數(shù)字電子電路課程設(shè)計---三人智力搶答器

1、<p><b>　　數(shù)字電子課程設(shè)計</b></p><p>　　系 別：電氣工程</p><p>　　專 業(yè)：電氣工程及其自動化</p><p>　　班 級：2002級5班</p><p><b>　　姓 名： </b></p><p>&

2、lt;b>　　指導(dǎo)老師：</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章：序言……………………………………… （3）</p><p>　　第二章：設(shè)計任務(wù)書……………………………… （3）</p><p>　　第三章：電路組成和工作原理…………………… （4）&l

3、t;/p><p>　　第四章：設(shè)計步驟及方法………………………… （5）</p><p>　　第五章：安裝和調(diào)試……………………………… （11）</p><p>　　第六章：總結(jié)……………………………………… （13）</p><p>　　參考文獻(xiàn).................................................

4、.......... （13）</p><p><b>　　第一章 序 言</b></p><p>　　智力競賽搶答計時器是一名的裁判員，它的任務(wù)是從若干名競賽者中確定出最先的搶答者，并要求參賽者在規(guī)定的時間里回答完問題。</p><p>　　第二章 設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　一、設(shè)計題目：智力競賽搶答計

5、時器</p><p><b>　　二、技術(shù)要求：</b></p><p>　　1.設(shè)計一個三人參加的智力競賽搶答計時器。</p><p>　　2.當(dāng)有某一參賽者首先按下?lián)尨痖_關(guān)是，相應(yīng)顯示燈亮并伴有聲響。此時，搶答器不再接收其他輸入信號。</p><p>　　3.電路具有回答問題時間控制功能。要求回答問題的時間小于100

6、秒（顯示為0~99），時間顯示采用倒計時方式。當(dāng)達(dá)到限定時間是，發(fā)出聲響以示警告。</p><p><b>　　三、給定條件及器件</b></p><p>　　1.要求電路主要選用中規(guī)模COMS集成電路CC4000系列。</p><p>　　2.電源電壓為5~10v。</p><p>　　3.本設(shè)計要求在數(shù)字電路實驗箱上

7、完成。</p><p><b>　　四、設(shè)計內(nèi)容</b></p><p>　　1.電路各部分的組成和工作原理。</p><p>　　2.元器件的選取及其電路圖和功能。</p><p>　　3.電路各部分的調(diào)試方法。</p><p>　　4.在整機電路的設(shè)計調(diào)試過程中，遇到什么問題，其原因及解決的辦

8、法。</p><p>　　第三章 電路組成和工作原理</p><p>　　根據(jù)上面所說的功能要求，智力競賽搶答計事系統(tǒng)的組成框圖如下圖所示。它主要有六部分組成：</p><p>　　一、搶答器——智力競賽搶答器的核心。當(dāng)參賽者的任意一位首先按下?lián)尨痖_關(guān)事，搶答器即刻接受該信號，指使相應(yīng)發(fā)光二極管亮（或音響電路發(fā)出聲音），與此同時，封鎖住其他參賽者的輸入信號。<

9、/p><p>　　二、搶答控制器——由三個開關(guān)組成。三名參賽者各控制一個，撥動開關(guān)使相應(yīng)控制端的信號為高電平或低電平。</p><p>　　三、清零裝置——供比賽開始前裁判遠(yuǎn)使用。它能保證比賽前觸發(fā)器統(tǒng)一清零，避免電路的誤動作和搶答過程的不公平。</p><p>　　四、顯示、聲響電路——比賽開始，當(dāng)某一參賽者按下?lián)尨鹌鏖_關(guān)時，觸發(fā)器就接受該信號，在封鎖其他開關(guān)信號的同

10、時，使該路的發(fā)光二極管發(fā)出亮光和蜂鳴器發(fā)出聲響，以引起人們的注意。</p><p>　　五、計時、顯示、聲響電路——是對搶答者回答問題時間進(jìn)行控制電路。若規(guī)定回答為的時間小于100秒（顯示為0~99），那么顯示裝置應(yīng)該是一個二位數(shù)字顯示的計數(shù)系統(tǒng)。</p><p>　　六、振蕩電路——它應(yīng)該提供給搶答器、計時系統(tǒng)和聲響電路工作的控制脈沖。</p><p>　　第四章

