数字电子技术课程设计抢答器.docx

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数字电子技术课程设计抢答器

成绩

课程设计报告

题目数字抢答器设计

课程名称数字电子技术

院部名称机电工程学院

专业电气工程及其自动化

班级10电气2班

学生姓名卢妮妮

学号**********

课程设计地点C206

课程设计学时1周

指导教师赵国树

金陵科技学院教务处制

一、设计要求·········································4

二、总体参考方案······································4

三、单元电路的设计

3.1抢答模块·····································5

元件介绍····································6

3.2计时模块·····································9

元件介绍·····································9

3.3脉冲模块·····································11

元件介绍····································11

3.4报警模块·····································13

元件介绍·····································13

3.5锁存模块······································14

元件介绍······································15

四、整体电路图

五、各部分功能的实现

5.1按下S1启动30s定时，LED灯亮············17

5.2某位选手选手抢答有效················17

5.3清零、灭灯、复位··················17

六、实验室调试

6.1元件清单············································18

6.2调试过程···········································18

6.3调试结果···········································19

6.4调试心得体会·······································20

参考文献·················································21

一、设计要求

1.数字抢答器应具有数码锁存、显示功能，抢答组数分为八组，即序号0、1、2、3、4、5、6、7，优先抢答者按动本组开关，组号立即锁存到LED显示器上，同时封锁其它组号。

2.系统设置外部清除键，按动清除键，LED显示器自动清零灭灯。

3.数字抢答器定时为30秒，启动起始键后，要求：

①30秒定时器开始工作；②蜂鸣器要短暂报警；③发光二极管亮灯。

4.抢答者在30秒内抢答，抢答有效，终止定时；30秒定时到，无抢答者本次抢答无效，系统短暂报警，发光二极管灭灯。

二、总体参考方案

八路抢答电路的总体框图

原理：

它包括定时电路、门控电路、译码显示电路、8线-3线优先编码器和报警电路等5个部分组成。

其中定时电路、门控电路、译码显示电路及8线-3线优先编码器三部分的时序配合尤为重要，当启动外部操作开关（起始键）时，定时器开始工作，同时打开门控电路，输出有效，8线-3线优先编码器等待数据输入，在定时时间内，优先按动开关的组号立即被锁存到LED显示器上，与此同时，门控电路输出无效，8线-3线优先编码器禁止工作；若定时到而无抢答者，定时电路立即关闭门控电路，输出无效，封锁8线-3线优先编码器，同时发出报警信号。

三、单元电路的设计

3.1抢答模块

抢答模块由CD4532（八线-三线优先编码器）、74LS175（四输入D触发器）、CD4511（七段显示译码器）、数码管电路组成。

输入端抢答按钮与CD4532输入端D0~D7连接，输出端A0~A2与74LS175的输入端D0~D2相连，输出端Q0~Q2与CD4511显示译码器的ABC连接，4511的输出端Qa~Qg和LED数码管对应的接口相连接.

抢答模块电路仿真图：

按钮电路

模块整体电路

元件介绍：

（1）CD4532

从功能表可以看出，CD4532有8个信号输入端，3个二进制码输出端，输入和输出均以高电平作为有效电平，而且输入优先级别依次为I7，I6…,I0.当EI=1时，编码器工作：

而当EI=0时，禁止编码器工作，此时不论8个输入端为何种状态，3个输出端的状态为0.

下面是CD4532的真值表：

CD4532真值表

CD4532的引脚图：

CD4532引脚图

（2）CD4511

CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点：

具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动LED显示器。

CD4511是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器，引脚排列如图2所示。

其中abcd为BCD码输入，a为最低位。

LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。

BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。

另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9（1001）时，显示字形也自行消隐。

LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。

a～g是7段输出，可驱动共阴LED数码管。

CD4511功能表：

输入

输出

显示

消隐

锁存

CD4511的功能表

CD4511引脚图：

CD4511的引脚图

3.2计时模块

计时模块由74ls190（四位十进制同步加/减计数器）、4511（7段译码，带锁存）和数码管构成，CLK接口接入由脉冲模块产生的脉冲，主持人模块发出信号，控制计时开始，两个74LS192构成30秒减计数器，两个芯片的输出Q0~Q3与4511的ABCD相接，4511的输出端Qa~Qg和LED数码管对应的接口相连接。

仿真电路图如下：

计时模块仿真电路

元件介绍：

（1）74LS192：

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。

引脚排列及逻辑符号如下所示：

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，

为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。

其功能表如下：

输入

输出

加计数

减计数

74LS192的功能表

3.3脉冲模块：

脉冲模块由555定时器与一个10K电阻、一个22K电阻、一个22u极性电容和100n普通电容构成一个多谐振荡器，如图：

555组成的脉冲电路如下：

555组成的脉冲电路图

元件介绍：

（1）NE555

Pin1（接地）-地线（或共同接地），通常被连接到电路共同接地。

Pin2（触发点）-这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。

触发信号上缘电压须大于2/3VCC，下缘须低于1/3VCC。

Pin3（输出）-当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。

周期的结束输出回到O伏左右的低电位。

于高电位时的最大输出电流大约200mA。

Pin4（重置）-一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。

它通常被接到正电源或忽略不用。

Pin5（控制）-这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。

当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。

Pin6（重置锁定）-Pin6重置锁定并使输出呈低态。

当这个接脚的电压从1/3VCC电压以下移至2/3VCC以上时启动这个动作。

Pin7（放电）-这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。

Pin8（V+）-这是555个计时器IC的正电源电压端。

供应电压的范围是+4.5伏特（最小值）至+16伏特（最大值）。

其功能表如下：

ui1

ui2

T的工作状态

导通

截止

导通

555定时器功能表

3.4报警模块：

报警模块由一个蜂鸣器，一个PNP三极管和一个1K的限流电阻构成：

电路图如下所示：

报警模块电路图

元件介绍：

（1）PNP三极管：

　由2块P型半导体中间夹着1块N型半导体所组成的三极管,称为PNP型三极管.

