三路搶答器的設(shè)計(jì)

課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程名稱：數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)及應(yīng)用 題目：三路搶答器的設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：專業(yè)：信息顯示與光電技術(shù)班級(jí)：11090401學(xué)號(hào)：指導(dǎo)教師：日期：2012年6月24日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)題目三路搶答器的設(shè)計(jì)二、主要內(nèi)容及要求要求實(shí)現(xiàn)邏輯功能：1?搶答器同時(shí)供3名選手或3個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用3個(gè)按鈕S1~S3表示。2?設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān)SO,該開(kāi)關(guān)由主持人控制。搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示,同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出音樂(lè)提示。先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。下一答題環(huán)節(jié)，主持人按下復(fù)位鍵，搶答器再次處于可搶答狀態(tài)。三、進(jìn)度安排6月14日選題,確定設(shè)計(jì)內(nèi)容；6月15日設(shè)計(jì)電路,實(shí)現(xiàn)相應(yīng)邏輯功能6月24日導(dǎo)師指導(dǎo)并答辯；6月26日提交紙質(zhì)設(shè)計(jì)論文。四、總評(píng)成績(jī)目錄―、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 二、方案設(shè)計(jì)與論證.4.1、分解任務(wù)要求.4.\o"CurrentDocument"2、主要單元電路 5\o"CurrentDocument"2.1二輸入4與非門(mén)74LS00 5\o"CurrentDocument"2.2三輸入3與非門(mén)74LS10 6\o"CurrentDocument"四D觸發(fā)器74LS175 7.\o"CurrentDocument"555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 8\o"CurrentDocument"2.5搶答器按鍵部分 1.0.\o"CurrentDocument"2.6搶答器指示及發(fā)聲部分 1.03、主電路設(shè)計(jì) 三、仿真調(diào)試與分析 四、結(jié)論與心得.1.3五、參考文獻(xiàn).1.3三路搶答器的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求主持人能通過(guò)復(fù)位鍵將搶答器置于重新?lián)尨馉顟B(tài)。選手按下?lián)尨鹌鳎O管發(fā)光，揚(yáng)聲器響起。最先按下?lián)尨鹌鞯耐瑫r(shí)通過(guò)與非門(mén)電路將搶答信號(hào)反饋回來(lái)，鎖住搶答器主體，獲得答題權(quán)。下一答題環(huán)節(jié)，主持人按下復(fù)位鍵，搶答器再次處于可搶答狀態(tài)。二、方案設(shè)計(jì)與論證1、分解任務(wù)要求二輸入4與非門(mén)74LS00三輸入3與非門(mén)74LS10四D觸發(fā)器74LS175555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器搶答器按鍵部分搶答器指示部分

