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1、河南城建學(xué)院搶答器課程設(shè)計(jì)任務(wù)書班 級(jí): 0912131 專 業(yè) :電氣工程及其自動(dòng)化 課程名稱: 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 指導(dǎo)教師: 姓 名 : 田* 電氣與信息工程學(xué)院2014年6月目錄摘要2一.設(shè)計(jì)目的和要求31、設(shè)計(jì)目的32、設(shè)計(jì)要求3二.前言4三.功能介紹5四.總方案設(shè)計(jì)6五.具體電路設(shè)計(jì)75.1主電路設(shè)計(jì)75.2設(shè)計(jì)所需的元件8六.設(shè)計(jì)原理9七.主要芯片介紹107.1 74LS175 四d觸發(fā)器107.2 74LS20 4輸入雙與非門117.3 74LS00 2輸入四與非門11八.四人搶答器仿真12九.結(jié)束語13十.參考文獻(xiàn)14摘要:實(shí)現(xiàn)搶答器功能的方式有多種,采用模擬、數(shù)字電路或模擬混
2、合電路,可以實(shí)現(xiàn)多路搶答器的功能。現(xiàn)介紹的是用數(shù)字電路設(shè)計(jì)的四路搶答器,以74LS175、74LS00、74LS20為核心,具有反應(yīng)快、功能齊全、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)。關(guān)鍵詞:搶答器;電路;仿真;設(shè)計(jì)一.設(shè)計(jì)目的和要求1、設(shè)計(jì)目的本課程設(shè)計(jì)是在前導(dǎo)驗(yàn)證性認(rèn)知實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上,進(jìn)行更高層次的命題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),要求學(xué)生在教師指導(dǎo)下獨(dú)立查閱資料、設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試特定功能的電子電路。培養(yǎng)學(xué)生利用模擬、數(shù)字電路知識(shí),解決電子線路中常見實(shí)際問題的能力,使學(xué)生積累實(shí)際電子制作經(jīng)驗(yàn),目的在于鞏固基礎(chǔ)、注重設(shè)計(jì)、培養(yǎng)技能、追求創(chuàng)新、走向?qū)嵱谩?、設(shè)計(jì)要求其它信號(hào),直到主持人再次清除信號(hào)為止。1、 四組參賽者進(jìn)行搶答,當(dāng)搶答組按
3、下?lián)尨鸢粹o時(shí),搶答器能準(zhǔn)確的判斷出搶答者。2、搶答器應(yīng)具有互鎖功能,即某組搶答后能自動(dòng)封鎖其他各組進(jìn)行搶答。3、搶答器應(yīng)具有限時(shí)功能,即限制搶答時(shí)間、答題時(shí)間等,要求顯示時(shí)間數(shù)據(jù)。4、系統(tǒng)具有一個(gè)總的復(fù)位開關(guān)。二.前言在日常生活中各種競(jìng)賽場(chǎng)合經(jīng)常要用到搶答器,在電視臺(tái)和娛樂場(chǎng)所等大型場(chǎng)合中的智力搶答更是不可缺的系統(tǒng),其利用的是大型顯示屏顯示數(shù)字。搶答器不但在以上場(chǎng)合取到很大的作用,而且在現(xiàn)代制造業(yè)中也有很重要的作用?,F(xiàn)代電子技術(shù)的飛躍發(fā)展,各類智能化產(chǎn)品相應(yīng)而出,搶答器也不例外;數(shù)字電路具有電路簡(jiǎn)單、可靠性高、成本低等優(yōu)點(diǎn),本設(shè)計(jì)就以數(shù)字電路為核心設(shè)計(jì)四位搶答器。而本次課程設(shè)計(jì)技術(shù)目標(biāo)與要求是
