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八 路 抢 答 器 设 计 仿 真 课 程 设 计 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-课 程 设 计 题 目 八路抢答器设计控制电路 学 院 专 业 班 级 姓 名 指导教师 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-2-课程设计任务书 题 目:八路抢答器设计控制电路 初始条件：根据自己的设计题目内容，写出已知或者已经具备的条件 要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1.完成本题目的理论设计，相关参数符号设计目的 2.对理论设计方案进行实物测试或仿真分析，并与理论结果进行对比 3.完成不少于 20 页的设计报告，详细说明理论设计过程以及测试/仿真分析结果 时间安排：7.5：理论设计 7.6 7.7：安装调试或仿真 7.8：撰写报告 7.9：答辩 指导教师签名：系主任签名：精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-2-摘 要 74 系列常用集成电路设计的八路数显抢答器的电路主要由五部分组成：数字抢答电路、译码显示电路、可预置时间的定时电路、报警电路以及秒脉冲产生电路。其中数字抢答电路包括了编码电路和锁存电路，实现了对信号编码和锁存的功能，防止二次抢答的问题；译码显示电路能将抢答到的选手编号直观地显示出来；在定时电路中，主持人可通过时间预设开关预设供抢答的时间，且系统将完成自动倒计时；报警电路则起到声报警功能，当在规定的时间内无人抢答时，系统中的蜂鸣器将发出警报声，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能；秒脉冲产生电路用于为定时电路提供一个频率为 1Hz 的标准时钟信号。该抢答器不仅具有智能化的特点，同时采用数字式显示显得很直观，使得运用范围较广且很方便。关键词：抢答器 编码 锁存 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-Abstract 74 series common integrated circuit design of the circuit responder eight-way digital consists mainly of five parts:the digital circuit,decoding display circuit vies to answer first,preset time timing circuit,alarm circuit and the second pulse circuits.Digital circuits including coding responder circuit and latch circuit,signal encoding and latch on the function,prevent secondary vies to answer first problem;Decode display circuit can be the contestant vies to answer first shown visually Numbers,In the timing circuits,host by default for the preset switch time vies to answer first the time,and the system will be the countdown,Alarm circuit does sound alarm functions,when within the prescribed time no contest,the system will send alerts,buzzer this contest null and void,host alarm functions,Second pulse circuits for timing circuit provides a standard for 1Hz frequency clock signal.This contest is not only has the characteristics of intelligent digital display appear very intuitive by using a wider range,and very convenient.Keywords:vies to answer first editor coding latch 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-目 录 课程设计任务书.-1-摘 要.-2-Abstract.-3-1.1 基于单片机 AT89S52的抢答器硬件设计.-6-1.1.1硬件部分设计原理.-6-1.1.2 软件部分设计原理.-6-1.1.3 优缺点.-6-1.2 基于 FPGA 的抢答器硬件设计.-6-1.2.1设计原理.-6-1.2.2优缺点.-7-1.3 基于 74 系列集成电路的抢答器设计.-7-1.3.1设计原理.-7-1.3.2优缺点.-8-1.4 单元电路设计.-8-1.4.1抢答电路设计.-8-1.4.2定时电路设计.-9-1.4.3报警电路设计.-10-1.4.4时序控制电路设计.-10-1.5 整体电路设计及工作原理.-11-1.6 主要参数计算.-12-2 电路的仿真.-13-2.1 抢答电路的仿真.-13-抢答电路的仿真如图 8 所示：.-13-2.2 定时电路的仿真.-13-2.3 脉冲发生电路的仿真.-14-2.4 报警电路的仿真.-16-3 性能测试数据.-17-3.1 抢答电路.-17-3.2 定时电路.-17-3.3 脉冲发生电路.-17-3.4 报警电路.-17-3.5 综合分析.-17-精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-4 主要芯片参数.-18-4.1 74LS192 引脚排列及功能表.18 4.2 74LS279 引脚排列.18 4.3 74LS48 引脚排列及功能表.18 4.4 74LS148 引脚排列及功能表.-19-4.5 555 定时器引脚排列.-20-5 心得体会.-21-阎石.数字电子计数基础.高等教育出版社，1998.-22-附录-元件清单.