11、 設(shè)計步驟及方法</p><p>　　下圖為三人智力競賽搶答計時系統(tǒng)的原理圖。</p><p><b>　　一、搶答控制電路</b></p><p>　　該系統(tǒng)有開關(guān)A，B，C，分別有三名參賽者控制。常態(tài)時開關(guān)接地，比賽時，按下開關(guān)，使該端為高電平。為實驗方便，搶答開關(guān)也可以利用實驗箱上電平輸出開關(guān)。撥動邏輯開關(guān)，相當(dāng)于書車邏輯高低電平。 &l

12、t;/p><p><b>　　二、搶答器</b></p><p>　　由有原理圖看出，搶答器是由三個D型觸發(fā)器和和非門G1組成。它的工作原理是這樣的：若參賽者A首先按下開關(guān)，使該端的輸入信號為高電平，觸發(fā)器FA輸入端D接受該信號是輸出Q為高電平，相應(yīng)的Q非為低電平，這個低電平信號同時送到與非門G1的輸入端，與非門G1被封鎖，使觸發(fā)器的控制脈沖CP信號由于與非門G1封鎖而被

13、，拘之門外，觸發(fā)器FB和FC因為不具備CP脈沖信號而不接收開關(guān)B和C控制端送入的信號（其他的兩種情況類同）。因此該電路只接收第一個輸入的信號，即使此時其他參賽者也按下開關(guān)，但由于與非門已被封鎖，信號是輸入不進(jìn)去的。</p><p><b>　　三、清零裝置</b></p><p>　　為了保證電路的正常工作，比賽開始前，裁判員都是要將各觸發(fā)出發(fā)器的狀態(tài)統(tǒng)一清零。本系統(tǒng)

14、利用D觸發(fā)器的異步復(fù)位端實現(xiàn)清零功能。由原理圖可以看出，該D觸發(fā)器的異步復(fù)位端為RD，低電平有效。因此，將各觸發(fā)器的異步復(fù)位端統(tǒng)一用一開關(guān)J控制，正常比賽時，使RD非、SD=0 非均處于高電平，用R D=0非功能。</p><p>　　四、計時、顯示、聲響電路</p><p>　　計時電路采用倒計時方法，最大顯示為99秒。當(dāng)裁判員給出“請回答”指令后，開始倒計時，當(dāng)計時“00”是，可驅(qū)動電

15、路發(fā)出聲響。倒計時器選用可預(yù)置數(shù)二-十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器（雙時鐘型）CC40192。CC40192的外部引線排列和功能表分別見下圖1和表1。</p><p>　　圖2是用兩片CC40192組成的一百進(jìn)制減法計數(shù)器電路。</p><p>　　由功能表可以看出，要使電路實現(xiàn)倒計時（減法）功能，應(yīng)使CR=0，PE非=1，CP+=1，CP-=CP?？捎肅R端接電平開關(guān)來控制計時器的工作與否。<

16、;/p><p>　　聲響顯示電路需要在兩種情況下做出反應(yīng)：一種是當(dāng)有參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時，相應(yīng)電路的發(fā)光二極管亮，同時推動輸出級的蜂鳴器發(fā)出聲響；第二種情況是當(dāng)裁判員給出“請回答”指令后，計時器開始倒計時，若回答問題時間到達(dá)限定的時間，蜂鳴器發(fā)出聲響。</p><p>　　顯示電路由發(fā)光二極管與電阻串聯(lián)而成，發(fā)光二極管正極接電源端，負(fù)極接D觸發(fā)器的Q非端。當(dāng)某參賽者按下開關(guān)，該觸發(fā)器接受該信號

