四路數(shù)字搶答器數(shù)電課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)成果說(shuō)明書(shū)題 目： 四路數(shù)字搶答器設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： * 學(xué) 號(hào)： * 院 系： 船舶與海洋工程學(xué)院 班 級(jí)： A14電氣1班 指導(dǎo)教師： 沈曉群 浙江海洋學(xué)院教務(wù)處年月9日目 錄論文封面1目錄21、 摘要32、 總體方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)33、 單元電路的設(shè)計(jì)4 3.1、倒計(jì)時(shí)模塊43.2、脈沖產(chǎn)生模塊53.3、搶答模塊63.4、小燈模塊74、 四路數(shù)字搶答器總電路圖85、 元件清單86、 設(shè)計(jì)心得與體會(huì)97、 參考文獻(xiàn)91、 摘要很多智力競(jìng)賽等的電視節(jié)目常常會(huì)用到搶答器來(lái)判斷哪支參賽隊(duì)伍搶先獲得回答機(jī)會(huì)，從而引發(fā)眾多節(jié)目效果。而本次課程設(shè)計(jì)，便是以此為原型設(shè)計(jì)四路數(shù)字搶答器。由主持人（HO

2、ST）控制搶答開(kāi)始與重置復(fù)位按鈕，而四支參賽選手（TEAM）分別控制其一個(gè)按鈕在搶答開(kāi)始后進(jìn)行搶答。整個(gè)設(shè)計(jì)電路通過(guò)倒計(jì)時(shí)模塊，脈沖產(chǎn)生模塊，搶答模塊，以及小燈模塊組成，倒計(jì)時(shí)模塊核心芯片為74HC190同步BCD碼可逆計(jì)數(shù)器，使用兩塊74HC190來(lái)實(shí)現(xiàn)兩位倒計(jì)時(shí)，再?gòu)臄?shù)碼管顯示。脈沖產(chǎn)生模塊利用555定時(shí)器產(chǎn)生穩(wěn)定需要脈沖。搶答模塊通過(guò)74HC175四輸入D觸發(fā)器以及一系列門(mén)電路實(shí)現(xiàn)搶答控制。2、 總體方案的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)四路數(shù)字搶答器由四個(gè)基本模塊組成：倒計(jì)時(shí)模塊、脈沖產(chǎn)生模塊、搶答模塊和小燈模塊。其原理框圖如下：由原理框圖：首先開(kāi)始搶答時(shí)，主持人必須先將開(kāi)始/復(fù)位開(kāi)關(guān)打到開(kāi)始處，且同時(shí)保證

3、選手搶答開(kāi)關(guān)未按下。然后由555定時(shí)器組成的脈沖產(chǎn)生模塊電路為倒計(jì)時(shí)模塊電路提供穩(wěn)定的1Hz頻率的方波脈沖信號(hào)，開(kāi)始倒計(jì)時(shí)時(shí)，由預(yù)置的20s開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，兩片74HC190計(jì)數(shù)器開(kāi)始工作，并輸出相應(yīng)數(shù)碼信號(hào)至兩個(gè)4位數(shù)碼管顯示。在此時(shí)間內(nèi)，選手可按搶答開(kāi)關(guān)搶答，此時(shí)控制小燈綠燈亮紅燈滅。選手搶答最先按下開(kāi)關(guān)，將送入鎖存器一個(gè)高電平信號(hào)，再通過(guò)眾多門(mén)電路編碼轉(zhuǎn)換，并且反饋鎖存信號(hào)，送入4位數(shù)碼管顯示搶答的組號(hào)（）（無(wú)人搶答時(shí)顯示為0），同時(shí)送入一個(gè)電平信號(hào)至倒計(jì)時(shí)模塊中斷倒計(jì)時(shí)，再送入小燈模塊信號(hào)使綠燈滅紅燈亮；若無(wú)人搶答，倒計(jì)時(shí)為零時(shí)由計(jì)數(shù)器借位端輸出電平信號(hào)返回控制計(jì)數(shù)器使能端中斷計(jì)數(shù)，并輸入

4、小燈模塊，是紅燈亮綠燈亮。當(dāng)顯示綠燈滅紅燈亮，搶答有效，倒計(jì)時(shí)模塊顯示剩余時(shí)間，搶答模塊顯示搶答組號(hào)。直至主持人將開(kāi)始/復(fù)位開(kāi)關(guān)打至復(fù)位處，倒計(jì)時(shí)模塊時(shí)間復(fù)位至20s，搶答器模塊顯示清零，復(fù)位搶答開(kāi)關(guān)后即可再次進(jìn)行下一輪搶答。3、 單元電路的設(shè)計(jì)3.1、倒計(jì)時(shí)模塊模塊電路圖：該模塊由兩塊74HC190同步BCD碼可逆計(jì)數(shù)器，一塊74HC08兩輸入與門(mén)，兩塊4位數(shù)碼管以及一個(gè)開(kāi)關(guān)組成。74HC190同步BCD碼可逆計(jì)數(shù)器功能表如下：預(yù)置(PL)使能(E)逆正判斷(D/U)時(shí)鐘脈沖(CLK)功能HLL正計(jì)數(shù)HLH倒計(jì)數(shù)LXXX預(yù)置數(shù)HHXX保持由表可見(jiàn)：當(dāng)預(yù)置（PL）端為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器不工作，輸