-23-精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-1 原理电路的设计 1.1 基于单片机 AT89S52的抢答器硬件设计 1.1.1 硬件部分设计原理 AT89S52 的各引脚功能情况为：P1 口(P1.0 P1.7)8 个引脚，P1.7 为最高位，P1.0 为最低位。在 AT89S52 不带片外存储器时，P1 口可作为通用 I/O 口使用，P1.0 P1.7 用于传送 CPU 的输入/输出数据。这时输出数据可以得到锁存，不需外接专用锁存器。输入数据可以得到缓冲，增加了数据输入的可靠性；P37 引脚外接电阻、放大管以及扬声器；RST 复位线，外接电容、电阻。使 AT89S52 处于复位工作状态；TXD：串行口数据发送；RXD：串行口数据接收；XMT1 和 XMT2外接石英晶体和微调电容，为片内振荡电路输入线，用来连接 AT89S52 片内 OSC的定时反馈网络；INT0/INT1：外部中断 0/1 输入；T/C1、T/C0:定时器/计数器 I/O 的外部输入。1.1.2 软件部分设计原理 根据本文的电路求出要显示不同路数的数字所需的编码，将它们存在一个表中待用时取出。8 路抢答输入信号由 8 个按键控制，程序一直判断是否有按键按下，若没有按键按下则循环判断；直到有按键按下后，立即把通过按键输入的信号储存起来然后对 8 路输入信号进行逐位扫描判断，最后根据扫描结果转入查表程序取数并通过数码管显示输出结果，同时发光二极管亮起,表示抢答成功。1.1.3 优缺点 使用单片机设计抢答器，成本低，易控制，但硬件设计和软件编程比较复杂，我们尚不具备此项技能。1.2 基于 FPGA 的抢答器硬件设计 1.2.1 设计原理 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-抢答器结构简图如图 1 所示：1、FPGA 最小系统电路：FPGA 正常工作时的基本电路，由时钟和复位电路组成。2、键盘输入电路：用 3 3 矩阵键盘组成 3 个组共 9 个人的抢答按钮。同时包括Start,Add,Sub 三个由主持人控制的单独按钮。3、显示模块：用移位寄存器 74HC164 驱动 4 位共阴数码管显示；数码管要显示的数据通过 74HC164 串行数据端口输入。4、报警及相关信息显示：蜂鸣器电路和 LED 灯显示相关状态信息指示电路。1.2.2 优缺点 使用 FPGA 设计抢答器使电路高度集成，运行速度快。但成本较高，编程复杂。1.3 基于 74 系列集成电路的抢答器设计 1.3.1 设计原理 总体方框图如图 2 所示：精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-图 2 抢答器原理框图 电路分为主体电路和拓展电路。主体电路完成基本强大功能，即开始抢答当选手按抢答按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路。拓展电路完成定时抢答功能。1.3.2 优缺点 该电路设计较为复杂，但原理简单，思路明确，而且价格便宜。其中所用的元件正好是我们在本学期学过的，可以让我们进一步熟悉其功能。经过综合分析，我决定使用第三种方案作为我的设计方案。1.4 单元电路设计 1.4.1 抢答电路设计 如图 3 所示为抢答电路图。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关 S 置于 清除 端时，RS触发器的 R、S 端均为 0，4 个触发器输出置 0，使 74LS148 的优先编码工作标志端精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-0，使之处于工作状态。当开关 S 置于 开始 时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下 S5），74LS148 的输出经 RS锁存后，CTR=1,RBO=1,七段显示电路 74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR 1，使 74LS148 优先编码工作标志端，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148 的 此时由于仍为 CTR 1，使优先编码工作标志端 1，所以 74LS148 仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将 S 开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。图 3 抢答电路图 1.4.2 定时电路设计 如图 4 为定时电路。该部分主要由 555 定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器 74LS192 减法计数电路、74LS48 译码电路和 2 个 7 段数码管即相关电路组成。具体电路如图 3-1 所示。两块 74LS192 实现减法计数，通过译码电路 74LS48 显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192 的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管 DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。图 4 定时电路图 1.4.3 报警电路设计 报警电路图如图 5 所示，其中 555 定时器构成多谐振荡器。其输出信号经三极管驱动扬声器。PR为控制信号，当 PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-图 5 报警电路图 1.4.4 时序控制电路设计 时序控制电路如图 6 所示。若当倒计时结束时依然无人抢答，则BO2输出低电平，封锁两个与非门，使脉冲信号不能输入，计时停止；抢答器输入使能端被封锁，无法再抢答。若有一队抢答，则 CTR输出高电平，经过非门变为低电平，封锁两个与非门，使脉冲信号不能输入，计时停止；抢答器输入使能端被封锁，无法再抢答。图 6 时序控制电路 1.5 整体电路设计及工作原理 整体电路如图 7 所示 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-图 7 整体电路图 各单元电路的工作原理以在前文讲过，此处不再赘述。整体电路分为抢答电路，定时电路，报警电路，脉冲发生电路。抢答电路完成基本的抢答功能，采用 74ls148 进行编码，74ls279 进行锁存。定时电路采用74ls192，接成减数计数。报警电路用 555 芯片接成多谐振荡器，它的控制信号为定时电路高位片的借位信号。