抢答器课程设计.docx

1、抢答器课程设计抢答器课程设计 课 程 设 计 说 明 书 课程名称：数字电子技术基础 设计题目：四人抢答器 院 系：电子信息与电气工程系 学生姓名：冯 阳 学 号：200802050025 专业班级：08 通信工程 1 班 指导教师：李红安 王鹏 高素玲 2010 年 5 月 28日课 程 设 计 任 务 书设计题目四人抢答器学生姓名冯阳所在院系电子信息与电气工程系专业、年级、班08通信工程 1班设计要求（1）设计制作以一个四人抢答器，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，计时十秒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。（

2、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相应。（4）发光二极管显示第一抢答者。学生应完成的工作：（1）设计电路原理图，包括抢答电路和倒计时电路。（2）在仿真软件里仿真原理图。原理图仿真正确后，在 DXP 软件里面重新生成原理图，然后导入后在 PCB 板上布局。（3）独立完成电路板的印制，打孔及元器件的焊接。（4）在老师指导下调试电路。（5）经指导老师严检查后，完成实验报告。参考文献阅读：1邱关源 罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社

3、，2006.2阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.3数字电子技术实验指导书 安阳工学院电子信息与电气工程系 编工作计划：5 月 17 号19 号完成原理图的设计；5 月 20号23 号进行 PCB设计；5 月 24 号26 号制作 PCB 板；5月 27 号28号电路板安装与调试，提交课程设计报告。任务下达日期：2010 年 5 月 17 日任务完成日期：2010 年 5 月 28 日指导教师（签名）：学生（签名）：四人抢答器摘 要利用我们所学的数字集成器件组成一个简易四人抢答器。要求各组之间有四组输入，互锁功能，即有一组抢答后，其他组不能再抢答。每组抢答后具有独

4、立的灯光指示，并设有主持人复位功能。用 74LS175N 实现电路的四人抢答功能，在计时方面则有 74LS192N 及 74LS247N 来实现数码管的倒计时。选择器件并画出电路接线图，对电路进行理论设计。关键词 555 计时器；计时（10 秒）第一抢答者 预置数 仿真 1.设计背景 11.1 了解数字电路系统的相关知识11.2 课程设计的必要性12.设计方案12.1 任务分析12.2 方案论证13.方案实施 13.1 框图的设计及原理图的理论设计 23.2 电路仿真23.3 PCB 制作 33.4 安装与调试 34.结果与结论35.收获与致谢46.参考文献47.附件 57.1 电路原理图57

5、.2 元器件清单 57.3 PCB 布线图61.设计背景1.1 了解数字电路系统的相关知识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。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。注意元件各个引脚的功能以及各个所用器件的真值表，以便更好的设计电路。1.2 课程设计的必要性通过数字电子技术基础等课程的学习，积累了一些抢答器方面的知识，很有必要通过实验来验证强化这些理论知识，做到学以致用，动手动脑并行，为以后更好的学习奠定基础。2.设计方案2.1 任务分析 要实现抢答器的任务要求，首先要有 555定时器产生 10 秒的脉冲信号以便实现倒

6、计时 10 秒。用 74LS175N 实现电路的四人抢答功能，在计时方面则有 74LS192N 及74LS247N 来实现数码管的倒计时。2.2 方案论证时钟脉冲电路用 555 定时器接成多谐振荡器来实现。抢答电路用边缘触发器74LS175N 与部分反相器实现跳变促使触发器工作，实现抢答电路。用 LED 亮灯表明第一抢答者。3.方案实施3.1 系统框图的设计及原理图的理论设计 单元电路设计的拆解:1 抢答器电路参考电路如图所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者，同时对应该选手的 LED灯亮；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关 J5 置于清除端时，74ls

7、175是脉冲触发器，CLR 和 CLK 均为，个触发器输出置，当开关 J5 置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手按键如 J1，74ls175 的 CLK 从“0”跳到“1”，触发器开始工作，74ls175 右边 Q1输出为“1”，对应 LED 灯亮同时由于 CLK一直为“1”不会跳变，所以其他选手按键无效。图 1 抢答电路 2 倒计时电路：由节目主持人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，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器 74LS192 进行设计，具体电路如图 2 所示。图 2 倒计时电路3.2 电路仿真其工作原理为：接通电源后

8、，主持人将开关 J5 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；主持人将开关置于“开始状态，宣布开始抢答器工作。定时器开始倒计时，选手在定时时间内抢答时，抢答器完成，第一抢答者编号显示,当一轮抢答之后，定时器停止、禁止其他抢答、定时器显示零。如果再次抢答须由主持人再次操作。图 3 仿真电路3.3 PCB 制作学习 DXP 软件的基本操作，多加练习并且尝试着在 DXP 上作出电路原理图。检查原理图正确后导入 pcb 中，布线时按要求线宽 0.5mm，线和电源线适当宽些为 8mm，孔径：外径 1.6mm，内径 0.8mm，打孔直径为 1.4mm，焊盘直径 2mm。在经过

