數(shù)字邏輯課程設(shè)計--多路智力競賽搶答器邏輯電路設(shè)計

1、<p>　　數(shù)字邏輯課程設(shè)計（學年設(shè)計、學年論文）任務(wù)書</p><p>　　數(shù)字邏輯課程設(shè)計 設(shè)計說明書（或論文）</p><p><b>　?。ǚ饷妫?lt;/b></p><p>　　學院名稱： 計算機與信息工程學院 </p><p>　　班級名稱： <

2、/p><p>　　學生姓名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　題 目： 多路智力競賽搶答器 </p><p>　　邏輯電路設(shè)計 </p><p><b>　　指導教師</b&g

3、t;</p><p>　　姓 名： </p><p>　　起止日期： 2014.12.22-2015.1.6 </p><p><b>　　第一部分：正文部分</b></p><p><b>　　選題背景</b></p><p>

4、;　　信息時代的21世紀，人類社會的進步和科學技術(shù)的發(fā)展非常迅猛，人類開始邁進了數(shù)字化和科技化的智能世界。</p><p>　　搶答器的發(fā)展就是人類社會進步和科學發(fā)展的標志之一。搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的電子電氣設(shè)備，在各種搶答場合、競賽中，為了準確、公正、直觀地判斷第一搶答者，通常設(shè)置一臺搶答器，通過數(shù)顯、燈光及音響等多種手段指示第一搶答者。搶答器能迅速客觀的分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手以及實現(xiàn)設(shè)定發(fā)言時間、記錄

5、分數(shù)等功能。早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辨認選手的號碼。數(shù)字搶答器由主體電路和擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴展電路?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶答前和搶答后的計時、

6、選手得分顯示等功能。</p><p>　　二、方案論證（或設(shè)計理念）</p><p>　　本搶答器的電路主要完成：設(shè)計一個六路搶答器，實現(xiàn)開始一定時間后，開始搶答狀態(tài)，可以判定是哪個信號搶答的，同時封鎖其他信號，如果過了搶答時間，仍然沒有搶答或者出現(xiàn)搶答者同時搶答時，那么就報警。搶答器采用74LS148優(yōu)先編碼器分辨選手搶答的先后，并通過RS鎖存器74LS279鎖存搶答者的編號，再經(jīng)過74

7、LS48芯片譯碼驅(qū)動共陰極數(shù)碼管顯示。計數(shù)器由兩塊74LS192芯片實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。它的特點是電路簡單、制作方便、操作簡單、方便、性能可靠，實用于多種智力競賽活動。</p><p><b>　　過程論述</b></p><p>　　依據(jù)相應(yīng)的設(shè)計要求，該系統(tǒng)應(yīng)有以下框架構(gòu)成。如圖 3-1所示：</p>

8、<p>　　圖 3-1 整體框架圖</p><p><b>　　1.搶答器</b></p><p>　　該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：當主持人控制開關(guān)S置于"清零"端時，RS觸發(fā)器的R非端均為０，４個觸發(fā)器輸出（Q4—Q1）全部“

9、置０”，使74LS48的BI的“非 ＝０”，顯示器燈滅,74LS148的選通輸入端ST的“非=0”，使之處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。當主持人把開關(guān)S置于"開始"時，優(yōu)先編碼器和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端的信號輸入，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0的 “非=010”，YEX的“非=0”，經(jīng)RS鎖存后，CTR=1，BI的“非=

10、1”，74LS279處于工作狀態(tài)，Q4Q3Q2 =101,74LS48處于工作狀態(tài)，經(jīng)74LS148譯碼后，顯示器顯示為"５"。此外，CTR=1，使74LS148的ST的非為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的YEX的非為高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出二次按</p><p>

11、　　圖 3-2 搶答器電路圖</p><p><b>　　計時器</b></p><p>　　該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制可逆計數(shù)器74LS192和2個7段數(shù)碼管等相關(guān)元件組成。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192的預置數(shù)控制端由主持人控制實現(xiàn)預置數(shù)，當主持人端為低電平時,74LS1

12、92置數(shù);當主持人端為高電平時,電路開始倒計時。當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒人搶答，且倒計時60s時間到時，輸出低電平到時序控制電路，之后選手搶答無效,并報警。如圖 3-3所示：</p><p>　　圖 3-3 計時器電路圖</p><p><b>　　報警器</b></p><p>　　當過了設(shè)定的60s時間后還無人搶

13、答，報警，系統(tǒng)自動停止，無法再進行搶答，直到主持人重新開始。由555芯片構(gòu)成輸出一定頻率的多諧振蕩電路，555芯片的4號管腳作為控制端，當4號管腳為高電平時，蜂鳴器發(fā)出聲音；當4號管腳為高電平時，蜂鳴器不發(fā)聲。主持人端的輸出信號與74LS148的15號管腳輸出端信號相或非再與74LS192的TCD端經(jīng)反相器的輸出信號相或。當?shù)褂嫊r到零還沒人搶答時，74LS192的TCD端輸出一個低電平，經(jīng)反相后，為高電平，輸入555的4號管腳，蜂鳴器發(fā)

14、聲。如圖 3-4所示：</p><p>　　圖3-4 報警器電路圖</p><p><b>　　相關(guān)知識</b></p><p>　　(1)74LS148 </p><p>　　下圖為74LS148的功能介紹，ST為使能端，控制芯片的工作；當無輸入時，</p><p>　　YEX=1，有

15、輸入時，YEX=0。其功能真值表（表3-1）如下：</p><p>　　表3-1 74LS148 真值表</p><p>　　(2)74LS279  RS鎖存器</p><p>　　74LS279 RS鎖存器，當R=1，S=0時，輸出為0；當R=1、S=1時，鎖存器具有保持功能，將輸出一直保持為1，達到鎖存的目的。</p><