2、主要單元電路2.1二輸入4與非門(mén)74LS0074LS00有外部14個(gè)管腳，內(nèi)部由四個(gè)二輸入與非門(mén)電路構(gòu)成?，F(xiàn)取其中一個(gè)列其功能表：表2-1二輸入與非門(mén)功能表Y=表2-1二輸入與非門(mén)功能表Y=AB2.2三輸入3與非門(mén)74LS10圖2-2三輸入3與非門(mén)74LS00的內(nèi)部邏輯圖74LS10有外部14個(gè)管腳，內(nèi)部由三個(gè)三輸入與非門(mén)電路構(gòu)成?，F(xiàn)取其中一個(gè)列其功能表：Y=ABC表2-2三輸入與非門(mén)功能表輸A00001111B00110011入C01010101輸出Y1111111002?3四D觸發(fā)器74LS175VccQ3^3D3Dg至Q?CP詞而冋冋冋冋而|Tl||2||3||4||5||6| |了||8MRQoUoDoDi?QnGND圖2-374LS175引腳圖圖2-4四D觸發(fā)器邏輯圖四D觸發(fā)器，顧名思義，是由四個(gè)觸發(fā)器構(gòu)成，并且這四個(gè)觸發(fā)器為上升沿觸發(fā)，其功能表為：表2-3四D觸發(fā)器74LS175的功能表輸入輸出RdCPDiD2D3D4Q1Q2Q3Q4LXXXXXLLLLHDiD2D3D4DiD2D3D4HHXXXX保持HLXXXX保持2.4555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器2.4.1555定時(shí)器555定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器因此集成555定時(shí)被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制等方面。555定時(shí)器的內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電管T及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC/3和2VCC/3。2.4.2555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器555定時(shí)器是一種模擬電路和數(shù)字電路相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，它性能優(yōu)良，適用范圍很廣，外部加接少量的阻容元件可以很方便地組成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多諧振蕩器，以及不需外接元件就可組成施密特觸發(fā)器。因此集成555定時(shí)被廣泛應(yīng)用于脈沖波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制等方面。用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器如圖3.4.2所示。接通電源后，電容C被充電，當(dāng)vc上升到2VCC/3錯(cuò)誤！未找到引用源。時(shí)，使vo為低電平，同時(shí)放電三極管TD導(dǎo)通，此時(shí)電容C通過(guò)R2和TD放電，vc下降到VCC/3時(shí)，vo翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C放電所需時(shí)間為：t二RCln2Q0.7RCpL22當(dāng)放電結(jié)束時(shí)，TD截止，Vcc將通過(guò)Rl、R2向電容充電，vc由VCC/3錯(cuò)誤！未找到引用源。上升到2VCC/3所需的時(shí)間為：t=(R+R)Cln2o0.7(R1+R2)CpHl2當(dāng)vc上升到2VCC/3錯(cuò)誤！未找到引用源。時(shí)，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此循環(huán)往復(fù)，在輸出端得到一個(gè)周期性的矩形波。其振蕩頻率為：f=1/(t+t)Q1.43/[(R+R)C]pL pH l2其振蕩周期為:T=1/f(=R+R)C/1.4312由于555定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度較高，而且采用差分電路形式，用555定時(shí)器組成的多諧振蕩器的振蕩頻率受電源電壓和溫度變化的影響較小。a)(b)圖2-6555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路及工作波形

(a)電路圖(b)工作波形

2.5搶答器按鍵部分在本電路中，需要三位選手各一個(gè)搶答按鍵和主持人一個(gè)復(fù)位按鍵?？紤]到

搶答器實(shí)際需要，在此不采用單刀雙擲開(kāi)關(guān)，因?yàn)閱蔚峨p擲開(kāi)關(guān)在選手搶答之后

需要手動(dòng)扳回，增加了操作的復(fù)雜性。所以選用可復(fù)位按鍵，以減少操作流程。（a）（b）圖2-7搶答器按鍵部分（a）搶答部分（b）復(fù)位鍵如圖（a）所示，選手按鍵區(qū)，在常態(tài)下，SI、S2、S3處于斷開(kāi)狀態(tài)，輸出端接地處于低電平。當(dāng)按鍵按下去時(shí)接通電源，由于電阻R7、R8、R9的作用，輸出端會(huì)輸出高電平。松開(kāi)按鍵，輸出端再次變?yōu)榈碗娖健D（b）,常態(tài)下Rd端通過(guò)電阻R6接通5V電源，從而接收到高電平。當(dāng)按下S0鍵，Rd端直接接地,變?yōu)榈碗娖叫盘?hào)。松開(kāi)SO,Rd再次變?yōu)楦唠娖健?.6搶答器指示及發(fā)聲部分圖2-8搶答器指示及發(fā)聲部分R5R4圖2-8搶答器指示及發(fā)聲部分R5R41K1KR1120K搶答器指示部分主要有指示燈顯示對(duì)應(yīng)的作出搶答的選手，和發(fā)聲部分。其中指示燈選取三個(gè)發(fā)光二極管接在相應(yīng)的電路中，發(fā)聲功能則選取一個(gè)揚(yáng)聲器來(lái)完成。鑒于74LS175輸出電壓較小，并且通過(guò)電阻和二極管的管壓降效應(yīng)，導(dǎo)致?lián)P聲器的電壓更小，從而無(wú)法驅(qū)動(dòng)負(fù)載。所以在揚(yáng)聲器的發(fā)生部分加上一個(gè)三極管放大電路，保證揚(yáng)聲器能夠正常工作。3、主電路設(shè)計(jì)SIS2S310-+5DOd1.Kso&!R1120KRIOIKD3D2DIR5IKR3IKR8HR9IKIJ1K二勺SIS2S310-+5DOd1.Kso&!R1120KRIOIKD3D2DIR5IKR3IKR8HR9IKIJ1K二勺OuFGND￡J.OluFR15.1KPR25.1KP74LS175■b||lOOuFDISOjhOUTDQthr，TRIGCVOLTNE555PC三、仿真調(diào)試與分析

