数电智力竞赛抢答器课程设计完全版.docx
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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，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，2004
[2]阎石．数字电子技术基础（第5版）[M]．：
高等教育，2006
[3]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.........................................................................................................
3
2.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..............................................................................................
5
74LS192计数芯片...............................................................................
5
2.3.3共阴极数码管以及其驱动芯片74LS48.............................................
6
74LS175四路D触发器......................................................................
7
555准时器............................................................................................
8
集成门电路..........................................................................................
8
无源蜂鸣器..........................................................................................
8
3.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................................................................................................
14
4.设计总结...................................................................................................................
15
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......
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、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：
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。
2.3.274LS192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2.274LS192功能表
输入
输出
MR
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
××××
×
××0
00
0
0
0
×d
c
b
ad
cb
a
×
0
1
×
×
×
×
加计数
1
0
1
1
×
×
×
×
减计数
....c
......
图2.374LS192引脚摆列图2.474LS192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a~dp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（Ya～Yg）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2.374LS48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
LT
RBI
DCBA
a
b
c
d
e
f
g
0
H
H
0000
H
1
1
1
1
1
1
0
1
1
H
x
0001
H
0
1
1
0
0
0
0
2
H
x
0010
H
1
1
0
1
1
0
1
3
H
x
0011
H
1
1
1
1
0
0
1
4
H
x
0100
H
0
1
1
0
0
1
1
5
H
x
0101
H
1
0
1
1
0
1
1
6
H
x
0110
H
0
0
1
1
1
1
1
7
H
x
0111
H
1
1
1
0
0
0
0
8
H
x
1000
H
1
1
1
1
1
1
1
9
H
x
1001
H
1
1
1
0
0
1
1
10
H
x
1010
H
0
0
0
1
1
0
1
11
H
x
1011
H
0
0
1
1
0
0
1
12
H
x
1100
H
0
1
0
0
0
1
1
....c
......
13
Hx
1101
H
1
0
0
1
0
1
1
14
Hx
1110
H
0
0
0
1
1
1
1
15
H
x
1111
H
0
0
0
0
0
0
0
BI
x
x
xxxx
L
0
0
0
0
0
0
0
2
RBI
H
L
0000
L
0
0
0
0
0
0
0
3
LT
L
x
xxxx
H
1
1
1
1
1
1
1
4
图数码管图74LS48与数码管连结图
2.3.474LS175四路D触发器
74ALS175为一四路的锁存器，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2.474LS175功能表
....c
......
2.3.5555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OUT=1。
如
图2.7555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2.5555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，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-BD”高电平信号就送到了图3.2U1A的与门1引脚输入端，而后主持人按下复位按钮S1,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。
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=（R1＋R2）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
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