数电课程设计

扩展电路完成定时抢答的功能。

方案选择方案使用的是单片机，其成本相对较高，且对于个初学者难度较大。

方案二采用基本的数字电路芯片，有成本低原理简单的特点，符合本次课程设计的要求，且在实际生产中也得到广泛的应用。

数字电路的制作方案比较容易实现，并且在原理方面也是比较简单，所以我选择采用第二种方案来完成抢答器电路。

四抢答器的组成框图图定时抢答器的总体框图如图所示，它由主体电路和扩展电路组成。

主体电路完成基本的强大功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

扩展电路完成定时抢答的功能。

图所示的定时抢答器的工作过程是当接通电源时，节目主持人将开关置于清零为止，抢答器处于尽职工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布抢答题目后，说声抢答开始，同时将控制开关拨到开始位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时，当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。

当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答④控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

当选手将问题回答完毕，主持人操控控制开关，是系统回复到禁止工作状态，以备进行下轮抢答。

选手抢答优先编码控制开关控制电路报警电路显示电路译码器锁存器秒冲产生电路定时电路译码电路显示电路主体电路扩展电路五电路设计主体电路设计抢答电路设计抢答电路的功能有两个，是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路使用二是要使其他选手的按键操作无效。

选用优先编码器和锁存器可以完成上述功能，并利用七段数码管译码器驱动器驱动七段数码显示管输出选手编号。

在此，介绍优先编码器锁存器和译码器驱动器的逻辑功能和管脚图。

和管脚图和逻辑功能在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。

不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。

在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。

是个八线三线优先级编码器。

如图所示的是八线三线编码器的惯用符号及管脚图引脚图。

图优先编码器为脚的集成芯片，除电源脚和外，其余输入输出脚的作用和脚号如图中所标。

其中为输入信号，为三位二进制编码输出信号，是使能输入端，是使能输出端，为片优先编码输出端。

由真值表可列输出逻辑方程为使能输出端的逻辑方程为当使能输入时，禁止编码输出反码为全。

如表第行所示。

当使能输入时，允许编码，在输入中，输入优先级最高，其余依次为等级排列。

为使能输出端，它只在允许编码，而本片又没有编码输入时为。

如表中第二行所示。

扩展片优先编码输出端的逻辑方程为为片优先编码输出端，它在允许编码，且有编码输入信号时为如表中第三至第十行若允许编码而无编码输入信号时为如表第二行在不允许编码时，它也为如表第行。

表示电路工作，而且有编码输入优先编码器真值表表优先编码器的应用编码器的应用是非常广泛的。

例如，常用计算机键盘，其内部就是个字符编码器。

它将键盘上的大小写英文字母和数字及符号还包括些功能键回车空格等编成系列的七位二进制数码，送到计算机的中央处理单元，然后再进行处理存储输出到显示器或打印机上。

还可以用编码器监控炉罐的温度，若其中任何个炉温超过标准温度或低于标准温度，则检测传感器输出个电平到编码器的输入端，编码器编码后输出三位二进制代码到微处理器进行控制。

的管脚图和逻辑功能管脚图图为四个锁存器，四个锁存器中有两个具有置位端，。

当为低电平为高电平时，输出端为高电平。

当为高电平为低电平时，为低电平。

当和均为高电平时，被锁在示管显示时间。

的管脚图和逻辑功能是双时钟方式的十进制可逆计数器，二进制。

其管脚图如图图图中为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，状态后负脉冲输出，为非同步借位输出端，状态后负脉冲输出，为计数器输入端，为清除端，为数据输出端。

逻辑功能表输入输出加计数减计数表的清除端是异步的。

当清除端为高电平，不惯时钟输入端状态如何，即可完成清除功能。

的预置端是异步的。

当置入控制端为低电平，不管时钟的状态如何，输出端即可预置成与数据输入端相致的状态。

的计数是同步的，靠或同时同时加在四个触发器而实现。

在的上升沿作用下同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。

当进行加计数或减计数可分别利用或，此时另时钟应该为高电平。

当计数上溢出时，进位输出端会输出个低电平脉冲，其宽度为低电平部分的低电平脉冲当计数下溢出时，借位输出端会输出个低电平脉冲，其脉冲宽度为低电平部分的低电平脉冲。

利用两片设计的两位十进制计数单元如图所示图计数单元电路秒脉冲产生电路秒脉冲由定时器及相关元件组成的多谐振荡器提供。

定时器是种及模拟数字于体的中规模集成电路，其应用极为广泛。

它不仅用于信号的产生与变换，还常用于控制与检测电路中。

定时器的内部框图和芯片引脚图如图所示。

其功能表见表。

定时器内部由比较器分压电路触发器及放电三极管等组成。

分压电路由三个的电阻构成，分别给和提供参考电平和。

和的输出端控制触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号自脚输入大于时，触发器复位，脚输出为低电平，放电管导通当输入信号自脚输入并低于时，触发器置位，脚输出高电平，放电管截止。

