數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)-智力競賽搶答計(jì)時(shí)器

目錄概述—————————————————————2設(shè)計(jì)任務(wù)書——————————————————2電路的組成及工作原理—————————————3設(shè)計(jì)步驟及方法————————————————4安裝與調(diào)試——————————————————8元件明細(xì)表——————————————————10體會—————————————————————10參考文獻(xiàn)———————————————————11概述智力競賽搶答計(jì)時(shí)器是一名計(jì)時(shí)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(shí)間內(nèi)回答完問題。設(shè)計(jì)任務(wù)書一、設(shè)計(jì)題目：智力競賽搶答計(jì)時(shí)器二、技術(shù)要求：1.設(shè)計(jì)一個(gè)三人參加的智力競賽搶答計(jì)時(shí)器。2.當(dāng)有某一參賽者首先按下?lián)尨痖_關(guān)時(shí)，相應(yīng)顯示燈亮并伴有聲響。此時(shí)，搶答器不再接收其他輸入信號。3.電路具有控制回答問題時(shí)間的功能。要求回答問題的時(shí)間小于100秒（顯示為0~99），時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)的方式。當(dāng)達(dá)到限定時(shí)間是，發(fā)出聲響以示警告。三、給定條件及元器件：1.要求電路主要選用中規(guī)模CMOS集成電路CC4000系列。2.電源電壓為5~10V。3.本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上完成。四、設(shè)計(jì)內(nèi)容：1.電路各部分的組成和工作原理。2.元器件的選取及其電路圖和功能。電路各部分的調(diào)試方法。在整機(jī)電路的設(shè)計(jì)調(diào)試過程中，遇到什么問題，起原因及解決辦法。電路的組成及工作原理根據(jù)上面所說的功能要求，智力競賽搶答計(jì)事系統(tǒng)的組成框圖如下圖所示。它主要有六部分組成：顯示、聲響電路顯示、聲響電路計(jì)時(shí)、顯示聲響電路清零裝置搶答器計(jì)時(shí)、顯示聲響電路清零裝置搶答器振蕩電路搶答控制電路振蕩電路搶答控制電路圖1智力競賽搶答計(jì)時(shí)器系統(tǒng)組成框圖搶答器——是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)時(shí)，搶答器即刻接受該信號，指使相應(yīng)發(fā)光極管亮（或音響電路發(fā)出聲音），與此同時(shí)，封鎖住其他參賽者的輸入信號。搶答控制電路——由三個(gè)開關(guān)組成。三名參賽者各控制一個(gè)，撥動(dòng)開關(guān)使相應(yīng)控制端的信號為高電平或低電平。三、清零裝置——供比賽開始前裁判員使用。它能保證比賽前觸發(fā)器統(tǒng)一清零，避免電路的誤動(dòng)作和搶答過程的不公平。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(shí)，觸發(fā)器接受該信號，在封鎖其他搶答信號的同時(shí)，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。五、計(jì)時(shí)、顯示、聲響電路——是對搶答者回答問題時(shí)間進(jìn)行控制電路。若規(guī)定回答為的時(shí)間小于100秒（顯示為0~99），那么顯示裝置應(yīng)該是一個(gè)二位數(shù)字顯示的計(jì)數(shù)系統(tǒng)。六、振蕩電路——它應(yīng)該提供給搶答器、計(jì)時(shí)系統(tǒng)和聲響電路工作的控制脈沖。設(shè)計(jì)步驟及方法下圖為三人智力競賽搶答計(jì)時(shí)系統(tǒng)的原理圖：搶答控制電路該系統(tǒng)由開關(guān)A，B，C組成，分別由三名參賽者控制。常時(shí)態(tài)時(shí)開關(guān)接地，比賽時(shí)，按下開關(guān)使該端為高電平。為試驗(yàn)方便，搶答開關(guān)也可利用試驗(yàn)箱上電平輸出開關(guān)。撥動(dòng)邏輯開關(guān)，相當(dāng)于輸出高電平。二、搶答器由上圖看出，搶答器是由三個(gè)D型觸發(fā)器和與非門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的輸入端D接收該信號使輸出Q為高電平，相應(yīng)的Q為高電平，相應(yīng)的Q非為低電平，這個(gè)低電平信號同時(shí)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封鎖而被拒之門外，觸發(fā)器FB和FC因?yàn)椴痪邆銫P脈沖信號而不接收開關(guān)B和C控制端送入的信號（其他兩種情況類同）。因此該電路只接收第一個(gè)輸入信號，即使此時(shí)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。三、清零裝置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)利用D觸發(fā)器的異步復(fù)位端實(shí)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CR，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(shí)，使CR、PE均處于高電平，用CR=0實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。