四人抢答器电路设计说明文档格式.docx
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四人抢答器电路设计
学生
裴雷雨
所在学院
电子信息与电气工程学院
专业、年级、班
自动化
2011级2班
设计要求：
1、设计制作一个四人抢答器，每组一个抢答开关。
2、设置一个抢答开始按键，同时设置抢答定时电路，且计时起点与抢答命令同步，计时终点是一个抢答者的抢答信号到来，超时而无人抢答题目作废。
3、系统具有第一抢答信号鉴别和锁存功能，主持人发布抢答命令后，第一个抢答者按下抢答键后，电路应记下第一个抢答者的组别（相应的LED灯亮），并封锁其他各组抢答信号，即其他各组抢答信号都不会使电路响应。
4、系统采用声光指示第一抢答者，用扬声器提示第一抢答者产生，用发光二极管指示第一抢答者。
学生应完成的任务：
设计一个四人抢答器的控制电路，并利用Multisim软件进行电路仿真。
利用DXP软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB板。
根据设计原理对电路进行安装、调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。
掌握Multisim、Proteus、DXP等EDA软件的使用方法。
参考文献：
[1]童诗白.模拟电子技术[M].:
高等教育,2005.
[2]长海,天鹏,翟亚芳.数字电子技术[M].:
大学,2012.
[3]新喜.Multisim10电路仿真及应用[M].:
机械工业,2010.
[4]小伟.AltiumDesigner6.0电路设计实用教程[M].:
电子工业,2007.
工作计划：
5月27日课程设计说明、Multism软件培训。
5月28日Multism电路设计与仿真。
5月29日—5月30日用AltiumDesigner设计原理图。
5月30日—5月31日用AltiumDesigner09设计PCB板。
6月3日—6月4日制版。
6月5日安装调试。
6月6日书写课程设计报告。
6月7日指导教师验收课程设计报告学生提交课程设计报告，指导教师批阅课程设计报告。
任务下达日期：
2013年5月27日
任务完成日期：
2013年6月7日
指导教师（签名）：
学生（签名）：
摘要：
本文介绍设计了一个四人抢答器控制电路，该电路能够实现四人比赛抢答的功能并通过发光二极管和蜂鸣器实现对抢答者的声光报警指示。
其中抢答电路用四D触发器74LS175、与非门74LS00和555定时器实现；
报警电路用一个上拉电阻、发光二极管、蜂鸣器等实现抢答声光指示器；
显示电路用74LS74D触发器、74LS192计数器、74LS47译码器（驱动器）和七段共阳极数码显示器实现；
时钟电路用计数器74LS192、555定时器、74LS47译码器（驱动器）、七段共阳极数码显示器和双D触发器74LS47共同完成十秒倒计时的时钟电路。
关键词：
抢答器；
声光报警；
定时电路；
显示电路；
时钟电路
1.设计背景.…………………………………………………………1
1.1数字电路系统……………………………………………………1
1.2时钟电路的作用及基本构成……………………………………1
1.3Multisim软件和DXP软件..……………………………………1
2.设计方案.…………………………………………………………2
2.1分析任务..………………………………………………………2
2.2论证方案...………………………………………………………2
2.3电路分析..………………………………………………………2
3.方案实施….………………………………………………………3
3.1设计原理图…..…………………………………………………3
3.2用Multisim电路仿真..…………………………………………10
3.3制作PCB………….….…………………………………………12
3.4安装与调试….…….….…………………………………………12
4.结果与结论……..…………………………………………………12
5.收获与致……….………….……………………………………13
6.参考文献………….…….…………………………………………13
7.附件………………….…….………………………………………14
7.1电路原理图……….……………………………………………14
7.2PCB布线图…………......………….…………………………...15
7.3实物图……………………..…….………………………………16
7.4元器件清单.…………….……….………………………………17
1.设计背景
1.1数字电路系统
数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。
输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。
比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。
模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。
在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。
数字逻辑电路是一门研究数字信号的编码、运算、记忆、计数、存储、分配、测量和传输的科学技术。
简单地说是用数字信号去实现运算、控制和测量的科学。
1.2时钟电路的作用及基本构成
时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。
时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。
