四路數(shù)字搶答器數(shù)電課程設計

1、課程設計成果說明書題 目： 四路數(shù)字搶答器設計 學生姓名： * 學 號： * 院 系： 船舶與海洋工程學院 班 級： A14電氣1班 指導教師： 沈曉群 浙江海洋學院教務處年月9日目 錄論文封面1目錄21、 摘要32、 總體方案的設計與實現(xiàn)33、 單元電路的設計4 3.1、倒計時模塊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、 設計心得與體會97、 參考文獻91、 摘要很多智力競賽等的電視節(jié)目常常會用到搶答器來判斷哪支參賽隊伍搶先獲得回答機會，從而引發(fā)眾多節(jié)目效果。而本次課程設計，便是以此為原型設計四路數(shù)字搶答器。由主持人（HO

2、ST）控制搶答開始與重置復位按鈕，而四支參賽選手（TEAM）分別控制其一個按鈕在搶答開始后進行搶答。整個設計電路通過倒計時模塊，脈沖產(chǎn)生模塊，搶答模塊，以及小燈模塊組成，倒計時模塊核心芯片為74HC190同步BCD碼可逆計數(shù)器，使用兩塊74HC190來實現(xiàn)兩位倒計時，再從數(shù)碼管顯示。脈沖產(chǎn)生模塊利用555定時器產(chǎn)生穩(wěn)定需要脈沖。搶答模塊通過74HC175四輸入D觸發(fā)器以及一系列門電路實現(xiàn)搶答控制。2、 總體方案的設計與實現(xiàn)四路數(shù)字搶答器由四個基本模塊組成：倒計時模塊、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：首先開始搶答時，主持人必須先將開始/復位開關打到開始處，且同時保證

3、選手搶答開關未按下。然后由555定時器組成的脈沖產(chǎn)生模塊電路為倒計時模塊電路提供穩(wěn)定的1Hz頻率的方波脈沖信號，開始倒計時時，由預置的20s開始倒計時，兩片74HC190計數(shù)器開始工作，并輸出相應數(shù)碼信號至兩個4位數(shù)碼管顯示。在此時間內(nèi)，選手可按搶答開關搶答，此時控制小燈綠燈亮紅燈滅。選手搶答最先按下開關，將送入鎖存器一個高電平信號，再通過眾多門電路編碼轉(zhuǎn)換，并且反饋鎖存信號，送入4位數(shù)碼管顯示搶答的組號（）（無人搶答時顯示為0），同時送入一個電平信號至倒計時模塊中斷倒計時，再送入小燈模塊信號使綠燈滅紅燈亮；若無人搶答，倒計時為零時由計數(shù)器借位端輸出電平信號返回控制計數(shù)器使能端中斷計數(shù)，并輸入

4、小燈模塊，是紅燈亮綠燈亮。當顯示綠燈滅紅燈亮，搶答有效，倒計時模塊顯示剩余時間，搶答模塊顯示搶答組號。直至主持人將開始/復位開關打至復位處，倒計時模塊時間復位至20s，搶答器模塊顯示清零，復位搶答開關后即可再次進行下一輪搶答。3、 單元電路的設計3.1、倒計時模塊模塊電路圖：該模塊由兩塊74HC190同步BCD碼可逆計數(shù)器，一塊74HC08兩輸入與門，兩塊4位數(shù)碼管以及一個開關組成。74HC190同步BCD碼可逆計數(shù)器功能表如下：預置(PL)使能(E)逆正判斷(D/U)時鐘脈沖(CLK)功能HLL正計數(shù)HLH倒計數(shù)LXXX預置數(shù)HHXX保持由表可見：當預置（PL）端為低電平時，計數(shù)器不工作，輸

5、出預置數(shù)；當使能（E）端為高電平時，計數(shù)器不工作，保持前一狀態(tài)；當逆正判斷（D/U）端為高電平時，計數(shù)器倒計數(shù)工作；為低電平時，計數(shù)器正計數(shù)工作；因而，利用74HC190芯片的倒計數(shù)功能，可實現(xiàn)20s倒計時。U1作為十位數(shù)輸出，U2作為個位數(shù)輸出。首先十位數(shù)預置2（二進制為0010），則相應D0-D3端口分別對應為：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）；同理個位數(shù)預置0（二進制為0000）即可。另外，U2的RCO端口接入U1的使能端口，使得當個位數(shù)為零時，RCO端口輸出低電平，觸發(fā)U1倒計時工作。逆正判斷（D/U）端接高電平，使計數(shù)器倒計

6、時工作。而兩個芯片的預置(PL)端接出共接進一開關作整個電路的開始/復位開關，其原理為，當打到復位端，兩芯片PL接地，輸出預置數(shù)即20；當打到開始端，兩芯片PL接+5V電源，計數(shù)器開始倒計時工作。為實現(xiàn)計數(shù)器倒計時為零自動停止，將兩芯片TC端接入與門，判斷當兩芯片TC均輸出高電平，則輸出高電平，即均產(chǎn)生借位信號，送入U2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U2使能端，即實現(xiàn)產(chǎn)生有效搶答即保持（中斷計數(shù)）（詳細于小燈模塊敘述）。3.2脈沖產(chǎn)生模塊模塊電路圖：該模塊由一個555定時器，兩個電容，兩個電阻構成，從而達到輸出1Hz脈沖信號。采用555定時器構成的多諧振蕩器，使其產(chǎn)生需要的