脉冲发生电路也用 555 芯片接成多谐振荡器，频率为1HZ。1.6 主要参数计算 脉冲发生电路：HZC R R tf 1)2(7.01 11 2 1（公式1）取：151 R K 682 R K 得：1C 10 F 报警电路:KHZC R R tf 4)2(7.01 12 4 3 取：103 R K 124 R K 得：2C 10 F 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-2 电路的仿真 2.1 抢答电路的仿真 抢答电路的仿真如图 8 所示：图 8 抢答电路仿真图 此电路在仿真过程中需要注意在七段数码管和 7448 之间加上拉电阻，否则七段数码管无法显示。其他功能满足要求。开关接地时灭灯，开关打开时开始抢答。当有一队抢答后，其他队伍抢答无效，满足设计要求。2.2 定时电路的仿真 定时电路仿真图如图 9 所示：精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-图 9 定时电路仿真图 开关闭合时置数 30，开关打开时开始倒数计时，到 00 后停止，满足设计要求。电路中加入了一个非门，是为了让抢答后，计数立即停止，不会因为脉冲多计一个数。2.3 脉冲发生电路的仿真 脉冲发生电路仿真图如图 10 所示：U14A B C D E F GCKU157448NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14LT3RBI5BI/RBO4R19560R20560R21560R22560R23560R24560R25560U16A B C D E F GCKU177448NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14LT3RBI5BI/RBO4R26560R27560R28560R29560R30560R31560R32560U1874LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U1974LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14VCC5V7536 35 34 3332 31 30 2928 27 26 25 24 23 2221 20 19 18 17 16 1514 13 12 11 10 9 87 6 5 4 3 2 1XFG1R110kVCCJ2Key=A 390U21A74LS00D37U1A74LS00D3840410精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-图 10 脉冲发生电路仿真图 为了便于仿真，我将电阻的参数改小，以便让仿真软件能够仿真出波形，波形图如图 11 所示：精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-图 11 仿真波形 2.4 报警电路的仿真 报警电路的仿真如图 12 所示：图 12 报警电路仿真图 图中 4 号端可以控制报警电路的开关，条形管显示报警声的大小。精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-3 性能测试数据 3.1 抢答电路 主持人开关接地时灭灯，开关打开时可以抢答。第一个队伍抢答后，其余队伍抢答无效。3.2 定时电路 开关闭合时置数 30，开关打开时开始倒数计时，到 00 后停止。3.3 脉冲发生电路 能产生频率为 1HZ的方波。3.4 报警电路 当计时停止时，能产生频率为 4KHZ 的报警声，并能被主持人的开关控制。3.5 综合分析 电路基本上能满足要求，此次设计成功。但此电路只是在仿真上成功，在实际制作时可能还会遇到其他问题，需要进一步解决。精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-4 主要芯片参数 4.1 74LS192 引脚排列及功能表 图 4-3 74LS192 引脚排列 图 13 表 1 4.2 74LS279 引脚排列 图 14 4.3 74LS48 引脚排列及功能表 CR LD CPU CPD 功能 1 x x x 清零 0 1 x x 置数 0 1 1 1 加计数器 0 1 1 1 减计数器 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-图 15 表 4-2 74LS148 功能表 表 2 4.4 74LS148 引脚排列及功能表 图 17 I4 1 I5 2 I6 3 I7 4 S(E)5 Y2 6 Y1 7 GND 8 74LS148 Y0 9 I0 10 I1 11 I2 12 I3 13 YES 14 YS 15 VCC 16 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-表 3 4.5 555 定时器引脚排列 图 18 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-5 心得体会 本次的课程设计，是对所学的数电知识的一次综合应用，既考验了我的知识掌握程度，也锻炼了我的动手动脑能力。设计中，我时常会遇到一些问题，经过查阅资料,请教一些学长，都一一解决，在此过程中我学会了许多新知识，对数电课程的学习也更有兴趣。虽然此次课程设计花费了一番功夫，但却使我收获了许多。无论是对设计方法的掌握，还是对仿真软件的学习，都有了一定得提高，同时，此次课程设计也让我发现了自身存在的一些知识漏洞和动手能力的缺乏。今后，我将更加努力学习数电课程，进一步提高自己。精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-6 参考文献 谢自美.电子线路设计实验测试第三版.华中科技大学出版社，2005 寇戈等.模拟电路与数字电路.电子工业出版社，2004 阎石.数字电子计数基础.高等教育出版社，1998 孙梅生.电子技术基础课程设计.高等教育出版社，2005 精品好文档，推荐学习交流 仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除 谢谢-23-附录-元件清单 蜂鸣器 1 4HZ开关 91三极管 1 2N2222100F10nF 1100pf 2111电容 112K15K68K10F1K 810K 274ls55 2电阻 560 2374ls48 274ls192 274ls0874ls1021174ls148 174ls0074ls279 1元件名称 参数 个数74ls48 1
