四人抢答器.docx

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四人抢答器

课程设计说明书

题目：

四人抢答器

课程名称：

数字电子技术

学院：

电子信息与电气工程学院

学生姓名：

学号：

专业班级：

指导教师：

李立

2013年06月07日

课程设计任务书

设计题目

四人抢答器

学生姓名

所在学院

电子信息与电气工程学院

专业、年级、班

设计要求：

1、设计制作一个可容纳四个组参赛的抢答器，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，计时终点是第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，第一抢答者按下抢答键后，电路应记下第一抢答者的组别，并封锁其他各组的抢答信号，即其他任何一组的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：

用蜂鸣器提示第一抢答者产生；用发光二级管指示第一抢答者。

学生应完成的任务：

设计一个四人抢答器的控制电路，并利Multisim软件进行电路仿真。

利用AltiumDesigner09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。

参考文献：

[1]秦长海,张天鹏,翟亚芳.数字电子技术基础[M].北京大学出版社,2012.

[2]邱关源,罗先觉.电路（第五版）[M].北京高等教育出版社,2006.

[3]谷树忠,刘文洲,姜航.AltiumDesigner教程[M].北京电子工业出版社,2010.

工作计划：

5月27号—29号完成原理图的设计；5月30号—31号用AltiumDesigner09设计PCB；6月3号—4号制作PCB板；6月5号—7号电路板安装与调试，提交课程设计报告。

任务下达日期：

2013年5月27日

任务下达日期：

2013年6月07日

指导教师（签名）：

学生（签名）：

四人抢答器

摘要：

设计制作了一个四人抢答器控制电路，该电路具有第一抢答信号鉴别和锁存功能。

该电路的设计可以把整个系统分为抢答主控电路、倒计时电路、译码显示电路和抢答指示电路，其中倒计时电路可以有计数器（555定时器）实现，译码显示电路可由现实译码器构成组合逻辑电路实现，抢答指示电路可以由发光二极管和蜂鸣器构成，这三部分都是各逻辑功能部件，设计并不困难。

因此，四人抢答器设计的主要问题是设计控制电路，而这是一个规模不大的时序电路。

利用Multisim10对设计的电路进行仿真，可以得到，当闭合主持人控制的开关后，第一个抢答者按下抢答键，与第一抢答者相对应的LED灯会亮，倒计时电路停止倒计时并伴随有报警声，并封锁其他各组抢答信号，使电路不会再响应。

在无人抢答时，倒计时电路完成9到0的倒计时后，会有报警声提示。

关键词：

四人抢答器；抢答信号；声光报警；时钟电路

1.设计背景……………………………………………………………..1

1.1模拟、数字电路的定义及应用…………………………………...1

1.2时钟电路的定义及应用…………………………………………1

1.3掌握Multisim软件和AltiumDesigner软件………….2

2.设计方案………………………………………………………………2

2.1任务分析……………………………………………………………2

2.2方案论证……………………………………………………………2

3.方案实施……………………………………………………………3

3.1部分元器件介绍……………………………………………………..3

3.2原理图设计…………………………………………………………5

3.3电路仿真……………………………………………………………7

3.4PCB制作…………………………………………………………8

3.5安装与调试…………………………………………………………9

4.结果与结论…………………………………………………………9

5.收获与致谢…………………………………………………………10

6.参考文献……………………………………………………………10

7.附件…………………………………………………………………11

7.1电路原理图…………………………………………………………11

7.2PCB布线图………………………………………………………12

7.3元器件清单…………………………………………………………13

1.设计背景

1.1数字电路的定义及应用

用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路称为数字电路，或数字系统。

由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。

现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。

逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。

存储器是用来存储二值数据的数字电路。

从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

数字电路的发展经历了由电子管、半导体分立器件到集成电路等几个时代。

从60年代开始，数字集成器件以双极型工艺制成了小规模逻辑器件。

随后发展到中规模逻辑器件；70年代末，微处理器的出现，使数字集成电路的性能产生质的飞跃。

现代电子产品已经发展到数字处理为主的电路控制方式了，但数字信号提供的只是一些参数值，具体的实现还需要模拟电路来实现。

1.2时钟电路的定义及应用

时钟电路就是产生像时钟一样准确的振荡电路，任何工作都按时间顺序。

用于产生这个时间的电路就是时钟电路。

时钟电路主要由555定时器、电阻、电容组成。

555定时器成本非常低，是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件,利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。

