多路抢答器设计报告及收音机焊接解读.docx

多路抢答器设计报告及收音机焊接解读.docx

《多路抢答器设计报告及收音机焊接解读.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多路抢答器设计报告及收音机焊接解读.docx（21页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

多路抢答器设计报告及收音机焊接解读

多路抢答器设计

一．引言

随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等,因此出现了抢答器。

它可以根据参赛规则要求，严格区分参赛选手抢答的先后顺序后，显示相应信息等。

本次课设采用数字电路控制方式设计了一款八路抢答器。

二．设计要求

（1）抢答开始时，由主持人按下复位开关清除信号，用发光二极管作为输出显示信号标志。

（2）当主持人宣布“抢答开始”后，先按键者相应的发光二极管点亮；

（3）有人按键被响应的同时，应有信号发出去锁住其余几个抢答者的电路，不再接收其它信号，直到主持人再次清除信号为止。

当达到限定时间时，发出声响以示警告。

（4）在电路中设计一个计时功能电路，要求计时电路按秒显示，最多时限为1分钟，当时间显示一旦到达59秒，下一秒系统自动取消抢答权，信号被自动清除，抢答重新开始。

亦可倒计时显示。

三．设计原理及框图

多路抢答器有多种设计方式，本设计采用数字电路控制方式。

它主要由输入控制电路、输入锁存与提示电路、编码电路、抢答倒计时电路、音响提示电路及选手累计得分控制电路组成。

多路抢答器原理框图如图1所示。

图1多路抢答器原理框图

表1原理图统计数据表

名称

数量

名称

数量

元器件

158

未连接的管脚

27

真实元器件

99

总管脚数

852

虚拟元器件

59

层次块实例

0

栅极

49

唯一层次块

0

网络

174

支电路实例

15

网络中的管脚

825

唯一支电路

15

表2使用器材一览表

材料单

虚拟元器件

描述

数量

描述

数量

74LS08D

10

电源,VCC

7

74LS04D

11

电源,DGND

3

74LS160D

16

时钟脉冲,1kHz5V

1

5排电阻1kΩ

16

电阻,1kΩ

2

74LS147D

1

时钟脉冲,10kHz5V

1

74LS00D

1

时钟脉冲,100kHz5V

1

74LS74D

8

PROBE_RED,2.5V

8

74LS192D

3

显示管

20

74LS11D

1

单刀单掷开关

11

4位开关

2

音响（200HZ）

1

四．器件说明

1.D触发器

D触发器是最常用的触发器之一。

对于上升沿触发D触发器来说，其输出Q只在CLOCK由低电平到高电平的转换时刻才会跟随输入D的状态而变化，其他时候Q则维持不变。

图3显示了上升沿触发D触发器的时序图，表3则是其真值表。

设计中输入控制电路由8个D触发器（74LS74D逻辑符号图如图2所示）构成。

图2D触发器逻辑符号图

图3D触发器的时序图

表3D触发器真值表

2.74LS147D优先编码器

优先编码器是当多个输入端同时有信号时,电路只对其中优先级别最高的输入信号进行编码，本设计的编码电路核心采用10线-4线优先编码器74LS147D构成。

其逻辑符号如图4所示，功能表见表4。

图474LS147逻辑符号图

表474LS147优先权编码器功能表

输入

输出

1

2

3

4

5

6

7

8

9

D

C

B

A

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

*

*

*

*

*

*

*

*

0

0

1

1

0

*

*

*

*

*

*

*

0

1

0

1

1

1

*

*

*

*

*

*

0

1

1

1

0

0

0

*

*

*

*

*

0

1

1

1

1

0

0

1

*

*

*

*

0

1

1

1

1

1

0

1

0

*

*

*

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

*

*

0

1

1

1

1

1

0

1

1

0

0

*

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

3.十进制可逆计数器74LS192

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入、清除和置数等功能。

其逻辑符号如图5所示，功能表见表5。

图574LS192逻辑符号图

表574LS192功能表

输入

输出

CLR

LOAD

UP

DOWN

D

C

B

A

D

C

B

A

1

*

*

*

*

*

*

*

0

0

0

0

0

0

*

*

D

C

B

A

D

C

B

A

0

1

1

*

*

*

*

加计数

0

1

1

*

*

*

*

减计数

五．设计过程

1.输入控制电路设计

多路抢答器要求，当选手抢答时抢答器要通过指示灯有相应的信息显示，并且显示信息要保留，直到主持人清除为止。

另外，当有选手抢到答题权时，其他选手抢答请求应该被屏蔽。

因此，采用触发器可以满足控制电路要求。

仿真电路如图6所示。

在输入控制电路图中，输入控制电路由八个D触发器组成。

每个D触发器的输入引脚D为参赛选手抢答信号输入端；反向输出Q引脚为相应抢答信息输出端，当有参赛选手抢答时，输入控制电路的相应引脚输出低电平；时钟CLK引脚为控制电路系统时钟输入端；清零CLR引脚为控制电路系统清零信号输入端；置数PR引脚置成高电平，取消系统置数功能。

