数字电路与逻辑设计综合设计

（1-1）数字电路与逻辑设计综合设计课题14人智力竞赛抢答器课题2数字频率计课题3汽车尾灯控制电路（1-2）课题14人智力竞赛抢答器设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器，具体要求如下：1、4名选手编号为；1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。2、给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（编号显示、数码管熄灭）和抢答的开始。3、抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在编号显示器上显示该编号，扬声器给出音响提示，同时封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。一、设计内容及要求：（1-3）一、设计内容及要求：4、抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，要求定时器开始倒计时，并用定时显示器显示倒计时时间，同时扬声器发出音响，音响持续0.5秒。参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，此时扬声器发出0.5秒音响，同时定时器停止倒计时，显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。5、如果定时抢答时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续0.5秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。（1-4）二、系统原理框图秒脉冲发生器计时器译码器显示器讯响器主持人锁存器编码转换电路译码器讯响器显示器选手脉冲发生器（1-5）三、工作原理电路由脉冲产生电路，锁存电路，编码及译码显示电路，倒计时电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经4线7段译码器将数字显示在显示器上，同时产生相应的音响效果。主持人按开始键时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止。（1-6）四、单元电路设计参数计算及元器件选择1.显示电路此电路是以BCD-7段译码器和LED数码显示管构成。电路如下图：（1-7）四、单元电路设计参数计算及元器件选择2.编码电路编码器的作用是把锁存器的输出转化成8421BCD码，送给7段显示译码器。其真值表为：锁存器输出编码器输出Q4Q3Q2Q1DCBA0001000100100010010000111000010012341234QQQQQQQQA12341234QQQQQQQQB1234QQQQC0D可得逻辑函数如下：（1-8）ABCD封锁电路1234QQQQclockCLK编码电路12341234QQQQQQQQA12341234QQQQQQQQB1234QQQQC0D（1-9）四、单元电路设计参数计算及元器件选择3.脉冲产生电路该电路的作用是产生触发器所需的CP脉冲，由于电路对脉冲的精确度要求不是很高，所以采用555定时器构成的多谐振荡器，电路及波形如下图所示：121)2(7.0CRRTTf1R1R2C1T1T21211)(7.0CRRT1227.0CRT（1-10）四、单元电路设计参数计算及元器件选择4.锁存器电路该电路的作用是捕捉按键按下的阶跃信号并锁存。电路如下图所示：如何提高捕捉按键的精度？（1-11）四、单元电路设计参数计算及元器件选择5.倒计时显示电路该电路使用十进制计数器74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，直到零时停止。电路图如下所示：如何使计数器计到0时自动停下来？如果需要显示十位数如何进行设计？（1-12）四、单元电路设计参数计算及元器件选择5.倒计时显示电路遇“0”自停计数控制电路。（1-13）四、单元电路设计参数计算及元器件选择6.