R7C3R6R5R4ARlAU22DOvccAD2D33r?DCC26爭(zhēng)3QOQOQIqT□2Q2Q3Q3R9R1aTRSTHR8ZEyTBO^T4LSO]-=TEK13-刖EAKERyTE：6R31kR7C3R6R5R4ARlAU22DOvccAD2D33r?DCC26爭(zhēng)3QOQOQIqT□2Q2Q3Q3R9R1aTRSTHR8ZEyTBO^T4LSO]-=TEK13-刖EAKERyTE：6R31kyTEO>U3:Avcc74S175vTE：eirmF1/Q1UPS6521-=TE>：T-1EEIF-=TEK13-NE555 9LKMRU3:BTiLaUvccU4:A7iLS12yTE<T>搶答前，DI、D2、D3和QI、Q2、Q3均處于低電平狀態(tài)，Q1、Q2、Q3處于高電平狀態(tài)，所以三者通過(guò)一個(gè)三輸入與非門(mén)，再經(jīng)過(guò)一個(gè)二輸入與非門(mén)之后處于高電平狀態(tài)，這個(gè)高電平和多諧振蕩器通過(guò)一個(gè)開(kāi)始搶答時(shí)，按下?lián)尨疰IS1,此時(shí)四D觸發(fā)器D1接收到一個(gè)高電平信號(hào)，和多諧振蕩器匯合通過(guò)一個(gè)與非門(mén)之后，仍然為高低電平的振蕩波形，并輸送至74LS175的CP端。搶答開(kāi)始時(shí)，按下S1鍵，此時(shí)74LS175的D1端接收到一個(gè)高電平信號(hào)，D1、D2、D3狀態(tài)為H、L、L，經(jīng)CP端觸發(fā)Q1、Q2、Q3狀態(tài)也為H、L、L，Q1將高電平信號(hào)輸送至相應(yīng)的指示燈（二極管），指示燈亮，揚(yáng)聲器發(fā)聲；此時(shí)，Q1、Q2、Q3狀態(tài)為L(zhǎng)、H、H,經(jīng)過(guò)兩個(gè)與非門(mén)得到低電平，與多諧振蕩器匯合通過(guò)一個(gè)與非門(mén)得到一個(gè)持續(xù)的高電平，并輸送至74LS175的CP端，當(dāng)CP端不再變化時(shí),四D觸發(fā)器74LS175處于保持狀態(tài)，S2與S3再按下時(shí)，四D觸發(fā)器不再響應(yīng)。搶答結(jié)束，主持人按下復(fù)位鍵S0，四D觸發(fā)器RD端接收到低電平信號(hào)，74LS175清零。松開(kāi)按鍵SO,RD端接收到高電平信號(hào)，搶答器復(fù)位至搶答前的狀態(tài)，可以進(jìn)入下一搶答環(huán)節(jié)。四、結(jié)論與心得通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，是我的能力有了一定程度的提高，并且在數(shù)字邏輯電路技術(shù)和理論基礎(chǔ)上有了更深的了解。通過(guò)在設(shè)計(jì)過(guò)程中的發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題，增長(zhǎng)了許多寶貴經(jīng)驗(yàn)。鞏固了本學(xué)期學(xué)的數(shù)字電路知識(shí)。通過(guò)設(shè)計(jì)這個(gè)簡(jiǎn)易三路搶答器，對(duì)邏輯電路有了更近一步的了解。通過(guò)查閱文獻(xiàn)資料，提高了文件檢索和查找數(shù)據(jù)手冊(cè)的能力。通過(guò)畫(huà)原理圖，復(fù)習(xí)了Protel軟件的使用。同時(shí)又發(fā)現(xiàn)自己的許多不足之處，一些