控制系统时钟CLK由锁存电路控制，当有选手抢到答题权后，锁存电路立即将系统时钟信号CLK屏蔽掉，此时控制电路系统失去了时钟CLK，其他选手无法抢答，达到了只有一名选手抢中答题权的功能。

Multisim封装模块如图7所示。

图6输入控制电路图

图7输入控制电路封装模块图

2.输入锁存与提示电路设计

如图8所示，锁存与提示电路由7个二输入与门、2个二输入与非门组成。

在图示电路的8个输入DA、DB、DC、DD、DE、DF、DG、DH中，分别接到输入控制电路的8个输出端上。

当有选手抢答时，输入锁存与提示电路输入低电平，则二输入与门（U16C）输出低电平，二输入与非门（U17A）将输出高电平。

这样，CLKOUT保持不变，相当于输入控制电路的时钟信号CLK被屏蔽，使其它抢答信号无法输入，实现了只有一名选手抢中答题权的设计要求。

同时，二输入与非门（U17B）输出引脚CLARM输出高电平，使抢答倒计时停止，驱动声响电路发出提示音。

这样，有利于其他选手与主持人掌握场上情况。

输入锁存与提示电路封装模块如图9所示。

图8输入锁存与提示电路图

图9输入锁存与提示电路封装模块

3.编码电路设计

输入编码电路如图10所示。

输入编码电路的核心器件是优先编码器74LS147。

输入编码电路的9号输入引脚接高电平，其余8个输入引脚D1至D8分别接到输入控制电路的输出端上；输入编码电路的A、B、C、D输出引脚与显示选手号码的数码管相连；L1至L8分别连接到八位选手的位置灯上。

