数字电子电路课程设计三人智力抢答器文档.pdf

数字电子课程设计 三人智力抢答器目 录 第一章：序言（3）第二章：设计任务书（3）第三章：电路组成和工作原理（4）第四章：设计步骤及方法（5）第五章：安装和调试（11）第六章：总结（13）参考文献.（13）第一章 序 言 智力竞赛抢答计时器是一名的裁判员，它的任务是从若干名竞赛者中确定出最先的抢答者，并要求参赛者在规定的时间里回答完问题。第二章 设计任务书 一、设计题目：智力竞赛抢答计时器 二、技术要求：1.设计一个三人参加的智力竞赛抢答计时器。2.当有某一参赛者首先按下抢答开关是，相应显示灯亮并伴有声响。此时，抢答器不再接收其他输入信号。3.电路具有回答问题时间控制功能。要求回答问题的时间小于100 秒（显示为 099），时间显示采用倒计时方式。当达到限定时间是，发出声响以示警告。三、给定条件及器件 1.要求电路主要选用中规模 COMS 集成电路 CC4000 系列。2.电源电压为 510v。3.本设计要求在数字电路实验箱上完成。四、设计内容 1.电路各部分的组成和工作原理。2.元器件的选取及其电路图和功能。3.电路各部分的调试方法。4.在整机电路的设计调试过程中，遇到什么问题，其原因及解决的办法。第三章 电路组成和工作原理 根据上面所说的功能要求，智力竞赛抢答计事系统的组成框图如下图所示。它主要有六部分组成：一、抢答器智力竞赛抢答器的核心。当参赛者的任意一位首先按下抢答开关事，抢答器即刻接受该信号，指使相应发光二极管亮（或音响电路发出声音），与此同时，封锁住其他参赛者显示声响电路 清 零 装 置 抢 答 器 计时、声响电路 抢答控制电路 振 荡 电 路 的输入信号。二、抢答控制器由三个开关组成。三名参赛者各控制一个，拨动开关使相应控制端的信号为高电平或低电平。三、清零装置供比赛开始前裁判远使用。它能保证比赛前触发器统一清零，避免电路的误动作和抢答过程的不公平。四、显示、声响电路比赛开始，当某一参赛者按下抢答器开关时，触发器就接受该信号，在封锁其他开关信号的同时，使该路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发出声响，以引起人们的注意。五、计时、显示、声响电路是对抢答者回答问题时间进行控制电路。若规定回答为的时间小于 100 秒（显示为 099），那么显示装置应该是一个二位数字显示的计数系统。六、振荡电路它应该提供给抢答器、计时系统和声响电路工作的控制脉冲。第四章 设计步骤及方法 下图为三人智力竞赛抢答计时系统的原理图。一、抢答控制电路 该系统有开关 A，B，C，分别有三名参赛者控制。常态时开关接地，比赛时，按下开关，使该端为高电平。为实验方便，抢答开关也可以利用实验箱上电平输出开关。拨动逻辑开关，相当于书车逻辑高低电平。二、抢答器 由有原理图看出，抢答器是由三个 D 型触发器和和非门 G1组成。它的工作原理是这样的：若参赛者 A 首先按下开关，使该端的输入信号为高电平，触发器 FA输入端 D 接受该信号是输出 Q为高电平，相应的 Q 非为低电平，这个低电平信号同时送到与非门 G1 的输入端，与非门 G1 被封锁，使触发器的控制脉冲 CP 信号由于与非门 G1 封锁而被，拘之门外，触发器 FB和 FC因为不具备 CP 脉冲信号而不接收开关 B 和 C 控制端送入的信号（其他的两种情况类同）。因此该电路只接收第一个输入的信号，即使此时其他参赛者也按下开关，但由于与非门已被封锁，信号是输入不进去的。三、清零装置 为了保证电路的正常工作，比赛开始前，裁判员都是要将各触发出发器的状态统一清零。本系统利用 D 触发器的异步复位端实现清零功能。由原理图可以看出，该 D 触发器的异步复位端为RD，低电平有效。因此，将各触发器的异步复位端统一用一开关J 控制，正常比赛时，使 RD非、SD=0 非均处于高电平，用 R D=0非功能。四、计时、显示、声响电路 计时电路采用倒计时方法，最大显示为 99 秒。当裁判员给出“请回答”指令后，开始倒计时，当计时“00”是，可驱动电路发出声响。倒计时器选用可预置数二-十进制同步可逆计数器（双时钟型）CC40192。CC40192 的外部引线排列和功能表分别见下图 1 和表 1。CC41092VDDA CR OBPECDOCB QBQACP_+CP QCQDVSS16 15 14 13 12 11 10912345678图 1 输 入CP+CP_CR1001001101011输 出ABCDabcdQAQQBCQD0000abcd加 法 计 数减 法 计 数保 持PE表1 QDQCQBQACP_CC40192(+)QDQCQBQACP_CC40192()CRD C B A CP+PEOBCR D C B A CP+PEPEPE1CP图 2图 2 是用两片 CC40192 组成的一百进制减法计数器电路。由功能表可以看出，要使电路实现倒计时（减法）功能，应使 CR=0，PE 非=1，CP+=1，CP-=CP。