4、設(shè)計(jì)四路的搶答器,附有簡(jiǎn)單的搶答功能,不僅可以用于比賽,娛樂搶答,知識(shí)競(jìng)賽等活動(dòng),也可以用于各類需要競(jìng)爭(zhēng)的場(chǎng)合,搶答器的運(yùn)用非常附有人性化,應(yīng)用非常廣泛。三.功能介紹1、搶答器最多可供4名選手參賽,編號(hào)為1-4號(hào),各隊(duì)分別用一個(gè)按鈕(分別為S2S5)控制,并設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清零和搶答控制開關(guān)S1,該開關(guān)由主持人控制。2、搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能,并將鎖存數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來,直到主持人清零。3、開關(guān)S1作為清零及搶答控制開關(guān)(由主持人控制),當(dāng)開關(guān)S1被按下時(shí)搶答電路清零,當(dāng)開關(guān)S1松開時(shí)則允許搶答。輸入搶答信號(hào)由搶答按鈕開關(guān)S2S5實(shí)現(xiàn)。4、有搶答信號(hào)輸入(開關(guān)S2S5中的任意一個(gè)開關(guān)被按下
5、)時(shí),并顯示相對(duì)應(yīng)的組別號(hào)碼。此時(shí)再按其他任何一個(gè)搶答器開關(guān)均無效,指示燈依舊“保持”第一個(gè)開關(guān)按下時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)不變。四.總方案設(shè)計(jì)如圖1所示為設(shè)計(jì)方框圖。其工作原理為:接通電源后,主持人將開關(guān)撥到“清零”狀態(tài),搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài),編號(hào)顯示器燈滅,主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài),宣布“開始” 搶答器工作。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí),搶答器完成:優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示。當(dāng)一輪搶答之后,禁止二次搶答。如果再次搶答必須由主持人再操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。搶答鎖存電路譯碼電路顯示器按鈕 主持人控控制電路制開關(guān)圖1 總設(shè)計(jì)方框圖五.具體電路設(shè)計(jì)5.1主電路設(shè)計(jì)主設(shè)計(jì)電路如圖2,電路選用74LS17
6、5、74LS00、74LS20來完成。該電路主要完成兩個(gè)功能:一是分辨出選手按鍵的先后,并鎖存搶答者的編號(hào),同時(shí)在顯示管顯示;而是禁止其他選手按鍵,其按鍵操作無效。工作過程:開關(guān)S1按下時(shí),電路斷開輸入端為零,開關(guān)S1閉合時(shí),搶答器處于等待工作狀態(tài),當(dāng)有選手將搶答器按鍵按下時(shí)(如按下S2),74LS175的輸出鏡RS鎖存后,CTR=1,RBO(口4)=1,七段顯示路74LS175處于工作狀態(tài),4Q3Q2Q=010,經(jīng)譯碼顯示為“2”。此外,CTR=1,使74LS175其他工作端等于1,處于禁止?fàn)顟B(tài),封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí),74LS175的此時(shí)由于仍為CTR=1,使優(yōu)先編碼工作標(biāo)
7、志端為1,所以74LS175仍處于禁止?fàn)顟B(tài),確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào),保證了搶答者的優(yōu)先性。如果再次搶答需要主持人將S1開關(guān)重新按下然后才能進(jìn)行。具體的電路連線如圖2圖2 主電路圖5.2設(shè)計(jì)所需的元件74LS1759(四d觸發(fā)器) -1個(gè);74LS20(4輸入雙與非門)-1個(gè);74LS00(數(shù)據(jù)選擇器) -1個(gè);導(dǎo)線若干六.設(shè)計(jì)原理設(shè)計(jì)的電路中74LS175為一四路的鎖存器,當(dāng)CLK引腳輸入上升沿時(shí),D1-D4被鎖存到輸出端(Q1-Q4)。在CLK其他狀態(tài)時(shí),輸出與輸入無關(guān)。其異步復(fù)位端為低電平時(shí),Q1-Q4輸出為低,/Q1-/Q4輸出為高。電路上電后,按下復(fù)位按鍵,/Q1-/Q4輸出高電
