数字电子课程设计报告.docx
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数字电子课程设计报告
课程设计
课程名称
数字电子技术课程设计
题目名称
八路数字抢答器
专业班级
电子信息工程
（1）班
学生姓名
査凡超
学号
51001031029
指导教师
孙长伟王艳春罗少轩
二○一二年五月十二日
概述
抢答器作为一种工具，已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。
本设计以八路智力竞赛抢答器为基本概念，要求学生从实际应用出发,利用仿真软件技术,用数字、模拟电子器件设计具有扩充功能的抢答器。
该抢答器的设计利用Multisim10完成了原理图设计和电路仿真，具有数字显示、倒计时显示、编码译码功能，应用效果良好。
目录
1设计任务书……………………………………………………………………………2
2电路总体设计…………………………………………………………………………4
3各部分电路设计………………………………………………………………………5
3.1抢答单元电路设计……………………………………………………………5
3.2定时单元电路设计……………………………………………………………6
3.3报警单元电路设计……………………………………………………………7
3.4时序单元电路设计………………………………………………………………8
4结论………………………………………………………………………………………9
参考文献……………………………………………………………………………………10
附录A系统整体电路（Multisim绘制）
附录B系统元器件清单（表格形式）
附录C部分元件引脚图
1设计任务书
1.1设计要求
1.给定的主要器件:
74LS1482片74LS2792片74LS484片
74LS1922片NE5552片74LS001片
发光二极管2只共阴极显示器4只74LS1211片
2.功能要求：
设计一个智力竞赛抢答器，可同时共8名选手参加比赛，并具有定
时抢答功能。
具体功能要求如下:
基本功能：
（1）设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的
选号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手
的编号相对应，分别是S0,S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。
（2）给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答器的开始。
（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，编
号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。
此外，要封锁输入电路，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。
扩展功能
（1） 抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时。
同时扬声器发出短暂的响声，响声持续0.5秒左右。
发光二极管灯亮。
（2） 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
（3）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并
禁止抢答，定时显示器上显示00。
1.2设计步骤
（1）拟定定时抢答器的组成框图；
（2）设计并安装各单元电路，要求布线整齐，美观，便于级联与测试；
（3）测试定时抢答器的逻辑功能，以满足设计功能要求；
（4）画出定时抢答器的整机逻辑电路图；
（5）写出设计性实验报告。
2电路总体设计
2.1抢答器的组成框图
图2.1
抢答器的系统组成框图
2.2抢答器的工作原理
如图1所示电路由主体电路和扩展电路两部分组成。
其中主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。
扩展电路完成定时抢答的功能以及报警功能。
图2.2所示电路的工作过程是：
接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s），当主持人将控制开关置于“开始”时，扬声器发出声响，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。
当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能：
（1）优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号；
（2）扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；
（3）控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；
（4）控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。
当定时时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答
3各部分电路设计
3.1抢答电路设计
抢答电路功能有两个：
一是能分辨选手按键的先后，并锁优先抢答者的编号，供译码显示电路使用；而是要使其他选手的按键操作无效。
选用优先编码74LS148、RS锁存器74LS279可以完成上述功能。
其电路组成如图3.1所示。
其工作原理是：
当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器
端为低电平，输出端（4Q～1Q）全部为低电平。
于是74LS48的
=0显示器灭灯；74LS148的输入端=0,74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。
当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出
=010，
=0，经RS锁存器后，CTR=1，
=1，此时74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。
此外，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。
当按下的键松开后，74LS148的
高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号仍不会被接受。
这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。
当优先抢答者回答完问题后，主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
图3.1抢答电路
3.2定时电路设计
节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加（减）计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