可用 CR 端接电平开关来控制计时器的工作与否。声响显示电路需要在两种情况下做出反应：一种是当有参赛者按下抢答开关时，相应电路的发光二极管亮，同时推动输出级的蜂鸣器发出声响；第二种情况是当裁判员给出“请回答”指令后，计时器开始倒计时，若回答问题时间到达限定的时间，蜂鸣器发出声响。显示电路由发光二极管与电阻串联而成，发光二极管正极接电源端，负极接 D 触发器的 Q 非端。当某参赛者按下开关，该触发器接受该信号使其输出 Q 端的状态为高电平，相应的 Q 非端为低电平，就有电流流过发光二极管是它发亮。计时系统的驱动显示电路选用 BCD-7 段锁存译码/驱动器 CC4511 和七段数码管组成，其工作原理可参照“数字钟”的有关内容。声响电路由两部分组成：一是由门电路组成的控制电路，二是三极管驱动电路。门控电路主要由或门组成，它的两个输入，一个来自抢答电路各触发器输出 Q 非的与非，他说明只要有一Q 非为低电平，就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣器发声；另一个来自计时系统高位计数器的借位信号 QB，它说明计时电路在 99 秒向 98 秒，97 秒，2 秒，1 秒，0 秒倒计时再向 99 秒转化时向高位借位时给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。这个高电平信号也能使蜂鸣器发声，为了保证电路的可靠工作，也可采用与非门构成的基本 RS 触发器驱动。五、振荡电路 本系统需要产生三种频率的脉冲信号，一种是频率为 1KHZ 的脉冲信号，用于声响电路；一种是频率为 500KHZ 的脉冲信号，用于触发器的 CP 信号。第三中频率为 1HZ 信号用于计时电路。以上电路可用 555 定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频得到。555 定时器构成的多谐振荡器如图 3 所示，多谐振荡器的振荡频率可由式估算。CC7555 单定时器的外部引线排列见图 4 所示。图 3R1R2CVDDu00.01uF15384726图4VDDDTHCVTRuSS12345687CC75550R式f0=1T10.69（R1+2R2）C 第五章 安装和调试 用中规模集成D触发器CC4013组成的三人智力竞赛强大计时器的逻辑电路图见图 5 所示。VDDRRRDADBDC5.1KJABCGCC4012CP（500KHz）1Q+2QVDD2RVSS2CP1CP2D1D1RCC40131QV1R1CP1DVCC4013DDDD1+CP(1KHz)Tagag.agD C BD C BACC4511CC40192CP（1HZ）QDQAQBCPD C B AD C BQDQACPagAACP=PE=1图5 CC4013 的功能表和外部引线排列分别见表 2 和图 6 所示，CC4012 的外部引线排列见图 7。一、抢答显示功能测试 按图 5 的有关部分在实验箱上连线，将开关 A，B，C，全部处于低电平。首先拨动开关 A，该端发光二极管亮，此时再拨动开关 B或 C，观察其他发光二极管的情况。VDD2Q2_Q2CP 2R 2D 2S1413 12 11 109 83124567CC4013VDD2Y 2A 2B 2C 2D14 13 12 11 1098123 4567CC40121Q 11R1CP1D_Q1S V1Y 1A 1B 1C 1D N.C VSSN.CSS图6图7 二、清零功能测试 在以上实验的基础上，将 CC4013 的所有 R 端连在一起通过开关J 控制。由表 2 可以看出，CC4013 的异步控制信号高电平有效，因此可用 R=1 实现复位功能。开关 J 可以利用实验箱上的电平开关。常态时，它处于低电平。拨动开关 J，观察二极管是否全灭。三、倒计时功能测试 按图 4 的电路在实验箱上连线，计数器的输出可接发光二极管，在 CP 作用下，观察发光二极管显示情况。通过控制 CR 端的状态，在观察发光二极管显示情况。四、声响电路功能测试 按图 5 所示的有关部分在实验箱上连线，可将与非门和反相器的输入端分别通过实验箱上的电平开关来控制状态，观察喇叭发声情况。第六章 总结 本次实验将我们所学习的理论知识与实践活动想联系，增强了我们的动手、动脑能力，从而达到学有所用，更明确目标，为以后的学习树立了信心！对自己以前所学知识的巩固和今后的学习起了举足轻重的作用。本次课程设计，更加深了我对电工电子技术的热爱，也激发了我对未知领域进军的斗志。通过本次课程设计我收获很多。认识到了自己所学的专业知识的实用性，也掌握了Protel99的操作方法。参考文献 1 阎 石.数字电子电路.北京：中央广播电视大学出版社.1992 2 康华光.电子技术基础（数字部分.北京：高等教育出版社.2000 3 任为民.数字电子电路学习和实验指导.北京：广播电视大学社.4 实用电子电路手册.北京：高等教育出版社.1992