数字电路与逻辑设计综合设计

*,（,1-,*,）,数字电路与逻辑设计综合设计,课题,1 4,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,课题,1 4,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：,2,一、,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,。,3,二、,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,4,三、,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。,5,四、,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：,6,四、,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,8421,BCD,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,Q,4,Q,3,Q,2,Q,1,D,C,B,A,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,1,0,0,1,0,0,0,0,1,1,1,0,0,0,0,1,0,0,可得逻辑函数如下：,7,A,B,C,D,封锁电路,编码电路,8,四、,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：,R,1,R,2,C,1,T,1,T,2,9,四、,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？,10,四、,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,74,LS190,，,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？,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,遇“,0”,自停计数控制电路。,12,四、,单元电路设计参数计算及元器件选择,6.,音响电路,13,五、总电路图,14,五、总电路图,几点说明：,封锁锁存器时钟脉冲的条件：当有人抢答即,74,LS175,有输出,；,计数器计到零时。,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。,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。,15,五、总电路图,存在问题和改进措施：,不适用于大于,4,人的竞赛，,如何扩展？,音响电路发出声响单一，,如何改进？,抢答控制精度太低，,如何提高？,抢答定时时间太短，,如何延长？,若用于竞赛现场，,还有那些问题需要考虑？,16,六、系统接线图,抢答控制器,计时,抢答,7,7,2,6,电源电路,2,17,七、应注意的工程问题,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。,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；,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,；,18,七、应注意的工程问题,a b c d e f g,共阳,a b c d e f g,共阴,如何选择？如何连接？,19,七、应注意的工程问题,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；,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；,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。,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；,正确选用滤波电路是电路稳定工作的重要条件。,20,七、应注意的工程问题,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。,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；,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；,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。,21,八、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,http:/ http:/ http:/www.,guangdongdz,.com/,22,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,:1,Hz9999Hz;10KHz10MHz;,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,:1,s,0.1s;,5.,当被测信号的频率超出测量范围时,报警,.,23,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,T,N,锁存信号,请零信号,二、设计思路及原理,24,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。,25,555,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,26,