数字电路与逻辑设计综合设计
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（1-16）
六、系统接线图
计时
7
6 抢答控制器 2
电源电路 2
7 抢答
（1-17）
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。
5. 倒计时显示电路 遇“0”自停计数控制电路。
（1-12）
四、 单元电路设计参数计算及元器件选择 6. 音响电路
R
tW
tW 1.1RC
C
（1-13）
五、总电路图
5V VC C
R1
R2 C1
Key= 1 Key= 2 Key= 3 Key= 4
4
2
1D 1Q 3
Bus
5
~1Q 7
2D 2Q 6
12
（1-2）
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。
f1 T
R1
T1
T2
R2
T 10.7(R 1R 2)C 1
C1
T20.7R2C1
T0.7(R 12R 2)C 1
（1-9）
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？
（1-10）
四、 单元电路设计参数计算及元器件选择
1
2
4
6
4
6
7 6 DIS 2 THR
3 OU T
1
2
5
74LS21D
5V
TR I
5
CON
GN Dwenku.baidu.com
C2
1 LM555CH
15 1A
10 B 9C D
3 QA 2 QB 6 QC
7 QD
11
13
14 ~LOAD ~BO 12
4 CLR ~CO
5 DOWN
UP
74LS192N
VCC 5V
R7 10kOhm_5%
A
D B
C
编码电路
A Q 4Q 3Q 2Q 1Q 4Q 3Q 2Q 1 BQ 4Q 3Q 2Q 1Q 4Q 3Q 2Q 1
CQ4Q3Q2Q1 D0
（1-8）
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：
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。
（1-5）
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：
（1-6）
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8421BCD 码，送给7段显示译码器。其真值表为：
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。
（1-15）
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？
C4
510nF 9
10
12
8
13 74LS21D
U20
MONOSTAB
VC C
Q
RT/CT
CT
W
A1
A2
MONOSTABLE
DC D_H EX 4321
U13 DC D_H EX
4321
（1-14）
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
（1-3）
二、系统原理框图
主持人
秒脉冲发生器
计时器
译码器
显示器
讯响器
选手
锁存器
脉冲发生器
编码转换电路 讯响器
译码器
显示器
（1-4）
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。
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？
（1-11）
四、 单元电路设计参数计算及元器件选择
~2Q 10
3D 3Q 11
13
~3Q 15
4D 4Q 14
R3 R4 R5 R6
9
~4Q
1 CLK
~C LR
1
2
4
6
5 74LS21D 1
2
4
6
5 74LS21D 1
2
4
6
1
2
3
74LS32D
1
2
3
74LS32D
1 2
6 4 5
8 U1
4
VC C
RST
74LS175D 74LS21D
5
5
74LS21D
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
（1-1）
课题1 4人智力竞赛抢答器
一、设计内容及要求：
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。
锁存器输出
编码器输出
Q4
Q3
Q2
Q1
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：
A Q 4Q 3Q 2Q 1Q 4Q 3Q 2Q 1 BQ 4Q 3Q 2Q 1Q 4Q 3Q 2Q 1
CQ4Q3Q2Q1
D0
（1-7）
封锁电路
CLcKloQ c4Q k 3Q 2Q 1
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。
六、系统接线图
计时
7
6 抢答控制器 2
电源电路 2
7 抢答
（1-17）
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。
5. 倒计时显示电路 遇“0”自停计数控制电路。
（1-12）
四、 单元电路设计参数计算及元器件选择 6. 音响电路
R
tW
tW 1.1RC
C
（1-13）
五、总电路图
5V VC C
R1
R2 C1
Key= 1 Key= 2 Key= 3 Key= 4
4
2
1D 1Q 3
Bus
5
~1Q 7
2D 2Q 6
12
（1-2）
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。
f1 T
R1
T1
T2
R2
T 10.7(R 1R 2)C 1
C1
T20.7R2C1
T0.7(R 12R 2)C 1
（1-9）
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？
（1-10）
四、 单元电路设计参数计算及元器件选择
1
2
4
6
4
6
7 6 DIS 2 THR
3 OU T
1
2
5
74LS21D
5V
TR I
5
CON
GN Dwenku.baidu.com
C2
1 LM555CH
15 1A
10 B 9C D
3 QA 2 QB 6 QC
7 QD
11
13
14 ~LOAD ~BO 12
4 CLR ~CO
5 DOWN
UP
74LS192N
VCC 5V
R7 10kOhm_5%
A
D B
C
编码电路
A Q 4Q 3Q 2Q 1Q 4Q 3Q 2Q 1 BQ 4Q 3Q 2Q 1Q 4Q 3Q 2Q 1
CQ4Q3Q2Q1 D0
（1-8）
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：
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。
（1-5）
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：
（1-6）
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8421BCD 码，送给7段显示译码器。其真值表为：
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。
（1-15）
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？
C4
510nF 9
10
12
8
13 74LS21D
U20
MONOSTAB
VC C
Q
RT/CT
CT
W
A1
A2
MONOSTABLE
DC D_H EX 4321
U13 DC D_H EX
4321
（1-14）
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
（1-3）
二、系统原理框图
主持人
秒脉冲发生器
计时器
译码器
显示器
讯响器
选手
锁存器
脉冲发生器
编码转换电路 讯响器
译码器
显示器
（1-4）
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。
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？
（1-11）
四、 单元电路设计参数计算及元器件选择
~2Q 10
3D 3Q 11
13
~3Q 15
4D 4Q 14
R3 R4 R5 R6
9
~4Q
1 CLK
~C LR
1
2
4
6
5 74LS21D 1
2
4
6
5 74LS21D 1
2
4
6
1
2
3
74LS32D
1
2
3
74LS32D
1 2
6 4 5
8 U1
4
VC C
RST
74LS175D 74LS21D
5
5
74LS21D
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
（1-1）
课题1 4人智力竞赛抢答器
一、设计内容及要求：
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。
锁存器输出
编码器输出
Q4
Q3
Q2
Q1
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：
A Q 4Q 3Q 2Q 1Q 4Q 3Q 2Q 1 BQ 4Q 3Q 2Q 1Q 4Q 3Q 2Q 1
CQ4Q3Q2Q1
D0
（1-7）
封锁电路
CLcKloQ c4Q k 3Q 2Q 1
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。