具体电路如图3.2所示。
其工作原理为:
74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码显示在数码管上。
74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为30秒。
555芯片完成产生秒脉冲的功能。
工作过程为：
抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。
抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。
当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。
当记到了30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00。
图3.2定时电路
3.3报警电路设计
由555定时器和三极管构成的报警电路如图3.3所示。
其中555构成多谐振荡器，振荡频率
f0=1/（R1+2R2）*C*ln2=1.43/（R1+2R2）*C
其输出信号经三极管推动扬声器。
PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
图3.3报警电路
3.4时序控制电路设计
时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：
（1）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，
（2）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。
（3）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。
根据上面的功能要求以及图3.2和图3.3，设计的时序控制电路如图3.4所示：
（a）抢答与定时电路的时序控制电路（b）报警电路的时序控制电路
图3.4
图中，门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输入使能端ST。
图3-4（左）的工作原理是：
主持人控制开关从“清零”位置拨到“开始”位置时，来自于图3-1中的74LS279的输出CTR=0，经G3反相，A=1，则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时，在定时时间未到时，来自于图3-2的74LS192的借位输出端BO2=1，门G2的输出ST=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求；当选手在定时时间内按动抢答键时，CTR=1，经G3反相，A=0，封锁CP信号，定时器处于保持状态，门G2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求；当定时时间到时，来自于图3-2的74LS192的借位输出端BO2=0，门G2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答，门G1同时处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路为00状态，从而实现功能（3）的要求，74LS121用于控制报警电路及发声的时间。
4.结论
这次数字电子技术课程设计是平时学习的理论知识与实践的有机结合，通过这此课程设计，我知道了自己理论知识的不足和实践经验的欠缺，以目前的情况看，自己与一个合格的大学生还有很大差距。
自己要在今后的学习中加倍努力。
不过，正是由于运用能力差，迫使自己不断搜集资料，查找与之相关的信息，从而也丰富了自己的知识面，是自己从这次实习中获得了不少东西。
我相信这对今后的数字电子技术的学习有很大帮助。
在设计过程中，我们利用了计算机仿真软件去设计电路图，该软件极大的方便了我们设计电路图。
但由于自己平时极少利用该软件，所以也碰到了不少的麻烦。
比如，由于缺少经验，对整个版面没有全面的了解分析，导致自己在制图过程中不断调换元件位置，这使自己浪费了不少时间。
通过这次教训，在今后的学习中应当要形成良好的学习习惯，利用手头能利用的工具去帮助自己学习。
另外，在用软件画好电路图后，应当要利用软件对该电路进行测试，当然由于自己知识的不足，设计过程难以一蹴而就，需要进行不断的修改，但当最终电路被验证是完全正确后，心里还是非常高兴的。
参考文献
【1】阎石.数字电子技术基础.4版.北京：
高等教育出版社，1998.
【2】康华光.电子技术基础：
数字部分.4版.北京：
高等教育出版社，2000.
【3】童诗白,徐振英.现代电子学及应用.北京：
高等教育出版社，1994.
【4】余孟尝.数字电子技术简明教程[M].3版.北京：
高等教育出版社，2006.
【5】李国立，刘春，朱维勇电子技术基础实验[M]北京：
机械工业出版社，
2007.
【6】李世雄，丁康源.数字集成电子技术教程.北京：
高等教育出版社，1993.
【7】毕满清.电子技术基础实验与课程设计[M].北京：
机械工业出版社，2008.
【8】蔡惟铮.集成电子技术.北京：
高等教育出版社，2004.
【9】聂典,丁伟.Multisim10计算机仿真在电子电路设计中的应用[M].北京：
电子工业出版社，2009.
【10】黄培根，任清褒.Multisim10计算机虚拟仿真实验室[M].北京电子工业出版社，2008.
附录A
附录B
序号
名称
型号
数量
备注
1
七段译码器
74LS48
3
——
2
十进制加减计数器
74LS192
2
——
3
555定时器
CB555
2
——
4
优先编码器
74HC148
1
——
5
单稳态触发器
74LS121
1
——
6
RS锁存器
74LS279
1
——
7
与非门
74LS20
1
每个芯片有4个两输入端的与非门
8
与非门
74LS03
1
每个芯片有4个三输入端的与非门
9
反向器
74LS04
1
每个芯片有6个非门
10
三极管
SDG130
1
——
11
电阻
ROHM
1
100KΩ
12
电阻
ROHM
2
15KΩ
13
电阻
ROHM
9
10KΩ
14
电阻
ROHM
2
68KΩ
15
电阻
ROHM
2
1KΩ
16
电阻
ROHM
3
510Ω
17
电容
16CE470AX
1
100uF
18
电容
16CE470AX
2
10uF
20
电容
16CE470AX
1
0.01uF
19
扬声器
BUZZER
1
——
19
开关
AZD1169
1
——
20
共阴极显示器
3
——
21
抢答按扭
SB
8
——
22
发光二极管
A694B
2
——
附录C
图574LS00引脚图
致谢
在此我首先要感谢老师和学校给自己这次课程设计的机会，这次课程设计真的让我收获颇多。
另外，我也要感谢和自己一起设计讨论的同学们，感谢在设计过程中你们给我的帮助，正是在你们的帮助下，我才得以顺利完成这一次的课程设计。
从和你们的交流中使自己获得了不同的思想，通过借鉴你们的出色设计，优化了自己的设计。
希望在今后的学习中你们能给我更多的支持和帮助。
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