16、p><b>　?。?）555定時器</b></p><p>　　555定時器是一種多用途的數(shù)字/模擬混合集成電路，具有開關(guān)特性，可以構(gòu)成各種單元脈沖電路。其功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當5 腳懸空時，則電壓比較器C1的同相輸入端的電壓為2VCC/3 ，C2的反相輸入端的電壓為VCC /

17、3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器C2 的輸出為0，可使RS觸發(fā)器置1，使輸出端OUT=1。如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3，同時TR端的電壓大于VCC /3，則C1 的輸出為0，C2的輸出為1，可將RS觸發(fā)器置0，使輸出為0電平。如圖 3-5所示：</p><p>　　圖 3-5 555定時器原理圖</p>

18、<p><b>　　結(jié)果分析</b></p><p>　　主持人開關(guān)置為“開始”后，計時器部分開始60s倒計時，搶答狀態(tài)開始。如圖 4-1所示：</p><p>　　圖 4-1 整體電路</p><p>　　選手進行搶答，按下開關(guān)，74LS279鎖存器優(yōu)先鎖存，顯示管顯示開關(guān)號碼，封鎖其他輸入端信號；同時，計時器停止工作，顯示選手所用

19、時間。如圖 4-2所示：</p><p>　　圖 4-2 搶答器計時器工作圖</p><p>　　當?shù)褂嫊r結(jié)束后，計時器顯示管顯示00，555芯片輸出一個低電平給鎖存器74LS279，鎖存器封鎖輸入端信號，控制電路控制報警器進行報警。使選手再進行搶答時，74LS48芯片將不再驅(qū)動共陰極數(shù)碼管顯示編碼。如圖 4-3所示：</p><p>　　圖 4-3 計時結(jié)束鎖存信

20、號工作圖</p><p><b>　　五、結(jié)論（或總結(jié)）</b></p><p>　　通過兩周的緊張工作，最后終于完成了我的課程設(shè)計任務(wù)——六路智力競賽搶答器的設(shè)計。通過本次課程設(shè)計的學習，我深深地體會到設(shè)計課的重要性和目的性所在。本次設(shè)計課不僅僅培養(yǎng)了我們實際操作能力，也培養(yǎng)了我們靈活運用課本知識，理論聯(lián)系實際，獨立自主的進行設(shè)計的能力。它不僅僅是一個學習新知識新方

21、法的好機會，同時也是對我所學知識的一次綜合的檢驗和復習，使我明白了自己的缺陷所在，從而查漏補缺。</p><p>　　兩個星期的課程設(shè)計使我們對數(shù)電的基礎(chǔ)知識又有了進一步的了解，通過設(shè)計也培養(yǎng)了我們的動手實踐能力和團隊協(xié)作能力。尤其增強了對數(shù)字邏輯這門課程的興趣。在設(shè)計的過程中，我們通過軟件仿真，我們的動手能力得到了很大的提高。以前雖然接觸過仿真軟件，但是也只是一些基礎(chǔ)知識，這次審計更要求熟練使用仿真軟件，更深入

22、的學會Multisim軟件的應(yīng)用。設(shè)計階段，我們到網(wǎng)上查找相關(guān)元件資料，了解了更多電子元件的功能和原理，實現(xiàn)了電路的預定功能。在設(shè)計中，我們相互幫助，同學協(xié)作能力得到了很大的提高。在設(shè)計中，我們的設(shè)計思維，發(fā)現(xiàn)問題和解決問題的能力得到了很大的提高，也對電路設(shè)計有了很大的興趣?，F(xiàn)在的社會是科技的社會，在以后的學習生活中，我們會更加努力學習培養(yǎng)自己獨立思考的能力，從而更加適應(yīng)社會。兩周的課程設(shè)計結(jié)束了，我們得到了很多東西，是我們在課堂上得不

23、到的東西，是有用的東西而不是那種華而不實的東西，在以后的學習中，我們會更加努力的去專研所學的課程。</p><p>　　回顧這次課程設(shè)計，從選題到定稿，從理論到實踐，我懂得了理論與實踐相結(jié)合的重要性。即使課本知識掌握的很好，如果不會綜合運用，也是一些支離破碎的無用的知識，只有能把它運用到實踐當中，才是真正屬于你自己的知識。實踐是檢驗真理的唯一標準。</p><p>　　第二部分：圖紙部分（

24、針對課程設(shè)計、學年設(shè)計）</p><p>　　圖 3-2 搶答器電路圖</p><p>　　圖 3-3 計時器電路圖</p><p>　　圖3-4 報警器電路圖</p><p>　　圖 4-1 整體電路</p><p>　　圖 4-2 搶答器計時器工作圖</p><p>　　圖 4-3 計時結(jié)束

25、鎖存信號工作圖</p><p><b>　　第三部分：參考文獻</b></p><p>　　[1]王連英.基于Multisim的電子仿真實驗與設(shè)計。北京：北京郵電大學出版社，2009.8;</p><p>　　[2]李忠波.電子設(shè)計與仿真技術(shù)。北京：機械工業(yè)出版社，2010.4；</p><p>　　[3]王彥朋.大學生

26、電子設(shè)計與應(yīng)用.北京：中國電力出版社，2007；</p><p>　　[4]趙春華 張學軍.電子技術(shù)基礎(chǔ)仿真實驗.北京：機械工業(yè)出版社，2008 ；</p><p>　　[5]常華.仿真軟件教程.北京：清華大學出版社，2006；</p><p>　　[6]余孟嘗.數(shù)字電路設(shè)計基礎(chǔ)簡明教程.第3版.北京:高等教育出版社,2006；</p><p&g