音响电路RCtW1.1RCWt（1-14）五、总电路图5VVCC1D4CLK91Q2~CLR174LS175D2D53D124D13~1Q3~2Q63Q10~3Q112Q74Q15~4Q14Bus1245674LS21D1245674LS21D1245674LS21D1245674LS21D74LS32D12374LS32D123DCD_HEX4321124565VU13DCD_HEX4321U20MONOSTABLEQWVCCRT/CTCTA1A2MONOSTAB5VVCC9101213874LS21D1245674LS21D15110953267411131214BCQAQBQCQD~BOD~LOADCLRDOWNUP74LS192NA~COR2R1Key=4Key=3Key=2Key=1C1C2U11DIS7OUT3RST48THR6CON5TRI2GNDVCCLM555CHR3R4R5R6R710kOhm_5%C4510nF（1-15）五、总电路图几点说明：1.封锁锁存器时钟脉冲的条件：当有人抢答即74LS175有输出；计数器计到零时。2.音响电路发出声响的条件：主持人按下开关宣布竞赛开始、有选手抢答和计数器计到“0”时。3.实现该电路的方案有多种，如使用不同的门电路和触发器、使用PLD、使用MCU等均可实现。（1-16）五、总电路图存在问题和改进措施：1.不适用于大于4人的竞赛，如何扩展？2.音响电路发出声响单一，如何改进？3.抢答控制精度太低，如何提高？4.抢答定时时间太短，如何延长？5.若用于竞赛现场，还有那些问题需要考虑？（1-17）六、系统接线图抢答控制器计时抢答7726电源电路2（1-18）七、应注意的工程问题1.元器件选择和购买：要考虑功能、性能指标、价格。例如译码器的选择主要考虑其输出电平与LED显示器的连接方式是否匹配；译码器输出端的最大输出电流，是否大于LED段的工作电流；哪里可以买到，价格是否最优等。2.是否要求较低的显示功耗，若需要就必须考虑分时显示驱动方式；3.如果要求音响的声音较大，也需要考虑增加功率驱动；如果对音质有要求，可以采用音乐IC或可读写的语音IC；（1-19）七、应注意的工程问题abcdefg共阳abcdefg共阴如何选择？如何连接？（1-20）七、应注意的工程问题4.供电电压、功率和电源的电路形式要根据实际需要合理选择；若电源选择不当，往往会导致系统性能下降，甚至不能正常工作；5.印刷电路板的设计要遵循布线规则；尽可能等所有元器件（特别是特殊元器件）全部到位后才开始布板；6.IC插座、接插件尽量少用，系统设计模块化，尽量减少板件和板件之间的连接线数量，注意根据信号的类型正确选择合适的导线。7.安装、焊接技术一定要熟练掌握，尽可能做到准确无误，不假焊、不虚焊；8.正确选用滤波电路是电路稳定工作的重要条件。（1-21）七、应注意的工程问题9.调试时先单元后全局；单元电路调试时，往往需要根据系统的实际情况创造输入、输出测试条件，模仿全局环境，以获得尽可能接近工程实际的工作条件。10.进行全局（或系统）调试时，注意整合各单元电路的资源，在不影响系统功能的前提下，尽可能简化电路结构；11.正确选择和使用测量仪器，注意直流和交流、模拟和数字、高频和低频、正弦波和非正弦波的区别；注意仪器的准确度是否满足测量精度的要求；12.能用集成电路的不用分立元器件，能用数字电路不用模拟电路，能用智能芯片不用通用芯片；在条件允许的情况下，尽可能使用现成的功能模块。（1-22）八、参考文献[1]康华光主编，电子技术基础（数字部分），高等教育出版社[2]蔡声镇、吴允平主编，电子技术基础实践（技能篇），福建科技出版社[3]蔡声镇、吴允平主编，电子技术基础实践（实验篇），福建科技出版社[4][5][6][7]（1-23）课题2数字频率计一、设计内容及要求：要求设计一个简易的数字频率计，其信号是给定的脉冲信号，且比较稳定的。1.测量信号:矩形波；2.测量频率范围:1Hz~9999Hz;10KHz~10MHz;3.显示方式:4位十进制数显；4.时基电路由555定时器及分频器组成,555振荡器产生脉冲信号,经分频器分频产生的时基信号,其脉冲宽度分别为:1s,0.1s;5.当被测信号的频率超出测量范围时,报警.（1-24）被测信号计数器锁存器译码器逻辑控制电路显示器时基电路闸门TN锁存信号请零信号二、设计思路及原理（1-25）课题3汽车尾灯控制电路一、设计内容及要求本课题设计一个汽车尾灯的控制电路。该电路由四个电键控制，分别对应着左转、右转、刹车和检查功能。当接通左转或右转电键时，左侧或右侧的3个汽车尾灯按照左循环或右循环的顺序依次点亮。当接通刹车电键时，汽车所有的尾灯同时闪烁。当接通检查电键时，汽车所有的尾灯点亮。（1-26）555计时器D触发器逻辑电路周期为1秒的脉冲左转右转分拣电路左转右转原始信号左转电键右转电键转向信号与刹车、检查信号分拣电路分拣后的左转右转信号刹车电键检查电键发光二极管二、系统框图