数电课程设计

《数字电路与逻辑设计b课程计》

课程设计报告。

专业：计算机科学与技术

班级：（2）班。

姓名：张燕茹。

学号： 631106060234

同组成员：冯盼盼。

指导教师：李伟。

2024年12月 28日。

目录。一、设计目的3

二、设计任务与要求3

1、设计任务3

2、设计要求3

三、四人抢答器电路原理及设计3

1、设计方案3

2、系统框图4

3、主要单元电路设计及元器件选择………4

1）抢答电路4

2）定时电路5

3）时序控制电路6

4）元器件列表7

四、四路抢答器总电路图8

五、实作方案与结果8

1、实作过程8

2、实作结果9

六、实验总结10

一、设计目的。

1.掌握四人竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法。

2.熟悉数字集成电路的设计和使用方法。

二、设计任务与要求。

1、设计任务。

设计并制作四人抢答电路，电路中，裁判控制开始键，裁判启动后，数码管上显示倒计时数，从9到0，一种情况：如果没有抢答，点亮黄灯，提示裁判重新启动，黄灯灭，重置数码初值为9；另一种情况：若当有多名抢答者按下按键，只点亮最选按的人对应的led灯，并用数码led显示抢答者的编号，其它按键者无任何影响。

2、设计要求。

1．接通电源，电路开始工作；

2．若当有多名抢答者按下按键，只点亮最选按的人对应的led灯，并用数码led显示抢答者的编号；

3．（选做内容）数码管上显示倒计时数，从9到0,如果没有抢答，点亮黄灯，提标裁判重新启动，黄灯灭，重置数码初值为9。

4.设计可选用的元器件：74ls175、编码电路、led发光二极管、led数码管、bcd-笔段译码器、倒计时电路、电阻等基本元件。

5.第一周完成设计并用**软件protues或multisim完成**；第二周完成实作搭建，并调试运行。

三、四人抢答器电路原理及设计。

1、设计方案。

抢答器具有锁存、定时、显示、和提醒功能。即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存器锁存相应的选手编码，同时用led数码管把选手的编码显示出来，选手对应指示灯发光，并且开始抢答时间的倒计时，同时用led数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。抢答时间设定9秒，9秒过后，计时器会自动清零，并且黄灯亮，提示主持人重新启动。

接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置 “开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、指示灯提示。

当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。

2、系统框图

当主持人宣布开始，定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时，并通过译码器在显示器中显示。当选手首先按某一开关键时，可通过触发锁存电路被触发并锁存，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。然后在译码器中译码，将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状态。

最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出。如图1.

图1系统框图。

3、主要单元电路设计及元器件选择。

1）抢答电路

电路如图2所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁定74ls175的功能真值表即优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示选手编号，选手对应指示灯发光；二是要使其他选手随后的按键操作无效。

图2 抢答电路。

其工作原理为：当主持人控制开关处于“清除”时，d触发器的清零端为低电平，使d触发器被强制清零，输入的抢答信号无效。当主持人将开关拨到“开始”时，d触发器q非端前一状态为高电平，四个q非端与在一起为高电平，再和抢答按键信号和借位信号与在一起给d触发器的脉冲端，当没人抢答时，抢答信号为低电平，与门u11输出端为低电平给d触发器脉冲端，当一有人抢答时，抢答信号为高电平，并和u2的输出信号和借位信号与在一起，使得u11输出端为高电平给d触发器，于是d触发器就有一个上升沿，使得抢答信号经d触发器触发锁存再经过译码器74ls48译码，把相应的信号显示在数码管上。

另外，当选手松开按键后，d触发器的q非前一状态为低电平，与在一起后给与门u11,使得u11的输出端为低电平给d触发器，则d触发器的脉冲输入端恢复原来状态，从而使得其他选手按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。当选手回答完毕，主持人控制开关s是抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。

2）定时电路

如图3。定时9秒，把74ls192对应的9，10，1，15四个端子预置为“1001”。计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路555提供。

当复位开关按下时，给74ls192一个低电平，从而开始倒计时，每来一个脉冲信号进行减计数一次。当有选手抢答或借位信号时，就使得74ls192的输入脉冲变成低电平，从而实现倒计时的停止。再按复位键时，再一次倒计时。

3）时序控制电路

时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：

1）主持人将控制开关拨到“开始”位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。

图5 抢答与定时时序控制电路。

2）当参赛选手按动抢答键时，对应指示灯发光，数码管显示先抢答选手编号，抢答电路和定时电路停止工作。

3）当设定的抢答时间到，无人抢答时，黄色指示灯发光，同时抢答电路和定时电路停止工作。

根据上面的功能要求，设计的时序控制电路如图5所示。

图5中，u2作为抢答的控制信号；u12与门74ls11和u13的作用是控制时钟信号cp的放行与禁止；u11与门74ls11的作用是控制74ls175的输人脉端，u10的作用是控制74ls192入脉冲端。工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，74ls175的输出 q！

=1，u2输出为1，借位信号为1，则u12输出为1，使u13输出为1，则时钟信号cp能够加到74ls192的时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则“定时到信号”为1，u11和u13的输出为1，使 74ls175和74ls192处于正常工作状态，从而实现功能（1）的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，q！

＝0，u2输出为0，封锁 cp信号，则u12输出为0，使u13输出为0，定时器停止倒计时处于保持工作状态；同时，u11的输出为1使d触发器触发而输出信号，也使u10输出为0，而实现功能（2）的要求。当定时时间到时，则“定时到信号”为0，u10输出为0，有给了74ls20一个下降沿，禁止选手进行抢答。同时，u13输出为0，封锁 cp信号，使定时电路保持不变，从而实现功能（3）的要求。

4）元器件列表

表1 四、四路抢答器总电路图

图6 总电路图。

五、实作方案与结果。

1、实作过程；

首先，将电路所需元件按适当的顺序焊接在电路板上，然后按照电路图将各电线焊接在电路板上，需要注意的是二极管在焊接时一定要注意正负极，即长进短出，还有就是每一个芯片除电路图上的接线还得有接电源的和接地的两条线（对于16脚的是16接电源8接地），数码管一定要共阳的。具体如下图所示。

2、实作结果；

六、实验总结

1、通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我总共想过两个方案，只有一个方案运行成功，在不断解决问题和尝试方案的过程中我学到了很多东西。

2、在设计过程，经常会遇到这样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了。所以这几天不管是吃饭还是睡觉，脑子里总是想着如何解决这些问题，如何想出更好的连接方法。不过说也奇怪，整天想着这些问题，脑子和身体却一点都不会觉得累。

或许是那种渴望得到知识的欲念把疲劳赶到九宵云外去了吧！

3、我觉的做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！

认识**于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。故一个小小的课程设计，对我们的作用是如此之大。

4.经过这几周的努力，在老师和同学的帮助下，我基本上完成了设计任务。通过这次课程设计，我充分认识到了自学的重要性，以及学以致用的道理，也体会到很多自己完成一件事，成功解决困难的乐趣。

我在图书馆和网上查阅了大量的资料，同时也认识到了图书馆和网上搜索的重要作用。在今后的学习过程中，应该多到图书馆和网上看一些专业方面的书籍，以丰富自己的知识。也使我加深了对数字电路技术的理解和应用。

由于知识水平的局限，设计中可能会存在着一些不足，我真诚的接受老师和同学的批评和指正。

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