數字電子電路課程設計---三人智力搶答器

1、<p><b>　　數字電子課程設計</b></p><p>　　系 別：電氣工程</p><p>　　專 業(yè)：電氣工程及其自動化</p><p>　　班 級：2002級5班</p><p><b>　　姓 名： </b></p><p>&

2、lt;b>　　指導老師：</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　第一章：序言……………………………………… （3）</p><p>　　第二章：設計任務書……………………………… （3）</p><p>　　第三章：電路組成和工作原理…………………… （4）&l

3、t;/p><p>　　第四章：設計步驟及方法………………………… （5）</p><p>　　第五章：安裝和調試……………………………… （11）</p><p>　　第六章：總結……………………………………… （13）</p><p>　　參考文獻.................................................

4、.......... （13）</p><p><b>　　第一章 序 言</b></p><p>　　智力競賽搶答計時器是一名的裁判員，它的任務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)定的時間里回答完問題。</p><p>　　第二章 設計任務書</p><p>　　一、設計題目：智力競賽搶答計

5、時器</p><p><b>　　二、技術要求：</b></p><p>　　1.設計一個三人參加的智力競賽搶答計時器。</p><p>　　2.當有某一參賽者首先按下搶答開關是，相應顯示燈亮并伴有聲響。此時，搶答器不再接收其他輸入信號。</p><p>　　3.電路具有回答問題時間控制功能。要求回答問題的時間小于100

6、秒（顯示為0~99），時間顯示采用倒計時方式。當達到限定時間是，發(fā)出聲響以示警告。</p><p><b>　　三、給定條件及器件</b></p><p>　　1.要求電路主要選用中規(guī)模COMS集成電路CC4000系列。</p><p>　　2.電源電壓為5~10v。</p><p>　　3.本設計要求在數字電路實驗箱上

7、完成。</p><p><b>　　四、設計內容</b></p><p>　　1.電路各部分的組成和工作原理。</p><p>　　2.元器件的選取及其電路圖和功能。</p><p>　　3.電路各部分的調試方法。</p><p>　　4.在整機電路的設計調試過程中，遇到什么問題，其原因及解決的辦

8、法。</p><p>　　第三章 電路組成和工作原理</p><p>　　根據上面所說的功能要求，智力競賽搶答計事系統的組成框圖如下圖所示。它主要有六部分組成：</p><p>　　一、搶答器——智力競賽搶答器的核心。當參賽者的任意一位首先按下搶答開關事，搶答器即刻接受該信號，指使相應發(fā)光二極管亮（或音響電路發(fā)出聲音），與此同時，封鎖住其他參賽者的輸入信號。<

9、/p><p>　　二、搶答控制器——由三個開關組成。三名參賽者各控制一個，撥動開關使相應控制端的信號為高電平或低電平。</p><p>　　三、清零裝置——供比賽開始前裁判遠使用。它能保證比賽前觸發(fā)器統一清零，避免電路的誤動作和搶答過程的不公平。</p><p>　　四、顯示、聲響電路——比賽開始，當某一參賽者按下搶答器開關時，觸發(fā)器就接受該信號，在封鎖其他開關信號的同

10、時，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。</p><p>　　五、計時、顯示、聲響電路——是對搶答者回答問題時間進行控制電路。若規(guī)定回答為的時間小于100秒（顯示為0~99），那么顯示裝置應該是一個二位數字顯示的計數系統。</p><p>　　六、振蕩電路——它應該提供給搶答器、計時系統和聲響電路工作的控制脈沖。</p><p>　　第四章

11、 設計步驟及方法</p><p>　　下圖為三人智力競賽搶答計時系統的原理圖。</p><p><b>　　一、搶答控制電路</b></p><p>　　該系統有開關A，B，C，分別有三名參賽者控制。常態(tài)時開關接地，比賽時，按下開關，使該端為高電平。為實驗方便，搶答開關也可以利用實驗箱上電平輸出開關。撥動邏輯開關，相當于書車邏輯高低電平。 &l

12、t;/p><p><b>　　二、搶答器</b></p><p>　　由有原理圖看出，搶答器是由三個D型觸發(fā)器和和非門G1組成。它的工作原理是這樣的：若參賽者A首先按下開關，使該端的輸入信號為高電平，觸發(fā)器FA輸入端D接受該信號是輸出Q為高電平，相應的Q非為低電平，這個低電平信號同時送到與非門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

13、，拘之門外，觸發(fā)器FB和FC因為不具備CP脈沖信號而不接收開關B和C控制端送入的信號（其他的兩種情況類同）。因此該電路只接收第一個輸入的信號，即使此時其他參賽者也按下開關，但由于與非門已被封鎖，信號是輸入不進去的。</p><p><b>　　三、清零裝置</b></p><p>　　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)統一清零。本系統

