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

1、<p>　　數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì)（學(xué)年設(shè)計(jì)、學(xué)年論文）任務(wù)書</p><p>　　數(shù)字邏輯課程設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)說明書（或論文）</p><p><b>　?。ǚ饷妫?lt;/b></p><p>　　學(xué)院名稱： 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院 </p><p>　　班級(jí)名稱： <

2、/p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　題 目： 多路智力競賽搶答器 </p><p>　　邏輯電路設(shè)計(jì) </p><p><b>　　指導(dǎo)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(shí)代的21世紀(jì)，人類社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展非常迅猛，人類開始邁進(jìn)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(huì)進(jìn)步和科學(xué)發(fā)展的標(biāo)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(chǎng)合、競賽中，為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷第一搶答者，通常設(shè)置一臺(tái)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(shí)現(xiàn)設(shè)定發(fā)言時(shí)間、記錄

5、分?jǐn)?shù)等功能。早期的搶答器只由幾個(gè)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(rèn)選手的號(hào)碼。數(shù)字搶答器由主體電路和擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路?，F(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)和數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號(hào)碼顯示、搶答前和搶答后的計(jì)時(shí)、

6、選手得分顯示等功能。</p><p>　　二、方案論證（或設(shè)計(jì)理念）</p><p>　　本搶答器的電路主要完成：設(shè)計(jì)一個(gè)六路搶答器，實(shí)現(xiàn)開始一定時(shí)間后，開始搶答狀態(tài)，可以判定是哪個(gè)信號(hào)搶答的，同時(shí)封鎖其他信號(hào)，如果過了搶答時(shí)間，仍然沒有搶答或者出現(xiàn)搶答者同時(shí)搶答時(shí)，那么就報(bào)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(hào)，再經(jīng)過74

7、LS48芯片譯碼驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管顯示。計(jì)數(shù)器由兩塊74LS192芯片實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。它的特點(diǎn)是電路簡單、制作方便、操作簡單、方便、性能可靠，實(shí)用于多種智力競賽活動(dòng)。</p><p><b>　　過程論述</b></p><p>　　依據(jù)相應(yīng)的設(shè)計(jì)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(gè)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(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：當(dāng)主持人控制開關(guān)S置于"清零"端時(shí)，RS觸發(fā)器的R非端均為０，４個(gè)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(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人把開關(guān)S置于"開始"時(shí)，優(yōu)先編碼器和鎖存電路同時(shí)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(hào)輸入，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（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(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，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?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按</p><p>

11、　　圖 3-2 搶答器電路圖</p><p><b>　　計(jì)時(shí)器</b></p><p>　　該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192和2個(gè)7段數(shù)碼管等相關(guān)元件組成。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192的預(yù)置數(shù)控制端由主持人控制實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，當(dāng)主持人端為低電平時(shí),74LS1

12、92置數(shù);當(dāng)主持人端為高電平時(shí),電路開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒人搶答，且倒計(jì)時(shí)60s時(shí)間到時(shí)，輸出低電平到時(shí)序控制電路，之后選手搶答無效,并報(bào)警。如圖 3-3所示：</p><p>　　圖 3-3 計(jì)時(shí)器電路圖</p><p><b>　　報(bào)警器</b></p><p>　　當(dāng)過了設(shè)定的60s時(shí)間后還無人搶

13、答，報(bào)警，系統(tǒng)自動(dòng)停止，無法再進(jìn)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(hào)管腳作為控制端，當(dāng)4號(hào)管腳為高電平時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲音；當(dāng)4號(hào)管腳為高電平時(shí)，蜂鳴器不發(fā)聲。主持人端的輸出信號(hào)與74LS148的15號(hào)管腳輸出端信號(hào)相或非再與74LS192的TCD端經(jīng)反相器的輸出信號(hào)相或。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到零還沒人搶答時(shí)，74LS192的TCD端輸出一個(gè)低電平，經(jīng)反相后，為高電平，輸入555的4號(hào)管腳，蜂鳴器發(fā)

14、聲。如圖 3-4所示：</p><p>　　圖3-4 報(bào)警器電路圖</p><p><b>　　相關(guān)知識(shí)</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(dāng)無輸入時(shí)，</p><p>　　YEX=1，有

15、輸入時(shí)，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(dāng)R=1，S=0時(shí)，輸出為0；當(dāng)R=1、S=1時(shí)，鎖存器具有保持功能，將輸出一直保持為1，達(dá)到鎖存的目的。</p><

