系统方案框图
整个系统由抢答器电路、控制电路、显示电路、振荡电路四个主要模块组成:
1-1图系统方案框图
2.方案的分析和比较
抢答器→四人抢答器以74LS175为核心,外围电路包括振荡电路、控制电路、显示电路。
抢答功能→每位选手对应一个按键,通过触发器锁存首先按键电路屏蔽其他按键电路
振荡电路→由555定时器构成的多谐振荡器为74LS175提供CP时钟源
控制电路→包括按键电路、清零复位电路。
按键电路与74LS175的D1、D2、D3、D4四个输入端相连;复位电路与74LS175的
端相连,低电平时系统复位,此时输出端的Q1、Q2、Q3、Q4全部为零。
显示电路→由四个LED灯与蜂鸣器组成,LED用于对应显示最先按键的选手,蜂鸣器同时发出响声。
复位清零功能→用触发器的复位输入实现清零功能,由主持人控制。
(二)单元电路的设计和计算;
(1)抢答器与控制电路的结构
1-2图抢答器与控制电路图
74LS175为上升沿D触发器,逻辑图为
1-3图74LS175逻辑图
表一74LS175功能表
Inputs
Outputs
Clear
Clock
D
Q
Q’
L
X
X
L
H
H
↑
H
H
L
H
↑
L
L
H
H
L
X
Q0
Q0’
H
H
X
Q0
Q0’
由以上功能表可知,当清除端(
)为低电平时,输出端Q为低电平。
时钟(CLK)上升沿作用下,Q与数据端(D)相一致。
当CLK为高电平或低电平时,D对Q没有影响。
端口符号为:
CLK时钟输入端(上升沿有效);
清除端(低电平有效);1D~4D数据输入端,1Q~4Q输出端,1
~4
互补输出端。
当主持人按键按下时复位键E时,输出端1Q~4Q为低电平,此时无论选手是否按键都无影响,当复位键弹起时,选手按键时对应的输入端为高电平,则输出端对应变为高电平,点亮LED灯,同时蜂鸣器鸣叫。
由74LS175的内部逻辑图以及控制电路可得CLK端的时钟方程为
当一个选手首先按下键后CLK端置为高电平,此时状态方程为Q*=Q。
输出端状态被锁存在前一状态,其他选手再按键时,输出端仍为低电平,从而起到抢答的作用。
(2)显示模块
1-4图显示模块
当对应输出端为高电平时,与所接LED灯构成回路,点亮对应LED灯,电阻为限流电阻,防止电流过高烧坏LED灯。
为增强蜂鸣器电路的电压驱动能力,电路中蜂鸣器一端与VCC相连为其提供电源,另一端与三极管相接。
当有任意输出为高电平时通过四输入或门使三极管基极为高电平,三极管导通,蜂鸣器发声,主持人按下复位键后输出全为0,基极为低电平,三极管截止,蜂鸣器停止发声。
(3)振荡电路模块
振荡电路模块是由555定时器构成的多谐振荡器,电路图如下
1-5图555触发器多谐振器电路图
由公式
该电路的振荡周期为
振荡频率为
带入数据得
振荡电路的作用是给74LS175芯片提供CP时钟
(4)仿真结果:
假设A先按下,B、C后按下,D没有按下,可得一下图
按下复位键E后LED灯熄灭
1-7图复位键E后LED灯熄灭的图
三,总结报告
1.设计任务和技术指标;
(1)系统框图与原理图设计:
根据设计思路,选择合适的设计方案,画出整个系统框图,系统框图应包含系统的组成模块与各模块功能;用Multisim软件画出系统电路的原理图。
(2)选择合适的电路元件并设计电路:
结合电路的实际功能特性选择合适的元器件,结合原理图设计出系统电路。
(3)EDA仿真:
用Multisim软件进行仿真。
2.对各种设计方案的论证和电路工作原理的介绍;
EDA软件Multisim2001环境下进行仿真,硬件元器件选用74LS175、74LS00、74LS21、4072BD(可以用74LS20,为了保证正确性我所选的是4072BD集成元件)、LM555CM定时器等集成元件,LED灯、蜂鸣器声光元件以及电阻、电容、三极管等基本元件。
3.安装和调试过程中出现的各种问题、分析和解决办法;
在设计过程中也碰到了许多问题。
在为74LS175提供时钟信号时选择了555定时器构成的多谐振荡器,这一方面知识有所欠缺,通过查找资料完成多谐振荡器的设计工作。
利用Multisim进行软件仿真时,由于该软件平时用得很少,因此在仿真过程中困难很多,进而影响整体进度。
4.说明本设计的特点和存在的问题,提出改进设计的意见;
设计的该智力抢答器还不够完善,比如在防止选手在未宣布比赛开始就进行抢答方面没有相应方案。
同时可以增加强大气的计分、定时功能。
5.本次课程设计的收获和体会
本设计详细介绍了四路智能抢答器的设计方案和功能。
这种四路智能抢答器主要是基于集成芯片,成本较低,且基本能够使用于学校和一些企业的活动中。
本设计主要讲述了智能抢答器的工作原理和工作过程。
在说明工作原理的过程中,突出了抢答器设计中的基本电路的组成单元以及这些单元如何实现抢答功能;结合本设计的内容,指出了各单元电路的设计方法和意义,以及如何进行抢答控制。
在这次设计中遇到了很多实际性的问题,在实际设计中才发现,书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的,所以有些问题不但要深入地理解,而且要不断地更正以前的错误思维。
电路设计是一个很灵活的东西,它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。
它才是一个设计的灵魂所在。
因此在整个设计过程中大部分时间是用在单元电路的理解和设计上面。
很多单元电路是可以借鉴书本上的,但怎样衔接各个单元电路才是关键的问题所在。
通过这次的课程设计,我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问题,使我思考问题的能力得到了很大的提高。
在做设计的过程中我查阅了很多的资料,并认真的阅读这些与我的设计相关的资料,从而我的专业涵养得到了提高,知识的储备量也有所增加。
在做设计时,我复习了很多专业课的知识,这使得我的专业知识得以巩固。
通过这次课程设计,我也发现自己的很多不足之处。
在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面,自己的专业知识掌握的很不牢固,所掌握的电路应用软件还不够多,我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。
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