当八位选手中有人抢到答题权时，与之对应的编码电路的输入端为低电平，按照输入信号所在位置编码电路将抢答选手位置号码显示在数码管上。

同时，抢到答题权的选手所在位置灯（L1至L8其中一个）被点亮。

编码电路封装模块如图11所示。

图10输入编码电路图

图11输入编码电路封装模块图

4.八路答抢器核心电路封装

为了节省Multisim工作区面积，使整体电路美观，将输入控制电路封装模块、输入锁存与提示电路封装模块、输入编码电路封装模块组合在一起，如图12所示。

封装后的核心电路模块如图13所示，其引脚功能见表6。

图12八路抢答器核心电路图

图13八路抢答器核心电路封装模块图

表6八路抢答器核心电路封装模块引脚功能表

引脚

信号

流向

信号连接

引脚

信号

流向

信号连接

1号

输入

连接1号选手按键

CLA

输入

连接系统清零按键

2号

输入

连接2号选手按键

CLKIN

输入

连接系统输入时钟

3号

输入

连接3号选手按键

LAMP1

输出

连接1号选手位置灯

4号

输入

连接4号选手按键

LAMP2

输出

连接2号选手位置灯

5号

输入

连接5号选手按键

LAMP3

输出

连接3号选手位置灯

6号

输入

连接6号选手按键

LAMP4

输出

连接4号选手位置灯

7号

输入

连接7号选手按键

LAMP5

输出

连接5号选手位置灯

8号

输入

连接8号选手按键

LAMP6

输出

连接6号选手位置灯

A

输出

选手号码显示数码管A脚

LAMP7

输出

连接7号选手位置灯

B

输出

选手号码显示数码管B脚

LAMP8

输出

连接8号选手位置灯

C

输出

选手号码显示数码管C脚

CLARM

输出

连接声响提示蜂鸣器

D

输出

选手号码显示数码管D脚

5.抢答倒计时电路设计

抢答倒计时电路由两片十进制可逆计数器74LS192构成，U3为个位计数器，预置初值“9”；U4为十位计数器，预置初值“5”，通过级联U3、U4实现60秒倒计时。

如图14所示。

当主持人按一下“start”按键时，LOAD引脚输入低电平，计数器获得初值“59”，并在减计数时钟信号（正常运行时时钟为1Hz，调试时为10kHz。

）的驱动下，开始倒计时。

在此期间，如果有选手抢到答题权，CLARM输入高电平，三输入与门74LS11输出低电平，60进制计数器失去时钟信号，停止计数。

如果在60秒内没有选手抢答，当计数器运行到“00”时，U4的B0引脚输出低电平，使计数器停止在“00”状态，等待下一次抢答。

60进制倒计时电路模块封装图如图15所示，其引脚功能见表7。

图14进制倒计时电路图

图1560进制倒计时电路封装模块图

表760进制倒计时电路封装模块引脚功能表

引脚

信号

流向

信号连接

引脚

信号

流向

信号连接

LOAD

输入

连接主持人开始键

QD1

输出

十位数码管D1脚

CLARM

输入

连接锁存电路报警引脚

QA0

输出

十位数码管A0脚

QA1

输出

十位数码管A1脚

QB0

输出

十位数码管B0脚

QB1

输出

十位数码管B1脚

QC0

输出

十位数码管C0脚

QC1

输出

十位数码管C1脚

QD0

输出

十位数码管D0脚

6.音响提示电路设计

音响提示电路由一片可逆十进制计数器74LS192构成，如图16所示。

当主持人按一下“start”按键时，LOAD输入有效电平，计数器赋初值“9”。

当选手抢到答题权时，CLARM输入高电平，减计数开始倒计时，同时，BUZZER输出脉冲信号驱动蜂鸣器发出提示音。

当计数器运行到“0”时，74LS192的B0端输出低电平，三输入与非门（U2C与U2B）被封锁，计数器停止计数，蜂鸣器不再鸣叫，直到再次有选手抢答。

音响提示电路封装模块图如图17所示，引脚功能见表8。

图16音响提示电路图

图17音响提示电路封装模块图

表8音响提示电路封装模块引脚功能表

引脚

信号

流向

信号连接

引脚

信号

流向

信号连接

CLR

输入

连接主持人开始键

QB

输出

提示音数码管B脚

CLARM

输入

连接锁存电路报警引脚

QC

输出

提示音数码管C脚

BUZZER

输出

蜂鸣器输入引脚

QD

输出

提示音数码管D脚

QA

输出

提示音数码管A脚

7.选手累计得分控制电路设计

选手累计得分控制电路由两片十进制加计数器74LS160构成，两片74LS160均采用同步置数法。

如图19所示。

当LP1、LODA-CLR为高电平时，在时钟信号CLK的作用下，74LS160将D、C、B、A输入端数据，送到输出端QD、QC、QB、QA，显示选手得分。

LP1相当于片选信号，LOAD-CLR相当于使能信号。

单位选手累计得分控制电路封装模块图如图18所示。

为了减小八位选手累计得分控制电路在顶层设计工作区所占面积，将八个得分电路封装在一起，得到八位选手计分器模块电路，如图20所示。

在八位选手计分器电路模块图中，八个子电路的数据输入端A0、B0、C0、D0、A1、B1、C1、D1与控制端LOAD-CLR（置数清零）、CLK（时钟）共用相同的总线。

图18单位选手计分器电路模块图

图19选手累计得分控制电路图

图20八位选手计分器电路模块图

A0、B0、C0、D0、A1、B1、C1、D1由两个4位微动开关控制输入分数；LOAD-CLR由“累计清零”按键控制分数累加或清零（按一下即可清零）；CLK由“得分确认”按键控制；每位选手的计分器输出端QA0、QB0、QC0、QD0、QA1、QB1、QC1、QD1分别与显示数码管按相连，具体连线见顶层设计图。

