數字邏輯課程設計--多路智力競賽搶答器邏輯電路設計

1、<p>　　數字邏輯課程設計（學年設計、學年論文）任務書</p><p>　　數字邏輯課程設計 設計說明書（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的發(fā)展非常迅猛，人類開始邁進了數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。搶答器是一種應用非常廣泛的電子電氣設備，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，通常設置一臺搶答器，通過數顯、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)言權的選手以及實現設定發(fā)言時間、記錄

5、分數等功能。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生的信號在顯示器上輸出實現計時功能，構成擴展電路。現在大多數搶答器均使用單片機和數字集成電路，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（或設計理念）</p><p>　　本搶答器的電路主要完成：設計一個六路搶答器，實現開始一定時間后，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，再經過74

7、LS48芯片譯碼驅動共陰極數碼管顯示。計數器由兩塊74LS192芯片實現減法計數，通過譯碼電路顯示到數碼管上，其時鐘信號由時鐘產生電路提供。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>　　依據相應的設計要求，該系統(tǒng)應有以下框架構成。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定時器秒脈沖產生電路、十進制可逆計數器74LS192和2個7段數碼管等相關元件組成。兩塊74LS192實現減法計數，通過譯碼電路顯示到數碼管上，其時鐘信號由時鐘產生電路提供。74LS192的預置數控制端由主持人控制實現預置數，當主持人端為低電平時,74LS1

12、92置數;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端經反相器的輸出信號相或。當倒計時到零還沒人搶答時，74LS192的TCD端輸出一個低電平，經反相后，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>　　（3）555定時器</b></p><p>　　555定時器是一種多用途的數字/模擬混合集成電路，具有開關特性，可以構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>　　結果分析</b></p><p>　　主持人開關置為“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，74LS279鎖存器優(yōu)先鎖存，顯示管顯示開關號碼，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>　　當倒計時結束后，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芯片將不再驅動共陰極數碼管顯示編碼。如圖 4-3所示：</p><p>　　圖 4-3 計時結束鎖存信

20、號工作圖</p><p><b>　　五、結論（或總結）</b></p><p>　　通過兩周的緊張工作，最后終于完成了我的課程設計任務——六路智力競賽搶答器的設計。通過本次課程設計的學習，我深深地體會到設計課的重要性和目的性所在。本次設計課不僅僅培養(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，理論聯系實際，獨立自主的進行設計的能力。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>　　兩個星期的課程設計使我們對數電的基礎知識又有了進一步的了解，通過設計也培養(yǎng)了我們的動手實踐能力和團隊協作能力。尤其增強了對數字邏輯這門課程的興趣。在設計的過程中，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軟件的應用。設計階段，我們到網上查找相關元件資料，了解了更多電子元件的功能和原理，實現了電路的預定功能。在設計中，我們相互幫助，同學協作能力得到了很大的提高。在設計中，我們的設計思維，發(fā)現問題和解決問題的能力得到了很大的提高，也對電路設計有了很大的興趣?，F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，從而更加適應社會。兩周的課程設計結束了，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>　　回顧這次課程設計，從選題到定稿，從理論到實踐，我懂得了理論與實踐相結合的重要性。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、針對課程設計、學年設計）</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計。北京：北京郵電大學出版社，2009.8;</p><p>　　[2]李忠波.電子設計與仿真技術。北京：機械工業(yè)出版社，2010.4；</p><p>　　[3]王彥朋.大學生

26、電子設計與應用.北京：中國電力出版社，2007；</p><p>　　[4]趙春華 張學軍.電子技術基礎仿真實驗.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.數字電路設計基礎簡明教程.第3版.北京:高等教育出版社,2006；</p><p&g