14、利用D觸發(fā)器的異步復位端實現清零功能。由原理圖可以看出，該D觸發(fā)器的異步復位端為RD，低電平有效。因此，將各觸發(fā)器的異步復位端統一用一開關J控制，正常比賽時，使RD非、SD=0 非均處于高電平，用R D=0非功能。</p><p>　　四、計時、顯示、聲響電路</p><p>　　計時電路采用倒計時方法，最大顯示為99秒。當裁判員給出“請回答”指令后，開始倒計時，當計時“00”是，可驅動電

15、路發(fā)出聲響。倒計時器選用可預置數二-十進制同步可逆計數器（雙時鐘型）CC40192。CC40192的外部引線排列和功能表分別見下圖1和表1。</p><p>　　圖2是用兩片CC40192組成的一百進制減法計數器電路。</p><p>　　由功能表可以看出，要使電路實現倒計時（減法）功能，應使CR=0，PE非=1，CP+=1，CP-=CP?？捎肅R端接電平開關來控制計時器的工作與否。<

16、;/p><p>　　聲響顯示電路需要在兩種情況下做出反應：一種是當有參賽者按下搶答開關時，相應電路的發(fā)光二極管亮，同時推動輸出級的蜂鳴器發(fā)出聲響；第二種情況是當裁判員給出“請回答”指令后，計時器開始倒計時，若回答問題時間到達限定的時間，蜂鳴器發(fā)出聲響。</p><p>　　顯示電路由發(fā)光二極管與電阻串聯而成，發(fā)光二極管正極接電源端，負極接D觸發(fā)器的Q非端。當某參賽者按下開關，該觸發(fā)器接受該信號

17、使其輸出Q端的狀態(tài)為高電平，相應的Q非端為低電平，就有電流流過發(fā)光二極管是它發(fā)亮。計時系統的驅動顯示電路選用BCD-7段鎖存譯碼/驅動器CC4511和七段數碼管組成，其工作原理可參照“數字鐘”的有關內容。</p><p>　　聲響電路由兩部分組成：一是由門電路組成的控制電路，二是三極管驅動電路。門控電路主要由或門組成，它的兩個輸入，一個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

18、出為高電平通過或門電路驅動蜂鳴器發(fā)聲；另一個來自計時系統高位計數器的借位信號QB，它說明計時電路在99秒向98秒，97秒，……2秒，1秒，0秒倒計時再向99秒轉化時向高位借位時給出一個負脈沖經反相器得到一個高電平。這個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，也可采用與非門構成的基本RS觸發(fā)器驅動。</p><p><b>　　五、振蕩電路</b></p><p

19、>　　本系統需要產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信號用于計時電路。以上電路可用555定時器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經過分頻得到。555定時器構成的多諧振蕩器如圖3所示，多諧振蕩器的振蕩頻率可由式⑴估算。CC7555單定時器的外部引線排列見圖4所示。</p><p><b>　　

20、第五章 安裝和調試</b></p><p>　　用中規(guī)模集成D觸發(fā)器CC4013組成的三人智力競賽強大計時器的邏輯電路圖見圖5所示。</p><p>　　CC4013的功能表和外部引線排列分別見表2和圖6所示，CC4012的外部引線排列見圖7。</p><p>　　一、搶答顯示功能測試</p><p>　　按圖5的有關部分在實驗箱

21、上連線，將開關A，B，C，全部處于低電平。首先撥動開關A，該端發(fā)光二極管亮，此時再撥動開關B或C，觀察其他發(fā)光二極管的情況。</p><p><b>　　二、清零功能測試</b></p><p>　　在以上實驗的基礎上，將CC4013的所有R端連在一起通過開關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實現復位功能。開關J可以利用實驗箱

22、上的電平開關。常態(tài)時，它處于低電平。撥動開關J，觀察二極管是否全滅。</p><p><b>　　三、倒計時功能測試</b></p><p>　　按圖4的電路在實驗箱上連線，計數器的輸出可接發(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。</p><p>　　四、聲響電路功能測試</p&g

23、t;<p>　　按圖5所示的有關部分在實驗箱上連線，可將與非門和反相器的輸入端分別通過實驗箱上的電平開關來控制狀態(tài)，觀察喇叭發(fā)聲情況。</p><p><b>　　第六章 總結</b></p><p>　　本次實驗將我們所學習的理論知識與實踐活動想聯系，增強了我們的動手、動腦能力，從而達到學有所用，更明確目標，為以后的學習樹立了信心！對自己以前所學知識

24、的鞏固和今后的學習起了舉足輕重的作用。本次課程設計，更加深了我對電工電子技術的熱愛，也激發(fā)了我對未知領域進軍的斗志。通過本次課程設計我收獲很多。認識到了自己所學的專業(yè)知識的實用性，也掌握了Protel99的操作方法。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 閻 石. 數字電子電路. 北京：中央廣播電視大學出版社. 1992<