脚是复位端，当脚接入低电平时，则正常工作时接为高电平。

脚为控制端，平时输入作为比较器的参考电平，当脚外接个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另种控制。

如果不在脚外加电压通常接电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。

图表用定时器组成的多些振荡器如图所示。

接通电源后，电容被充电，当上升到时，使为低电平，同时放电三极管导通，此时电容通过和放电，下降。

当下降到时，翻转为高电平。

输出信号的振荡参数为周期频率，占空比。

需要的秒脉冲周期为，所以由得故选用的可变电阻。

定时电路的整体电路将秒脉冲电路与计数电路连接起来，就构成了可预置时间的定时电路。

图可预置时间的定时电路图电路的工作原理为当控制开关合上后，两片的置数端为低电平，预先设定的抢答时间同步置入计数器，此时计数器处于置数状态。

开关合上后，置数端为高电平，由秒脉冲电路产生的连续脉冲经过和门进入计数器，计数器开始减计数，当计数显示到时，在下个脉冲进入计数器后，十位计数器的的借位输出端会输出个负脉冲，此负脉冲经过将门封锁，阻止脉冲进入计数器，计数随即停止。

结合时序控制电路，计数器也可以做到当有选手抢答成功后停止计数，这在后面的时序控制电路中再作具体说明。

报警电路设计由定时器和三极管构成的报警电路如图所示。

其工作原理为输出信号经三极管推动扬声器。

为控制信号，当为高电平时，多些振荡器工作，反之，电路停振。

图报警电路根据任务要求，扬声器报警时长大概在左右，换句话说就是要求由多谐振荡器输出的连续脉冲的高电平持续时间为左右。

因㏑而，则时序控制电路设计时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成下三项功能主持人将控制开关拨到开始位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。

当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。

当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。

根据上面的要求以及图及，设计的时序控制电路如图所示。

图时序控制电路图中，门的作用的是控制时钟信号的放行与禁止，门的作用是控制的输入时能端非，图的工作原理是当主持人控制开关从清除位置拨到开始位置时来自于图中的输出，经反相则从输出端来的时钟信号能够加到的时钟输入端，定时电路开始进行减计时。

同时，在定时时间未到时，来自于图中的借位输出端非，门的输出非，使处于正常工作状态，从而实现功能的要求。

当选手在定时时间内按动抢答键时经反相封锁信号，定时器处于保持工作状态同时，门的输出非，处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。

当定时时间到时，来自的非，非，处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。

同时，门处于关门状态，封锁信号，使定时电路保持不变，从而实现的功能。

图是利用非重触发单稳态触发器构成报警电路的时序电路。

芯片是种常用的非重触发单稳态触发器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统之中，下面对该集成电路的管脚图和逻辑功能做些说明。

图管脚图管脚功能描述管脚是负边沿触发的输入端管脚是同相施密特触发器的输入端，对于慢变化的边沿也有效管脚和管脚接外部电容，电容范围在之间管脚般与管脚，接相连接如果管脚为外部定时电阻端时，应该将管脚开路，把外接电阻接在管脚和管脚之间，电阻的范围在之间。

其他管脚管脚管脚为空脚。

功能表表报警电路的时序电路工作原理为当主持人将开关拨到开始键时，信号从变成，是上升的，但是定时到信号还是，由于已经开始工作所以为，所以根据功能表可以看到会有个高电平输出，所以扬声器就会发出声音。

在最后结束时候，如果没有选手按键但是时间已经结束，这时候是，因为没有选手按键而为，而又因为定时到信号而又有个负脉冲输入，所以会输出个正脉冲，从而使扬声器发声。

假如有选手按键，会从变成，定时到信号还是，所以最后也会有个正脉冲输出，扬声器也会发生的。

整机电路设计经过以上各单元电路的设计，可以得到定时抢答器的整机电路，如图。

电路各部分功能均在上文详细的说明。

图整机电路六电路的仿真与分析整体电路设计完毕后，利用软件画出电路图，并对各部分电路进行仿真和分析。

抢答电路的仿真和分析根据原