16、p><b>　?。?）555定時(shí)器</b></p><p>　　555定時(shí)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(gè)比較器決定。兩個(gè)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(dāng)5 腳懸空時(shí)，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(shí)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(shí)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(jì)時(shí)器部分開始60s倒計(jì)時(shí)，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(jìn)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(hào)碼，封鎖其他輸入端信號(hào)；同時(shí)，計(jì)時(shí)器停止工作，顯示選手所用

19、時(shí)間。如圖 4-2所示：</p><p>　　圖 4-2 搶答器計(jì)時(shí)器工作圖</p><p>　　當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束后，計(jì)時(shí)器顯示管顯示00，555芯片輸出一個(gè)低電平給鎖存器74LS279，鎖存器封鎖輸入端信號(hào)，控制電路控制報(bào)警器進(jìn)行報(bào)警。使選手再進(jìn)行搶答時(shí)，74LS48芯片將不再驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管顯示編碼。如圖 4-3所示：</p><p>　　圖 4-3 計(jì)時(shí)結(jié)束鎖存信

20、號(hào)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(jì)任務(wù)——六路智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)。通過本次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我深深地體會(huì)到設(shè)計(jì)課的重要性和目的性所在。本次設(shè)計(jì)課不僅僅培養(yǎng)了我們實(shí)際操作能力，也培養(yǎng)了我們靈活運(yùn)用課本知識(shí)，理論聯(lián)系實(shí)際，獨(dú)立自主的進(jìn)行設(shè)計(jì)的能力。它不僅僅是一個(gè)學(xué)習(xí)新知識(shí)新方

21、法的好機(jī)會(huì)，同時(shí)也是對(duì)我所學(xué)知識(shí)的一次綜合的檢驗(yàn)和復(fù)習(xí)，使我明白了自己的缺陷所在，從而查漏補(bǔ)缺。</p><p>　　兩個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)使我們對(duì)數(shù)電的基礎(chǔ)知識(shí)又有了進(jìn)一步的了解，通過設(shè)計(jì)也培養(yǎng)了我們的動(dòng)手實(shí)踐能力和團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力。尤其增強(qiáng)了對(duì)數(shù)字邏輯這門課程的興趣。在設(shè)計(jì)的過程中，我們通過軟件仿真，我們的動(dòng)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(shí)，這次審計(jì)更要求熟練使用仿真軟件，更深入

22、的學(xué)會(huì)Multisim軟件的應(yīng)用。設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)了電路的預(yù)定功能。在設(shè)計(jì)中，我們相互幫助，同學(xué)協(xié)作能力得到了很大的提高。在設(shè)計(jì)中，我們的設(shè)計(jì)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(duì)電路設(shè)計(jì)有了很大的興趣?，F(xiàn)在的社會(huì)是科技的社會(huì)，在以后的學(xué)習(xí)生活中，我們會(huì)更加努力學(xué)習(xí)培養(yǎng)自己獨(dú)立思考的能力，從而更加適應(yīng)社會(huì)。兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，我們得到了很多東西，是我們?cè)谡n堂上得不

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

24、針對(duì)課程設(shè)計(jì)、學(xué)年設(shè)計(jì)）</p><p>　　圖 3-2 搶答器電路圖</p><p>　　圖 3-3 計(jì)時(shí)器電路圖</p><p>　　圖3-4 報(bào)警器電路圖</p><p>　　圖 4-1 整體電路</p><p>　　圖 4-2 搶答器計(jì)時(shí)器工作圖</p><p>　　圖 4-3 計(jì)時(shí)結(jié)束

25、鎖存信號(hào)工作圖</p><p><b>　　第三部分：參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]王連英.基于Multisim的電子仿真實(shí)驗(yàn)與設(shè)計(jì)。北京：北京郵電大學(xué)出版社，2009.8;</p><p>　　[2]李忠波.電子設(shè)計(jì)與仿真技術(shù)。北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010.4；</p><p>　　[3]王彥朋.大學(xué)生

26、電子設(shè)計(jì)與應(yīng)用.北京：中國電力出版社，2007；</p><p>　　[4]趙春華 張學(xué)軍.電子技術(shù)基礎(chǔ)仿真實(shí)驗(yàn).北京：機(jī)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(xué)出版社，2006；</p><p>　　[6]余孟嘗.數(shù)字電路設(shè)計(jì)基礎(chǔ)簡明教程.第3版.北京:高等教育出版社,2006；</p><p&g