5、出預(yù)置數(shù)；當(dāng)使能（E）端為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器不工作，保持前一狀態(tài)；當(dāng)逆正判斷（D/U）端為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器倒計(jì)數(shù)工作；為低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器正計(jì)數(shù)工作；因而，利用74HC190芯片的倒計(jì)數(shù)功能，可實(shí)現(xiàn)20s倒計(jì)時(shí)。U1作為十位數(shù)輸出，U2作為個(gè)位數(shù)輸出。首先十位數(shù)預(yù)置2（二進(jìn)制為0010），則相應(yīng)D0-D3端口分別對(duì)應(yīng)為：D0-0，D1-1，D2-0，D3-0（其中1即接入+5V電源輸入高電平，0即接地作低電平）；同理個(gè)位數(shù)預(yù)置0（二進(jìn)制為0000）即可。另外，U2的RCO端口接入U(xiǎn)1的使能端口，使得當(dāng)個(gè)位數(shù)為零時(shí)，RCO端口輸出低電平，觸發(fā)U1倒計(jì)時(shí)工作。逆正判斷（D/U）端接高電平，使計(jì)數(shù)器倒計(jì)

6、時(shí)工作。而兩個(gè)芯片的預(yù)置(PL)端接出共接進(jìn)一開(kāi)關(guān)作整個(gè)電路的開(kāi)始/復(fù)位開(kāi)關(guān)，其原理為，當(dāng)打到復(fù)位端，兩芯片PL接地，輸出預(yù)置數(shù)即20；當(dāng)打到開(kāi)始端，兩芯片PL接+5V電源，計(jì)數(shù)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)工作。為實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)為零自動(dòng)停止，將兩芯片TC端接入與門(mén)，判斷當(dāng)兩芯片TC均輸出高電平，則輸出高電平，即均產(chǎn)生借位信號(hào)，送入U(xiǎn)2使能端使其保持；此外輸出還與搶答端輸出結(jié)合一起送入U(xiǎn)2使能端，即實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生有效搶答即保持（中斷計(jì)數(shù)）（詳細(xì)于小燈模塊敘述）。3.2脈沖產(chǎn)生模塊模塊電路圖：該模塊由一個(gè)555定時(shí)器，兩個(gè)電容，兩個(gè)電阻構(gòu)成，從而達(dá)到輸出1Hz脈沖信號(hào)。采用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，使其產(chǎn)生需要的

7、1Hz方波作為倒計(jì)時(shí)模塊計(jì)數(shù)器的脈沖。而在搶答器模塊中的74HC175四D觸發(fā)器的脈沖，宜使用555定時(shí)器產(chǎn)生高頻方波，使其能準(zhǔn)確地鎖存。電阻電容選擇：根據(jù)555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器電路的振蕩周期約為T(mén)=(R3+2R4)C2ln2=0.7(R3+2R4)C2=1s即1Hz頻率為使輸出波形占空比約為50%，盡量使R3電阻大大于R4，選擇好電阻再根據(jù)公式選擇電容。3.3搶答模塊模塊電路圖：該模塊由一個(gè)74HC175四D觸發(fā)器，四個(gè)開(kāi)關(guān)，若干個(gè)門(mén)電路（包括雙4輸入與門(mén)，2輸入與門(mén)，2輸入或門(mén)和單輸入非門(mén)）以及一個(gè)4位數(shù)碼管構(gòu)成。四個(gè)開(kāi)關(guān)分別控制從四D觸發(fā)器輸入高電平信號(hào)，然后分別輸出Q與Q信號(hào)即一

8、個(gè)高電平一個(gè)低電平，然后通過(guò)門(mén)電路編碼轉(zhuǎn)換，輸入到4位數(shù)碼管中顯示數(shù)碼，因只有四組，即第四位常為低電平即可直接接地。狀態(tài)功能表：（以數(shù)碼管右端引腳開(kāi)始四個(gè)腳輸入標(biāo)記為a，b，c，d）TEAM1TEAM2TEAM3TEAM4dcba顯示000000000100000011010000102001000113000101004無(wú)人搶答時(shí)，輸出為零，顯示為0；有人搶答時(shí)，D觸發(fā)器將數(shù)據(jù)送出同時(shí)通過(guò)門(mén)電路轉(zhuǎn)換封鎖觸發(fā)器脈沖，使其他人不能搶答，送出數(shù)據(jù)經(jīng)由門(mén)電路編碼轉(zhuǎn)換從數(shù)碼管輸出組號(hào)。最后，轉(zhuǎn)換信號(hào)輸入數(shù)碼管同時(shí)再次經(jīng)由門(mén)電路轉(zhuǎn)換輸出，并與倒計(jì)時(shí)模塊結(jié)合輸入計(jì)數(shù)器使能端控制計(jì)數(shù)中斷，實(shí)現(xiàn)有效搶答時(shí)計(jì)數(shù)