　　也可以描述成,电流从发射极E流入的三极管.

　　PNP型三极管发射极电位最高,集电极电位最低,UBE<0.

　　三极管按结构分,可分为NPN型三极管和PNP型三极管.

　　右图PNP型三极管.

　　三极管导通时IE=（放大倍数+1）*IB和ICB没有关系，ICB=0ICB>0时,可能三极管就有问题,所以三极管在正常工作时,不管是工作在放大区还是饱和区ICB=0

　　当UBE>0.7V（硅）（锗0.2V）,RC/RB<放大倍数时,三极管工作在饱和区,反之就工作在放大区

3.5锁存模块：

锁存模块是由一个单向正沿触发的四D触发器74LS175构成，当选手所控制的开关按下时，产生一个上升沿，这个上升沿使得74175触发器4D~输出的一个低电平把与门关闭，从而把数据锁存在了74175的输出端。

仿真电路图如下：

锁存模块的仿真电路图

元件介绍：

（1）74LS175

74LS175芯片是单向正沿触发的四D触发器，互补输出，有公用的时钟和公用的清零。

在时钟脉冲正跃变的沿上，满足建立时间的D输入信息可传至输出。

时钟的触发产生于特定的电压电平上，同脉冲的正跃变时间无直接关系。

不管时钟输入的电平是高或是低，D输入信号不影响输出。

电路同其它TTL和DTL完全相容。

74LS175的功能表：

75LS175功能表

74LS175引脚图：

74LS175的引脚图

四、整体电路图

整体电路图如下所示：

整体电路图

五、各部分功能的实现（multisim仿真效果）

5.1按下S1启动30s定时，LED灯亮

5.2某位选手选手抢答有效

若按下3，则数码管显示为3，并且封锁其他组的组号

5.3清零、灭灯、复位

按下复位键，清零、灭灯、复位，在这里不提供仿真的图片，原始是由清零键产生的低电平，以实现清零、复位和灭灯。

六、实验室调试

6.1元件清单

（1）NE5551片

（2）CD45321片

（3）74LS1751片

（4）CD45111片

（5）74LS1921片

（6）74LS081片

（7）PNP三极管1个

（8）共阴数码管1个

（9）蜂鸣器2个

（10）CD40781片

（11）74LS041片

（12）LED1个

（13）电阻、电容若干

（14）导线若干

6.2调试过程

先按照图纸上的线和据芯片的引脚图连线，连接完成之后，开始分模块调试电路：

首先调试30s定时电路，给电路通电后，按下起始按钮，蜂鸣器短暂报警，led灯亮。

此时等待30s，不做任何操作，看30秒到时LED是否灭灯，蜂鸣器是否报警。

重新按下起始键，LED亮起后，按下选手开关的一个（例如3），看选手编号能否被显示到数码管上面。

再按下其他组的按钮，看是否具有锁存功能。

6.3调试结果

1、按下起始按钮，LED亮灯，蜂鸣器报警：

2、等待30s后，LED灭灯，蜂鸣器报警

3、若按下一个组的开关，组号不能被显示到数码管，一直显示为能被显示，但不具有锁存功能。

例如按下7键，原因可能是74175构成的锁存电路出现了一些问题，后来经过大量的调试，也没有解决这些问题。

6.4调试心得体会

通过本次课程设计，把我们在课堂上学到的数字电路知识运用到实际当中。

如各种常见芯片的功能，各种组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计，在此次设计中，当然也遇到了许多问题。

在进行一个综合性的硬件设计时，要全面考虑问题，如想用其他信号来控制一个信号，就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号，必须是最重要相关的信号，然后用真值表来解决他们的关系，通过门电路来实现。

这一个星期的课程设计，让我理解了书本上知识，也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用，理论联系实际，。

通过此次设计，我对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白自己该学习那个方面，重点是什么。

我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。

虽然最后我没调试出我们想要的结果，但是经过这次课程设计让我们更巩固了我们的专业知识，在这次设计过程中还了解到在设计的时候不仅是设计好，更重要的是想方设法在功能实现的同时降低成本。

参考文献

[1]李万臣主编，数字电子技术基础与课程设计哈尔滨工程大学出版社

[2]谢自美主编，电子线路设计,实验,测试（第三版）华中科技大学出版社

[3]康华光.《电子技术基础》数字部分（第五版）.高等教育出版社.2007

[4]杨欣.莱.诺克斯.王玉凤.刘湘黔.《电子设计从零开始》第2版.清华大学出版社，2010

[5]郭培源.《电子电路及电子器件》（第2版）．高等教育出版社

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