比如多路可编程控制器中的555多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。
设计时钟电路，应根据系统的要求首先确定主时钟的频率，并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉冲。
1.3Multisim软件和DXP软件
Multisim软件是由加拿大IIT公司推出的大型设计工具软件。
它不仅提供了电路原理图输入和硬件描述语言模型输入的接口和比较全面的数据分析功能，同时还提供了庞大的元、器件模型库和一整套虚拟仪器表，可以满足对一般的数字逻辑电路、模拟电路以及数字-模拟混合电路进行分析和设计的需求。
DXP软件是一个软件集成平台，把为电子产品开发提供完整环境所需的工具全部整合在一个应用软件中。
DXP包括所有设计所需的工具：
原理图和HDL设计输入、电路仿真、信号完整性分析、PCB设计、基于FPGA的嵌入式系统的设计和开发。
此次课程设计主要学习应用到Multisim软件的电路图仿真和DXP软件的原理图及PCB的设计，因此熟练掌握两种软件的基本操作很有必要。
2.设计方案
2.1分析任务
抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。
即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存器锁存相应的选手编码，同时用LED数码管把选手的编码显示出来，并且开始抢答时间的倒计时，同时用LED数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。
而在选手按键抢答以及抢答时间倒计时到时的时候都有报警以提醒主持人和选手。
抢答时间设定9秒。
接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；
主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。
定时器倒计时，扬声器给出声响提示。
选手在定时时间抢答时，抢答器完成：
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。
2.2论证方案
将由定时器组成的多谐振荡器发出的高频脉冲接至触发器的输入端口。
将四个抢答开关信号接入触发器的输入端口，当系统抢答信号发出后，第一个抢答者信号生成，触发器所对应的Q输出端口输出高电平，此时指示发光二极管亮。
同时将输出端口和高脉冲相与接至触发器脉冲端口，由于端口发出低电平信号，从而封锁了抢答电路。
在此同时，触发器端口的低电平信号也接至声光指示模块上，和十秒倒计时模块中的定时器组成的多谐振荡器的时钟相与，用来封锁显示电路的倒计时。
2.3电路分析
当主持人宣布开始，定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时，并通过译码器在显示器中显示。
报警电路给出声音提示。
当选手首先按某一开关键时，可通过触发锁存电路被触发并锁存，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。
然后在译码器中译码，将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状态。
最后在显示电路中显示出所按键选手的。
若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出。
3.方案实施
3.1设计原理图
1、本次设计选用的集成芯片的逻辑符号图及功能如下
图174LS192的逻辑符号图
表174LS192功能表
输入
输出
CLR
UP
DOWN
D
C
B
A
QD
QC
QB
QA
1
×
d
c
b
a
↑
加计数
↓
减计数
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。
其逻辑符号图如图1所示。
图中UP是加法计数脉冲输入端，DOWN是减法计数脉冲输入端，是进位脉冲输出端，是借位脉冲输入端，CLR是异步清零输入，是异步置数输入端，A、B、C、D是并行数据输入端，QA、QB、QC、QD是计数器输入端。
图274LS74逻辑符号图
74LS74含两个独立的上升沿双D触发器，每个触发器有数据输入（D）、置位输入（）复位输入（）、时钟输入（CLK）和数据输出（、）。
、的低电平使输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。
当、均无效（高电平式）时，符合建立时间要求的D数据在CLK上升沿作用下传送到输出端。
表274LS74功能表
输入输出
SDRDCLKDQn+1Qn+1
01×
×
10
10×
01
00×
00
11↑110
11↑001
11↓×
QnQn
图374LS47的逻辑符号图
74LS47为4线—七段译码器/驱动器它和七段数码显示管共同组成显示电路，该电路的输入D、B、C、A是四位BCD码，输出是驱动七段数码管工做的反码，某段输出为0表示点亮该段，为1表示熄灭该段。
74LS47驱动的是共阳极的数码显示管，因此数码显示管的CA端接高电平VCC才能正常工作。
图474LS175的逻辑符号图
74LS175是常用的四D触发器集成电路，里面含有四组D触发器，可以用来构成寄存器、抢答器等功能部件。
表374LS175的功能表
输入
输出
RD
CP
1D
2D
3D
4D
1Q
2Q
3Q
4Q
L
H
保持
图5555定时器逻辑符号图
555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成
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