555定时器在四人抢答器中构成多谐振荡器，起到了计时的重要作用。

555集成电路应用十分广泛，如家电定时电路、声光控开关、报警发音电路、数控机床电机驱动等都有它的存在。

在应用当中主要有以下三种工作方式：

1．单稳类电路

作用：

定延时，消抖动，分（倍）频，脉冲输出，速率检测等。

2．双稳类电路

作用：

比较器，锁存器，反相器，方波输出及整形等。

3．无稳类电路

作用：

方波输出，电源变换，音响报警，玩具，电控测量，定时等。

1.3掌握Multisim软件和AltiumDesigner软件

Multisim是在EWB的基础上发展而来的，是一款专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。

它是一个完整的集成化设计环境，将计算机仿真和虚拟仪器技术完美地结合在一起，为电子线路的仿真和设计提供了良好的环境。

AltiumDesigner是一种电子设计自动化设计软件，从功能上由以下5部分组成，分别为：

电路原理图（SCH）设计、印刷电路板（PCB）设计、电路的仿真、可编程逻辑电路设计和信号完整性分析。

2.设计方案

2.1任务分析

四人抢答器主要包括抢答电路，报警电路，显示电路，时钟电路。

实现抢答电路需要用到触发器、定时器；实现报警电路需要用到蜂鸣器；实现显示电路需要用到计数器、显示译码器和数码管；实现时钟电路需要用到定时器、触发器。

在主持人发布抢答命令后，第一个抢答者发出抢答信号，此时抢答电路截止，其它抢答者无法抢答。

当第一抢答者抢答成功时，会有其对应的发光二极管点亮来指示，同时报警器会发出警报。

在抢答过程中显示电路用来提示抢答者的抢答剩余时间，显示器会有10秒钟的倒计时时间，当抢答成功时，显示器上的时间停止，同时有警报声；10秒内无人抢答时，会有发光二极管点亮提示，同时有警报声。

2.2方案论证

将四个开关分别接至74LS175触发器的四个输入端，555定时器组成的多谐振荡器的OUT端接至触发器的CLK端。

当发出抢答信号后，触发器对应的

端输出高电平，此时二极管点亮。

通过74lLS00的一个与非门后接至声光指示模块，此时在规定时间内若有人抢答二极管会发光同时蜂鸣器会报警。

当无人抢答时，555定时器组成的多谐振荡器的频率为1Hz时，输出的信号与经过两次与非

端输出的信号再次与非之后，再次经过74LS192计数器、74LS47触发器后便在显示数码管上显示倒计时的时间。

3.方案实施

3.1部分元器件介绍

1、74LS175触发器的逻辑图如图1所示。

74LS175为4D触发器。

1脚为0时，所有Q输出为0，Q非输出为1；9脚位时钟输入端，9脚上升沿将相应的触发器D的电平，锁存入D触发器。

图1 74LS175逻辑图

电路所用的74LS175触发器的真值表如表1所示。

表1 74LS175真值表

输入

输出

2、74LS74触发器的逻辑图如图2所示。

74LS74内含两个独立的D上升沿双d触发器，每个触发器有数据输入、置位输入、复位输入、时钟输入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。

图2 74LS74逻辑图

电路所用的74LS74触发器的真值表如表2所示。

表2 74LS74真值表

输入

输出

↑

↓

3、74LS192触发器的逻辑图如图3所示。

74LS192是双时钟同步十进制加/减计数器，也可称为可逆计数器，它具有异步置数和异步清零功能。

图3 74LS192逻辑图

电路所用的74LS192触发器的真值表如表3所示。

表3 74LS192真值表

输入

输出

CLR

DOWN

加计数

减计数

3.2原理图设计

1、报警电路

图4所示电路图中接底的端口，接触发器的四个

端进行与非运算后的端口后，进行与非后输出低电平。

当抢答者按下抢答器抢答成功之后，报警器开始发出警报同时与之并联的二极管会点亮。

图4 报警电路原理图

2、显示电路

显示电路是为了提醒抢答者抢答的剩余时间。

若是显示电路能够正常工作，需要驱动器、数码管和可逆十进制计数器的共同工作。

因为显示器为共阳极的，所以需要CA端接至高电平,这样才能正常工作。

具体电路图如图5所示。

图5 显示电路原理图

3、时钟电路

据题目设计要求倒计时时间为10秒，电路设计为由555定时器组成的多谐振荡器发出的1Hz的时钟脉冲信号接至预置数9的计数器74LS192，当74LS192倒计时为0时借位信号发出，将借位信号接至D输入端口始终接高电平的双正边边沿触发器74LS74的脉冲输入端，从74LS74的

端口输出低电平。

将此低电平信号与1Hz时钟脉冲相与非后，封锁倒计时模块。

整个过程由预置数为9的计数器到双D正边沿触发器的

端口输出低电平信号的产生，恰好为10秒，实现了时钟电路设计。

具体电路图如图6所示。

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