8、平,與之相連接的指示用的四個(gè)LED全熄滅。同時(shí)用它們作為輸入的與非門U1A輸出為低電平。電路進(jìn)入準(zhǔn)備狀態(tài)。這時(shí),假設(shè)有按鍵S2被按下,與非門U1B的輸出將由低變成高電平,形成一個(gè)上升沿經(jīng)過兩個(gè)非門的延遲后作為175CLK的輸入。CLK得到上升沿后會(huì)將D1上的數(shù)據(jù)鎖存,這時(shí)由于S2是按下的,D1上應(yīng)為高電平,故175的/Q1輸出為低電平。對(duì)應(yīng)得LED被點(diǎn)亮,同時(shí)與非門U1A的輸出也變?yōu)楦唠娖?。它為高電平后,按鍵的兩端都為高電平,故按下除復(fù)位之外的任何的按鍵都將不會(huì)發(fā)生電路狀態(tài)的變化,即輸入被鎖定。達(dá)到了既定的功能目標(biāo)。七.主要芯片介紹7.1 74LS175 四d觸發(fā)器74LS175為四輸入八輸出
9、的D觸發(fā)器,輸入端口為D1、D2、D3、D4,輸出端口為Q1、Q2、Q3、Q4和/Q1,/Q2,/Q3,/Q4,內(nèi)部電路圖為圖3所示。圖3 74LS175原理圖7.2 74LS20 4輸入雙與非門 Y= ABCDinputsoutputsABCDYXXXLHXXLXHXLXXHLXXXHHHHHL圖4 74LS20功能表圖5 74LS20原理圖7.3 74LS00 2輸入四與非門 Y=ABInputsoutputsABY001011101110圖6 74LS00 功能表圖7 74LS00 原理圖八.四人搶答器仿真按照總體電路圖在仿真軟件Multisim上一一選擇芯片進(jìn)行連接,然后啟動(dòng)觀察。為各
10、個(gè)電阻和電容選取適當(dāng)值,為各個(gè)開關(guān)設(shè)置好適當(dāng)?shù)逆I盤打開數(shù)值。進(jìn)行仿真后電路如下圖8圖8 四人搶答器仿真圖九.結(jié)束語電子課程設(shè)計(jì)剛開始,和搭檔拿著選定的題目覺得很簡(jiǎn)單。腦海中馬上就出現(xiàn)了幾個(gè)設(shè)計(jì)思路,但在設(shè)計(jì)的幾天里才發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)并不是那么簡(jiǎn)單。畢竟課程設(shè)計(jì)不同于實(shí)驗(yàn)課,電路圖都要自己設(shè)計(jì),而且要著眼整個(gè)系統(tǒng)。原來的思路一個(gè)個(gè)被排除掉。靜下心來,仔細(xì)分析題目,再加上指導(dǎo)老師的說明與提示,心中才有了譜。將整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)不同的功能分成模塊,再分別進(jìn)行設(shè)計(jì),逐個(gè)攻破,最后再將其整合。在設(shè)計(jì)過程中,既有用過的芯片,又有沒有用過的,只得自己查表,分析功能。即學(xué)即用。最后仿真調(diào)試階段,哪怕一個(gè)小小的錯(cuò)誤就會(huì)使結(jié)果出不來。只好一條線一條線的查。結(jié)果終于出來了,又發(fā)現(xiàn)有的地方還應(yīng)改進(jìn),經(jīng)過反復(fù)的仿真,最終得到了滿意的效果。通過這次課程設(shè)計(jì),使我受益頗多,既鞏固了課堂上學(xué)到的理論知識(shí),又掌握了常用集成電路芯片的使用。在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法,學(xué)會(huì)了科學(xué)的分析實(shí)際問題。同時(shí),也培養(yǎng)了我認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)。十.參考文獻(xiàn)1童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京:高等教育出版社,2005. 2臧春華.電子線路設(shè)計(jì)與應(yīng)用M.北京:高等教育出版社,2005. 3邱關(guān)源 羅先覺.電路(
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