数字电子技术课程设计-智力竞赛抢答器

数字电子技术课程设计题目：智力竞赛抢答器设计题目十智力竞赛抢答器抢答器是竞赛问答中的一种常用的必备装置，从原理上讲，它也是一种典型的数字电路，包括了组合逻辑电路和时序逻辑电路。一、设计目的1.掌握抢答器的设计方法。2.熟悉锁存器的应用。3.了解学习触摸开关和发声元件。二、设计指标1.可供四组抢答，有人抢答时，蜂鸣器发声，同时优先抢答者对应的指示灯亮，而后抢答者对应的指示灯不亮。2.主持人具有将抢答器复原的功能。3.抢答者和主持人的按钮开关采用触摸按钮，蜂鸣器用压电陶瓷蜂鸣器作发声元件。三、设计方案智力竞赛抢答器是用来判断哪一个预定状态首先发生的电路。选手通过按键开关电路发出抢答信号，先按动者，抢答成功，保持与封锁电路将该信息保持下来，同时封锁其他选手的输入。抢答成功后对应灯亮，并启动声响电路发出抢答成功提示。主持人按键电路发出复位信号使保持与封锁电路的各输出清零。所以主要由开关阵列电路、触发锁存电路、脉冲产生电路、显示电路几部分构成。（1）开关阵列电路是由多路开关组成，竞赛者与开关相对应。（2）保持与封锁电路是当某一开关首先按下时，触发锁存电路被触发，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。（3）时钟脉冲源为锁存器提供时钟脉冲。（4）显示电路即按钮开关按下时对应的指示灯亮。根据上述设计，该装置的原理框图如下：开关列阵电路开关列阵电路按键保持与封锁电路时钟脉冲源显示电路四、具体分析1.触摸按钮下图为两种自制的触摸按钮的原理图。触摸开关是两块距离约为1mm彼此绝缘的小导体（如铜片），也可用两根距离约为1mm的裸导线组成。图（a）示所示电路，原始状态时非门G输出为高电平，当有人用手指触及两个铜片时，相当于两块铜片间串接一个等效电阻，使非门输出变为低电平；图（b）所示电路，原始状态时非门G输出为低电平，当人用手指触及两块铜片时，非门输出变为高电平。为保护电路选用较大电阻。2.按键保持与封锁电路开关列阵4D触发器74LS175。显示电路开关列阵显示电路抢答前74LS175输出全为0，所有显示电路无反应，当主持人宣布“抢答开始”之前，脉冲源信号进入CLK端此时抢答开关均为启动，D1~D4输入均为0，触发器状态态不变。开始后，有一个抢答信号发出，Dn和Qn均为1，相应显示电路二极管发亮，Qn变为0，同时通过与非门送出信号，锁住其余三个抢答者的电路，不再接受其他信号，知道主持人再次清除信号为止。4D触发器74LS175介绍如下：3.脉冲产生电路该电路是由555定时器接成的多谐振荡器，其产生的方波为锁存器提供CLK脉冲。由555定时器的特性参数可知，当电源电压为5V时，在100mA的输出电流下输出的电压的典型值为3.3V所以取VCC=5V可以满足对输出脉冲幅度的要求。由于对输出脉冲的占空比要求不高，为便于计算，令占空比q=，故得到R1=R2。令T=（R1+2R2）Cln2=0.05若取C=50nF，得R1=R2=48kΩ。4.显示电路（1）发光电路由一个发光二极管与一个电阻串联组成。（2）单音频音响电路下图是用压电陶瓷蜂鸣器作发声元件的单音频音响电路。压电陶瓷蜂鸣器再适当信号驱动下能够发声，两个CMOS门电路与R1、R2和C组成振荡器，当控制端电压uA为高电平时，振荡器产生振荡，输出的高频信号驱动蜂鸣器发声；uA为低电平时，振荡器停振，蜂鸣器不发声。五、总电路图及器件清单器件清单74LS175，555定时器，六非门74LS04×2，四2输入与非门74LS00，双四输入与非门74LS20；电阻：300Ω×8，6.8MΩ×5，47KΩ×2，100KΩ，电位器2KΩ；电容：10nF，50nF，1μF。发光二极管×4；触摸开关×5；蜂鸣器；1.5V干电池×3；导线若干。六、调试1.调试4D触发器，各输入管脚均接入二极管，控制开关，检查4个二极管是否均正常发光。2.调试555脉冲源，将脉冲源接到逻辑笔中，观察是否有脉冲效果。3.调试扬声器，对其输入一个高电平或低电平，检查工作状态。4.组装各器件，进行统调。5.按下四个开关按钮中的任一个，与其编号对应的LED被点亮，其他不亮，同时扬声器响。6.确认在按下抢答按钮中的任一个之后，即使按下其他开关，其他LED也不亮。7.将电路复位，观察现象。七、总结1.设计电路的优缺点此电路结构清晰，连线简易，器件大众化，易购。容易控制，快捷方便。555多谐振荡器不易调试。2.收获与体会本次设计数字抢答器，用到数字电子技术方面知识。通过这次课程设