四、計(jì)時(shí)、顯示、聲響電路計(jì)時(shí)電路采用倒計(jì)時(shí)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(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)“00”是，可驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出聲響。倒計(jì)時(shí)器選用可預(yù)置數(shù)二-十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘型）CC40192。CC40192的引腳圖和功能表分別見下圖1和表1。圖2是用兩片74LS192組成的一百進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器電路。由功能表可以看出，要使電路實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)（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(jì)時(shí)器的工作與否。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(shí)，相應(yīng)電路的發(fā)光二極管亮，同時(shí)推動(dòng)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(jì)時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，若回答問題時(shí)間到達(dá)限定的時(shí)間，蜂鳴器發(fā)出聲響。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(jì)時(shí)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)顯示電路選用BCD-7段鎖存譯碼器7448和共陰極七段數(shù)碼管顯示器BS201組成。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(dòng)電路。門控電路主要由或門組成，它的兩個(gè)輸入，一個(gè)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，就使該與非門輸出為高電平通過或門電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴發(fā)生器；另一個(gè)來自計(jì)時(shí)系統(tǒng)高位計(jì)數(shù)器的借位信號QB，它說明計(jì)時(shí)電路在99秒向98秒，97秒，……2秒，1秒，0秒倒計(jì)時(shí)再向99秒轉(zhuǎn)化時(shí)向高位借位時(shí)給出一個(gè)負(fù)脈沖經(jīng)反相器得到一個(gè)高電平。這個(gè)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(dòng)。五、振蕩電路本系統(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(jì)時(shí)電路。以上電路可用555定時(shí)器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過分頻得到。安裝與調(diào)試用中規(guī)模集成D觸發(fā)器CC4013組成的三人智力競賽強(qiáng)大計(jì)時(shí)器的邏輯電路圖見圖5所示。CC4013的功能表和外部引線排列分別見表2和圖6所示CC4013的外部引線排列見圖7。一、搶答顯示功能測試按圖5的有關(guān)部分在實(shí)驗(yàn)箱上連線，將開關(guān)A，B，C，全部處于低電平。首先撥動(dòng)開關(guān)A，該端發(fā)光二極管亮，此時(shí)再撥動(dòng)開關(guān)B或C，觀察其他發(fā)光二極管的情況。二、清零功能測試在以上實(shí)驗(yàn)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(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。開關(guān)J可以利用實(shí)驗(yàn)箱上的電平開關(guān)。常態(tài)時(shí)，它處于低電平。撥動(dòng)開關(guān)J，觀察二極管是否全滅。三、倒計(jì)時(shí)功能測試按圖4的電路在實(shí)驗(yàn)箱上連線，計(jì)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。四、聲響電路功能測試按圖5的有關(guān)部分在實(shí)驗(yàn)上連線，可將與費(fèi)門可反向器的輸入端分別通過實(shí)驗(yàn)箱上的電平開關(guān)來控制狀態(tài)，觀察喇叭發(fā)聲情況。元件明細(xì)表74LS175四D觸發(fā)器1個(gè)74LS192同步十進(jìn)制雙時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)器2個(gè)74LS20雙4輸入與非門2個(gè)74LS32四2輸入或門1個(gè)74LS08四2輸入與門1個(gè)發(fā)光二級管3個(gè)BCD-七段顯示譯碼器74482個(gè)共陰極七段數(shù)碼管顯示器BS2012個(gè)開關(guān)3個(gè)三極管1個(gè)蜂鳴器1個(gè)5~10V電源體會通過這次的課程設(shè)計(jì)，使我對數(shù)字電路有了更深入的了