7、1Hz方波作為倒計時模塊計數(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定時器產(chǎn)生高頻方波，使其能準確地鎖存。電阻電容選擇：根據(jù)555定時器構成的多諧振蕩器電路的振蕩周期約為T=(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74HC175四D觸發(fā)器，四個開關，若干個門電路（包括雙4輸入與門，2輸入與門，2輸入或門和單輸入非門）以及一個4位數(shù)碼管構成。四個開關分別控制從四D觸發(fā)器輸入高電平信號，然后分別輸出Q與Q信號即一

8、個高電平一個低電平，然后通過門電路編碼轉(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)碼管右端引腳開始四個腳輸入標記為a，b，c，d）TEAM1TEAM2TEAM3TEAM4dcba顯示000000000100000011010000102001000113000101004無人搶答時，輸出為零，顯示為0；有人搶答時，D觸發(fā)器將數(shù)據(jù)送出同時通過門電路轉(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)由門電路編碼轉(zhuǎn)換從數(shù)碼管輸出組號。最后，轉(zhuǎn)換信號輸入數(shù)碼管同時再次經(jīng)由門電路轉(zhuǎn)換輸出，并與倒計時模塊結(jié)合輸入計數(shù)器使能端控制計數(shù)中斷，實現(xiàn)有效搶答時計數(shù)

9、停止（詳細于小燈模塊敘述）。3.4小燈模塊模塊電路圖：圖1圖2該模塊主要是由兩個小燈（紅燈及綠燈），兩個電阻，若干門電路構成，以實現(xiàn)以下功能：小燈區(qū)，接+5V電源和電阻，通過網(wǎng)路端口來輸入高低電平信號達到亮滅，只有當輸入低電平時小燈才會亮，否則不亮。根據(jù)倒計時模塊兩計數(shù)器借位端“與”運算輸出（A）及搶答器模塊轉(zhuǎn)換輸出（B），以及需要控制計時器計時中斷使能端輸入（Y），可得如下狀態(tài)表及紅綠等亮（B）滅（E）狀態(tài)：ABY綠燈紅燈LLLBELHHEBHLHBBHHHEB可得Y=A+B，那么倒計時模塊兩計數(shù)器借位端“與”運算輸出（A）及搶答器模塊轉(zhuǎn)換輸出（B）可通過一個74HC32二輸入或門實現(xiàn)對需要

10、控制的計時器計時中斷使能端輸入（Y），從而實現(xiàn)功能。而小燈方面：通過上表可知只要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)絡端口，再添加非門即可實現(xiàn)綠燈按要求亮滅；而紅燈滅時，Y為低電平，則可在Y輸入處添加到紅燈網(wǎng)絡端口，即可實現(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174HC08二輸入與門174HC20雙4輸入與非門174HC21雙4輸入與門374HC32二輸入或門174HC175四D觸發(fā)器174HC190同步BCD碼可逆計數(shù)器2LED-GREEN LED綠燈1LED-RED LED紅燈1SW-DPDT雙相雙閘開關1

11、SW-SPST單相開關410uF電容110nF電容13K電阻168K電阻1200電阻2六、設計心得與體會本次課程設計，根據(jù)上學期數(shù)字電子計數(shù)所學的知識，以及參考網(wǎng)絡書籍上的資料，還是比較成功的完成了四路數(shù)字搶答器的設計。首先是倒計時模塊的設計，其主要芯片74HC190芯是根據(jù)參考資料查得具有同步BCD可逆計數(shù)功能而選用，其用法類似與數(shù)電學習中同步加法計數(shù)器的使用，對其借位，以及倒計時為零計數(shù)器中斷計時（保持）也是通過查看網(wǎng)上關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方法?？梢哉f從中讓我找到自主學習與課上課下相結(jié)合的重要性，以及培養(yǎng)了我綜合分析對未知的自主學習能力等。其次脈沖發(fā)生模塊也是根據(jù)課本講述關于555定時器內(nèi)容，根據(jù)公式以及網(wǎng)絡參考資料確定電阻電容值實現(xiàn)，1Hz方波脈沖信號的產(chǎn)生；搶答器模塊，結(jié)合了書本關于觸發(fā)器鎖存器的介紹以及網(wǎng)絡參考資料，還有自己的理解分析，一步步得出有關的方案，可以說這次課程設計真正地讓我淋漓盡致地發(fā)揮了上學期數(shù)電所學的知識，以及盡其所用；小燈模塊，通過數(shù)電的狀態(tài)表圖學習法，分析出各種情況下小燈的亮滅。不管過程有多復雜和困難，能一步步解決并能成功地完成設計要求，還是十分讓我欣慰的，也使我對此產(chǎn)生了興趣，也讓我產(chǎn)生嘗試其他電路的設計，并結(jié)合數(shù)