9、停止（詳細(xì)于小燈模塊敘述）。3.4小燈模塊模塊電路圖：圖1圖2該模塊主要是由兩個(gè)小燈（紅燈及綠燈），兩個(gè)電阻，若干門(mén)電路構(gòu)成，以實(shí)現(xiàn)以下功能：小燈區(qū)，接+5V電源和電阻，通過(guò)網(wǎng)路端口來(lái)輸入高低電平信號(hào)達(dá)到亮滅，只有當(dāng)輸入低電平時(shí)小燈才會(huì)亮，否則不亮。根據(jù)倒計(jì)時(shí)模塊兩計(jì)數(shù)器借位端“與”運(yùn)算輸出（A）及搶答器模塊轉(zhuǎn)換輸出（B），以及需要控制計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)中斷使能端輸入（Y），可得如下?tīng)顟B(tài)表及紅綠等亮（B）滅（E）狀態(tài)：ABY綠燈紅燈LLLBELHHEBHLHBBHHHEB可得Y=A+B，那么倒計(jì)時(shí)模塊兩計(jì)數(shù)器借位端“與”運(yùn)算輸出（A）及搶答器模塊轉(zhuǎn)換輸出（B）可通過(guò)一個(gè)74HC32二輸入或門(mén)實(shí)現(xiàn)對(duì)需要

10、控制的計(jì)時(shí)器計(jì)時(shí)中斷使能端輸入（Y），從而實(shí)現(xiàn)功能。而小燈方面：通過(guò)上表可知只要B為高電平，則綠燈為滅，即可在B輸出處添加輸入到綠燈網(wǎng)絡(luò)端口，再添加非門(mén)即可實(shí)現(xiàn)綠燈按要求亮滅；而紅燈滅時(shí)，Y為低電平，則可在Y輸入處添加到紅燈網(wǎng)絡(luò)端口，即可實(shí)現(xiàn)紅燈按要求亮滅。4、 四路數(shù)字搶答器總電路圖5、 元件清單7SEG-BCD四位數(shù)碼管374HC04非門(mén)174HC08二輸入與門(mén)174HC20雙4輸入與非門(mén)174HC21雙4輸入與門(mén)374HC32二輸入或門(mén)174HC175四D觸發(fā)器174HC190同步BCD碼可逆計(jì)數(shù)器2LED-GREEN LED綠燈1LED-RED LED紅燈1SW-DPDT雙相雙閘開(kāi)關(guān)1

11、SW-SPST單相開(kāi)關(guān)410uF電容110nF電容13K電阻168K電阻1200電阻2六、設(shè)計(jì)心得與體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)，根據(jù)上學(xué)期數(shù)字電子計(jì)數(shù)所學(xué)的知識(shí)，以及參考網(wǎng)絡(luò)書(shū)籍上的資料，還是比較成功的完成了四路數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)。首先是倒計(jì)時(shí)模塊的設(shè)計(jì)，其主要芯片74HC190芯是根據(jù)參考資料查得具有同步BCD可逆計(jì)數(shù)功能而選用，其用法類(lèi)似與數(shù)電學(xué)習(xí)中同步加法計(jì)數(shù)器的使用，對(duì)其借位，以及倒計(jì)時(shí)為零計(jì)數(shù)器中斷計(jì)時(shí)（保持）也是通過(guò)查看網(wǎng)上關(guān)于該芯片功能用法以及使用Proteus仿真軟件嘗試得出所需要的接線(xiàn)方法?？梢哉f(shuō)從中讓我找到自主學(xué)習(xí)與課上課下相結(jié)合的重要性，以及培養(yǎng)了我綜合分析對(duì)未知的自主學(xué)習(xí)能力等。其次脈沖發(fā)生模塊也是根據(jù)課本講述關(guān)于555定時(shí)器內(nèi)容，根據(jù)公式以及網(wǎng)絡(luò)參考資料確定電阻電容值實(shí)現(xiàn)，1Hz方波脈沖信號(hào)的產(chǎn)生；搶答器模塊，結(jié)合了書(shū)本關(guān)于觸發(fā)器鎖存器的介紹以及網(wǎng)絡(luò)參考資料，還有自己的理解分析，一步步得出有關(guān)的方案，可以說(shuō)這次課程設(shè)計(jì)真正地讓我淋漓盡致地發(fā)揮了上學(xué)期數(shù)電所學(xué)的知識(shí)，以及盡其所用；小燈模塊，通過(guò)數(shù)電的狀態(tài)表圖學(xué)習(xí)法，分析出各種情況下小燈的亮滅。不管過(guò)程有多復(fù)雜和困難，能一步步解決并能成功地完成設(shè)計(jì)要求，還是十分讓我欣慰的，也使我對(duì)此產(chǎn)生了興趣，也讓我產(chǎn)生嘗試其他電路的設(shè)計(jì)，并結(jié)合數(shù)