当选手抢答有效时，该选手计分电路的片选信号LP为高电平，其他选手的LP信号为低电平。

因此，主持人写入的分数信息就会显示在该选手的计分器上，其他选手分数不变。

八位选手计分器电路封装模块如图21所示。

图21八位选手计分器电路模块封装图

8.顶层电路设计

（1）打开Multisim仿真环境，建立顶层文件，并以“八路抢答器电路设计”命名。

（2）添加各子电路封装模块。

（3）添加各类功能按键、微动开关、蜂鸣器与信号源。

八路抢答器电路中所需的信号源设计方案见“多功能数字时钟设计”中的信号源部分，本次设计直接采用信号源模块。

（4）添加总线，连接各功能模块。

在Multisim中作环境中，两条连线如果名称相同，在逻辑上就是连接在一起的一条线。

为了整体电路连接与查阅方便，下面给出各模块引脚说明表，参见表9。

八路抢答器顶层电路如图22所示。

表9八路抢答器各封装模块引脚功能表

模块

名称

引脚

信号流向

信号连接

模块

名称

引脚

信号

流向

信号连接

抢答器核心电路模块SC1

CLKIN

输入

连接V3信号源

抢答倒计时电路模块SC5

LOAD

输入

连接“start”按键

CLR

输入

连接“start”按键

CLARM

输入

连接SC1模块CLARM

选手1

输入

连接选手1按键

QA1

输出

通过总线连接到倒计时显示数码管QD0、QC0、QB0、QA0、QD1、QC1、QB1、QA1

选手2

输入

连接选手2按键

QB1

输出

选手3

输入

连接选手3按键

QC1

输出

选手4

输入

连接选手4按键

QD1

输出

选手5

输入

连接选手5按键

QA0

输出

选手6

输入

连接选手6按键

QB0

输出

选手7

输入

连接选手7按键

QC0

输出

选手8

输入

连接选手8按键

QD0

输出

A

输出

分别连接号码显示数码管A、B、C、D

QB1

输出

B

输出

QC1

输出

C

输出

QD1

输出

D

输出

音响电路模块SC4

LOAD

输入

连接“start”按键

CLARM

输出

连接SC4、SC5模块的CLARM脚

CLARM

输入

连接SC1模块CLARM

LP1

输出

1.通过总线连接到八位选手计分器电路模块SC6内部LP1至LP8上；

2.分别连接到相应选手位置灯X1至LP8上。

BUZZER

输出

连接蜂鸣器LS1

LP2

输出

QA

输出

通过总线连接提示音倒计时数码管

LP3

输出

QB

输出

LP4

输出

QC

输出

LP5

输出

QD

输出

LP6

输出

八位选手计分器SC6

BUSIO1

输入

LOAD_CLR、LP、CLK与八位得分数数据连接到总线上

LP7

输出

LP8

输出

输出

64位显示数据通过总线连接到相应数码管上

图22多路抢答器顶层电路图

六．仿真调试过程

Multisim软件功能很强大，对于一个入门级学者来说要灵活利用multisim相当困难，在仿真过程中遇到困难是不可避免的。

虽然之前已经利用过multisim做过几次课程设计，但在设计八路抢答器电路过程中首次接触电路模块封装无从下手。

网络提供的封装方法不够全面甚至有些方法是错误的，导致影响了整个设计进程，最后在同学的帮助下，结合实验指导书解决了难题。

Multisim功能很有趣，它能让设计者在仿真过程中获得成就感，虽然过程很艰难。

七．收音机原理及焊接调试

1.HX207型七管收音机原理

HX207型七管收音机由输入回路振荡回路高仿混频级、一级中放、二级中放、检波级、低放级和功放级等部分组成，接收频率范围为535KHZ-1065KHZ的中波段，其电路原理图见图23。

图23HX207型七管收音机原理图

输入回路：

由磁性天线感应得到的高频信号，实际上是高频载波信号（由于声波在空中传播速度很慢，衰减快。

因此将音频信号加载到高频信号上去称为调制。

调制方式有调频和调幅之分。

我们装的收音机接收的是调幅高频信号）经过ＬＣ调谐回路加以选择到欲接收电台信号。

（为使收音机获得较高选择性、灵敏度，应选合适 Ｌ1与Ｌ2 匝数比。

） 

变频电路：

由输入回路送来的高频信号是调幅波，本机振荡产生的本振频率信号是等幅波，混频后经选频得到465KHZ 中频信号。

因此变频级主要作用：

是将调幅的高频信号变为调幅的中频信号。

变换前后仅是载波频率改变，而信号包络不变。

本机用一只变频管来完成该机的振荡和混频作用。

对混频来讲，要求工作在非线性区，电流不能太大，否则变频增益下降，但对本振来讲，电流大一点，变频增益高又容易起振，电池下降不易停振。

但振荡也不能太强，否则波形失真引起“咯”、“咯”声，增益反而下降，一般选电流为0.4～0.6MA。

中频放大：

中放级的好坏对收音机灵敏度、选择性等等有决定性影响。

中放级工作频率是465KHZ用并联的LC 谐振回路作负载，因此只有在信号频率为465KHZ时并联谐振回路电压最大，因此提高了整机选择性。

本机采用一级中放,二级中放单调谐中频放大器，选择性及灵敏度不一定十分理想，但回路损耗小，调整方便，因此袖珍机广泛采用此线路。

检波级：

中频信号仍旧是调幅信号，经过检波级，由二极管或三极管检波，从调幅波中取出音频信号。

本机选用的是三极管利用其中一个PN结在非线性工作状态下起大信号检波作用，同时此管还进行来复低频电流放大。

低放和功率放大：

检波后的音频信号送到低放级进行音频放大，然后通过输入变压器送到推挽功率放大级进行功率放大，输出信号推动扬声器发出声音。

2.焊接调试

（1）清点材料 

核对元件清单材料，如有丢失及时购买补充，以免影响后期工作进程。

（2）焊接前的准备工作 

将电阻、电容进行分类，节省焊接时间。

（3）元器件焊接与安装 

注意事项：

焊接安装过程切忌调整红色中周。

（4）机械部件的安装与调整

出现较大杂音时，待收音机调到台，可微调白、绿、黄三个中周。

八．设计体会及收获