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数字电路与逻辑设计综合设计.ppt

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(1-1),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,(1-2),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:,(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,(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:,可得逻辑函数如下:,(1-8),封锁电路,,,编码电路,(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:,(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,(1-14),五、总电路图,(1-15),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74LS175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。,(1-16),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?,(1-17),六、系统接线图,抢答控制器,电源电路,(1-18),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;,(1-19),七、应注意的工程问题,如何选择?如何连接?,(1-20),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
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