17、使其輸出Q端的狀態(tài)為高電平，相應(yīng)的Q非端為低電平，就有電流流過發(fā)光二極管是它發(fā)亮。計時系統(tǒng)的驅(qū)動顯示電路選用BCD-7段鎖存譯碼/驅(qū)動器CC4511和七段數(shù)碼管組成，其工作原理可參照“數(shù)字鐘”的有關(guān)內(nèi)容。</p><p>　　聲響電路由兩部分組成：一是由門電路組成的控制電路，二是三極管驅(qū)動電路。門控電路主要由或門組成，它的兩個輸入，一個來自搶答電路各觸發(fā)器輸出Q非的與非，他說明只要有一Q非為低電平，就使該與非門輸

18、出為高電平通過或門電路驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲；另一個來自計時系統(tǒng)高位計數(shù)器的借位信號QB，它說明計時電路在99秒向98秒，97秒，……2秒，1秒，0秒倒計時再向99秒轉(zhuǎn)化時向高位借位時給出一個負(fù)脈沖經(jīng)反相器得到一個高電平。這個高電平信號也能使蜂鳴器發(fā)聲，為了保證電路的可靠工作，也可采用與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器驅(qū)動。</p><p><b>　　五、振蕩電路</b></p><p

19、>　　本系統(tǒng)需要產(chǎn)生三種頻率的脈沖信號，一種是頻率為1KHZ的脈沖信號，用于聲響電路；一種是頻率為500KHZ的脈沖信號，用于觸發(fā)器的CP信號。第三中頻率為1HZ信號用于計時電路。以上電路可用555定時器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過分頻得到。555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖3所示，多諧振蕩器的振蕩頻率可由式⑴估算。CC7555單定時器的外部引線排列見圖4所示。</p><p><b>　　

20、第五章 安裝和調(diào)試</b></p><p>　　用中規(guī)模集成D觸發(fā)器CC4013組成的三人智力競賽強大計時器的邏輯電路圖見圖5所示。</p><p>　　CC4013的功能表和外部引線排列分別見表2和圖6所示，CC4012的外部引線排列見圖7。</p><p>　　一、搶答顯示功能測試</p><p>　　按圖5的有關(guān)部分在實驗箱

21、上連線，將開關(guān)A，B，C，全部處于低電平。首先撥動開關(guān)A，該端發(fā)光二極管亮，此時再撥動開關(guān)B或C，觀察其他發(fā)光二極管的情況。</p><p><b>　　二、清零功能測試</b></p><p>　　在以上實驗的基礎(chǔ)上，將CC4013的所有R端連在一起通過開關(guān)J控制。由表2可以看出，CC4013的異步控制信號高電平有效，因此可用R=1實現(xiàn)復(fù)位功能。開關(guān)J可以利用實驗箱

22、上的電平開關(guān)。常態(tài)時，它處于低電平。撥動開關(guān)J，觀察二極管是否全滅。</p><p><b>　　三、倒計時功能測試</b></p><p>　　按圖4的電路在實驗箱上連線，計數(shù)器的輸出可接發(fā)光二極管，在CP作用下，觀察發(fā)光二極管顯示情況。通過控制CR端的狀態(tài)，在觀察發(fā)光二極管顯示情況。</p><p>　　四、聲響電路功能測試</p&g

23、t;<p>　　按圖5所示的有關(guān)部分在實驗箱上連線，可將與非門和反相器的輸入端分別通過實驗箱上的電平開關(guān)來控制狀態(tài)，觀察喇叭發(fā)聲情況。</p><p><b>　　第六章 總結(jié)</b></p><p>　　本次實驗將我們所學(xué)習(xí)的理論知識與實踐活動想聯(lián)系，增強了我們的動手、動腦能力，從而達(dá)到學(xué)有所用，更明確目標(biāo)，為以后的學(xué)習(xí)樹立了信心！對自己以前所學(xué)知識

24、的鞏固和今后的學(xué)習(xí)起了舉足輕重的作用。本次課程設(shè)計，更加深了我對電工電子技術(shù)的熱愛，也激發(fā)了我對未知領(lǐng)域進(jìn)軍的斗志。通過本次課程設(shè)計我收獲很多。認(rèn)識到了自己所學(xué)的專業(yè)知識的實用性，也掌握了Protel99的操作方法。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 閻 石. 數(shù)字電子電路. 北京：中央廣播電視大學(xué)出版社. 1992<