四人抢答器课程设计--.docx

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1、四人抢答器电子课程设计说明书学生姓名:学院:专业:指导教师:贾树阳11050443X14中北大学信息商务学院电气工程及其自动化张樨2023年12月目录1 引言12 记内容、技术条件和要求13 .1四人抢答器功能14 .2四人抢答器技术要求15 设计方案及思路13.1设计回路抢答器33.2多谐振荡器工作原理4振荡周期6741S175集成芯片的电路分析8741S20集成芯片的电路分析93.2.4555集成芯片的电路分析104抢答器的电路设计图115心得体会13参考文献14一、 引言：现代生活中，数字电路产品与我们接触的是越来越平凡了，包括计算机、电子表、智能仪器表及其它很多领域中，它给我们带来的不

2、仅是工作上的方便，而且也给我们的生活娱乐添滋加彩。这次EDA课程设计中，我做的是四人抢答器，抢答器在现实中有着广泛的应用，在各种比赛中我们总是能够找到他的身影，比方：智力竞赛、各种娱乐节目中的活动计时等等都有着他的身影，本次设计基于课程任务它要最终能够实现：(1)四人进行抢答；(2)具有抢答开始后20秒倒计时，20秒倒计时后无人抢答显示超时，并报警；(3)能显示超前抢答台号并显示犯规警报；(4)能显示各路得分，并具有加、减分功能；(5)系统复位后进入抢答状态，当有一路抢答键按下时，该路抢答信号将其余各路抢答封锁，同时铃声响，直至该路按键松开，显示牌显示该路抢答台号。基于上面要实现的功能本次设计

3、软件局部采用VHD1语言进行相关功能的实现，硬件局部主要有数码管，锁存器、报警器等相关器件进行实现，使用QuartusII对编写的VHD1语言进行功能的调试和功能的仿真，最终在FPGA硬件上进行功能的验证和完善。内容提要：用741S175N实现电路的四人抢答功能，用555定时器来控制计时，从而实现当无人抢答时的报警功能，在计时方面那么有741S192N及741S247来实现数码管的倒计时。其中，741S192N的预置数从高到低依次接IOo1(对应的十进制数为9),其DWN端接高电平实现减技数。要注意的是741S247N和741S192N以及数码管是共阳极的二、 计内容、技术条件和要求：2.1、

4、 设计用于竞赛的四人抢答器，功能如下：(1)有多路抢答器，台数为四；(2)具有抢答开始后20秒倒计时，20秒倒计时后无人抢答显示超时，并报警；(3)能显示超前抢答台号并显示犯规警报；(4)能显示各路得分，并具有加、减分功能；2.2、 四人抢答器技术要求系统复位后进入抢答状态，当有一路抢答键按下时，该路抢答信号将其余各路抢答封锁，同时铃声响，直至该路按键松开，显示牌显示该路抢答台号。三、设计方案及思路3.1、设计回路抢答器由于四人抢答时，一人按下开关，其他人的开关必须无效，不使电路中同时有两个抢答指示灯同时亮起。因此必须一个信号到来的时候封锁下一个信号的到来，使之作废无效。在主持人的开关复位，使

5、工作电路正常工作。方框图如下根据方框图，其中的脉冲发生器的局部由NE555构成多谐振荡器，其NE555的芯片管脚及其作用如下它由分压器、比拟器、根本RS触发器和放电三极管等局部组成。分压器由三个5KQ的等值电阻串联而成。分压器为比拟器A、4提供参考电压，比拟器4的参考电压为:匕、，加在同相输入端，比拟器4的参考电压为工匕。，加在反相输入端。比拟器由两个结构相同3的集成运放A、4组成。高电平触发信号加在4的反相输入端，与同相输入端的参考电压比拟后，其结果作为根本RS触发器瓦端的输入信号；低电平触发信号加在4的同相输入端，与反相输入端的参考电压比拟后，其结果作为根本RS触发器5端的输入信号。根本R

6、-S触发器的输出状态受比拟器A、4的输出端控制。3.2.多谐振荡器工作原理由555定时器组成的多谐振荡器如图(C)所示，其中用、R?和电容C为外接元件。其工作波如图所示。设电容的初始电压UC=O,t=O时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端V7H=%=0/Vcc,比拟器A1输出为高电平，Az输出为低电平，即几=1,Sd=O(1表示高电位，O表示低电位)，R-S触发器置1,定时器输出o=1此时0=0,定时器内部放电三极管截止，电源几经与，用向电容C充电，人逐渐升高。当今上升1_到匕、时，A输出由O翻转为1，这时R)=S0=1,R-S触发顺保持状态不变。所以(Kt期间，定时器输出“0为

7、高电平1。2-，=乙时刻，上升到,比拟器A的输出由1变为O,这时心=0,Sd=I,R-S触发器复O,定时器输出劭=O。期间，0=1，放电三极管T导通，电容C通过用放电。/按指数规律下降，当勺匕时比拟器A输出由O变为1，RS触发器的R=S=1,Q的状态不变，的状态仍为低电平。，=%时亥IJ，勺下降到;%,比拟器人输出由1变为O,R-S触发器的屏=1,=0,触发器处于1,定时器输出。=1。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出0=1，电容放电时，M0=0,电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，其实质是将直流形

8、式的电能变为矩形波形式的电能。振荡周期由图(D)可知，振荡周期7=1+4。工为电容充电时间，心为电容放电时间。充电时间7；=(/?,+2)Cin20.7(/?,+R2)C放电时间T2=R2Cn20.1R2C矩形波的振荡周期丁=7；+4=In2(a+2R2)C0.7(/?,+IR2)C因此改变舄、R?和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。对于矩形波，除了用幅度，周期来衡量外，还有一个参数：占空比q,q=(脉宽九)/(周期T),九指输出一个周期内高电平所占的时间。图(C)所示电路输出矩形波的占空比由于要快速检测出按键信号因此需要设置快速脉冲因此选取电阻为4k电容为IOOnf根据公式算出频率为1

9、.18khzo电路如下图仿真波形如下：抢答者局部为输入信号，因此可选用开关作为输入信号，开关的一端接电源的正极，作为高电平输入，开关的另一端接D触发器的输入端。如图：信号封锁局部：当抢答者按下开关时，信号封锁在D触发器中，持续的输出电平，其中D触发器采用741S175芯片。3.2.2、741S175集成芯片的电路分析其功能及其引脚如下列图上图中的74A1S175N为一四路的锁存器，当C1K引脚输入上涨沿时，IDYD被锁存到输出端(1Q-4Q)o在C1K其他状态时，输出与输入无关。工作，让其中的第二个人按下开关无效，这就必须有反应信号反应给脉冲发生器的复位端,使其停止工作，使脉冲消失，调入失效。

10、实现此电路是由741S200芯片实现，其功能及引脚图如下741S20是常用的双4输入与非门集成电路,常用在各种数字电路和单片机系统中,他的CmOS版本是74hc200、741S20集成芯片的电路分析下面我给大家介绍一下这个芯片的相关资料，下面是741S20的管脚图:这个741s20芯片的功能很简单，就是包含两个4输入与非门，内含两组4与非门第一组：1,2,4,5输入6输出。第2组：9,10,12,13输入8输出。Vqq31hioirry741S20功能表r-w1eInputsOutputABY11H1HHH1HHH11JIrrII；I1Ig1I；IIg1IA1I7丁GNDFunctionTab

11、1eI1J1仿真芯片如下其中741S20芯片是两个时输入与非门芯片，其中与非门电路必须检测到第一个抢答者信号，而使反应信号发生反应，必须在与非门的电路初始信号输入I1I1但其中一个信号变为0时，其输出Y端由“0变为“1。可以检测到抢答者的开关按下，因此741S20的四输入接D触发器的Q端。由于其反应信号需要使脉冲触发器停止产生脉冲，而有效信号必须是低电平，因此时的高电平“1及Y1必须经过与非门电路转换为0,接入R端，而与非门的电路由741S20另外的与非门来实现，及其余3个输入高电平。Y1接第四个输入端，输出端Y2接Rd。3.2.4555集成芯片的电路分析根据方框图，其中的脉冲发生器的局部由N

12、E555构成多谐振荡器，其NE555的芯片管脚及其作用如下四、抢答器的电路设计图它由分压器、比拟器、根本R-S触发器和放电三极管等局部组成。分压器由三个5KQ的等值电阻串联而成。分压器为比拟器4、A?提供参考电压，比拟器A的参考电压为:匕,，加在同相输入端，比拟器4的参考电压为g,加在反相输入端。比拟器由两个结构相同的集成运放A、&组成。高电平触发信号加在4的反相输入端，与同相输入端的参考电压比拟后，其结果作为根本R-S触发器即端的输入信号；低电平触发信号加在4的同相输入端，与反相输入端的参考电压比拟后，其结果作为根本RS触发器S端的输入信号。根本R-S触发器的输出状态受比拟器A、的输出端控制

13、。信号灯局部：当答题者按下开关时，必须使主持人知道是几号抢答者，因此必须有相应的信号灯。因此在741S175输出端Q(TQ3接灯，灯的一端接地，当未按下开关时，Q0Q3为低电平，反之为高电平，构成回路，灯亮。其中一号抢答仿真效果闹铃局部：当其中有人按下开关时，闹铃响，提示有人按下开关，由于不用考虑是其中任何一人按下的开关，因此可以在检测局部中的Y1端接入小闹铃，使另一端接地。构成回路,使其发出声响。主持人复位：在抢答者按下开关时，电路中脉冲发生器锁死，741S175保持电路电平信号，使闹铃无法关闭。因此需要主持人将741S175置位，关闭闹铃，其中NE555R端变为高电平，恢复脉冲发生器产生脉

14、冲，电路正常工作。下列图为电路图，其中绿线为主持人接线示意图。O整体仿真电路如下图五、心得体会本次设计根本上完成对任务目标，但也有一些模块没有完成，例如：在报警模块，由于时间和能力的问题不能够进一步完善，在下载后的操作有时无法报时，或者报时的声音太小。在设计中也出现一些错误，如：抢答完成后，计时器还在继续计时，在大家的努力下，重新修改程序进行新一轮的仿真，下载等操作最终完成任务这一课程设计使我们将课堂上的理论知识有了进步的了解，并增强了对数字电子技术这门课程的兴趣。了解了更多电子元件的工作原理，如：741S12K741S48、741s192等。但同时也暴露出我在知识上掌握缺乏等缺点。其次在此次

15、设计过程中由于我们频繁的使用一电子设计软件如：MUItiSim等，因此使我熟悉了软件的使用，同时在电脑的电子设计和绘图操作上有了进一步提高。加上在设计过程中遇到了一些问题，使得我得查找相关资料,从而增长知识的同时增强解决问题和动手的能力，锻炼我做事细心、用心、耐心的能耐。这一课程设计，使我向更高的精神和知识层次迈向一大步。所以在以后的学习生活中，我会努力学习，培养自己独立思考的能力，积极参加多种设计活动，培养自己的综合能力，从而使得自己成为一个有综合能力的人才而更加适应社会。参考文献：1康华光.电子技术根底:模拟局部.北京:高等教育出版社,19882阎石主编数字电子技术根底高等教育出版社2006年5月第5版3任为民.数字电子电路学习和实验指导.北京：播送电视大学出版社.1992