9、指导老师的检查无误后，经打印电路图后，开始制作电路板，在老师配置好酸液后，把附有电路图的板房之其中腐蚀，待板的正反面颜色差不多时，取出 PCB 板，擦拭干净后，开始打孔。打孔时要二个人配合，注意勿误打，错打。3.4 安装与调试 制好板后，结合 DXP 上的原理图连接 PCB 板，先连接背面的红线，在对照原理图先安装底座，在安装各个器件，安好元器件后再焊接。焊接好电路板后，开始调试，励源，在老师的帮助下检验电路板的工作状态，检查抢答器的全部功能的要求。4.结果与结论U174LS175N1D4CLK91Q2CLR12D53D124D131Q32Q63Q103Q112Q74Q154Q14U4A74S

10、04DU5B74S04DU6A74S04DU7A74S20DU8B74S20DJ1Key=A J2Key=B J3Key=C J4Key=D J5Key=Space R1200R2200R3200R4200LED1LED2LED3LED4VCC5VU9A74F04DU10B74F04DU11C74F04DU2A74F00DU374LS192NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR14U1274LS248NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14LT3RBI5BI/RBO4U13A B C D E F GCKG

11、NDVCC5VA1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR547kR649kC110nFC210F 结果是基本还算圆满结束吧，仿真成功后紧接着制板都很顺利，由于开关的选择封装不对，很遗憾最后调试没能达到所有的要求，但真正学到了很多课本上无法学到的知识。电路优点：整体比较简洁，避免了选加时钟脉冲来触发 74ls175n而是选用反相器及开关来实现触发器的上升沿。电路缺点:电路需要每抢答一次，主持人都要置一次“开始”和“清零”。操作比较繁琐。通过此次课程设计，我进一步加深了对数字电子技术知识的认知与理解，掌握了四人抢答器电路的设计、组装与调试方法。学会了熟练运用仿真软

12、件 multisim，PCB板设计软件 Altium Designer。培养了独立思考、分析、解决问题的能力，并培养了我们的动手能力。此次课程设计圆满完成，但也存在不足。比如元件封装的选取，忘记了放 Header。电源、接地线的宽度，打孔的孔径等等，都是在数次修改以后才得出正确的结论。5.收获与致谢通过这次课程设计，加强了我动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我总共想过两个方案，另一个方案是用时钟脉冲实现 CLK的跳变，原理图和仿真还都能实现，但是实际制作中要实现有些困难，所以有重新设计了原理图，这次真的很锻炼我的独立思考与动手能力。课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，平时看课本

13、时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功时看课本，这次看了，下次就忘了，主要是因为没有动手实践过吧！所以这次的课程设计，对我真是受益匪浅啊！二周的努力，在老师和同学的帮助下，基本完成了设计要求。这次课程设计也使充分认识到了自学的重要性，以及学以致用的道理，也体会到很多自己完成一件事,成功解决困难的乐趣。最后衷心地感谢学院给我们这次实习的机会，衷心地感谢老师们的悉心指导和同学们的大力帮助。6.参考文献1 阎 石 主编 数字电子技术基础（第五版）清华大学电子学教研组 编 高等教育出版社 普通高等教育“十五”国家级规划教材 20052邱关源

14、 罗先觉 电路（第五版）高等教育出版社 普通高等教育“十五”国 家级规划教材 20063数字电子技术实验指导书 安阳工学院电子信息与电气工程系 编 7.附件7.1 电路原理图 DXP 上原理图7.2 元器件清单1.集成电路：74LS175 1 片；74LS247 1 片；74LS192 1片；74LS00 1 片；74LS04 1片；555 定时器 1片；排针 1 片 2.电 阻：1K 2 只 100 8只 3.电 容：470uf 1 只 10nf 1 只 4.其 他:LED 灯 4 个 开关 5 个 共阳极数码管 Dpyblue ca 1 个 焊锡、导线若干7.2 PCB 布线图TRIG2O

15、UT3RST4CVOLT5THR6DIS7+VCC8GND1U1LM555CNB1QB2QA3DWN4UP5QC6QD7GND8D9C10LD11CO12BRW13CLR14A15VCC16U2SN74LS192NBI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8U4DM74LS247NCLR1CLK9D14Q12Q13D25Q27Q26D312Q310Q311D413Q415Q414VCC16GND8U5SN74LS175N123U8ASN74LS00N12456U7ASN74LS20N91012138U7BSN74LS20N12U

16、6ASN74LS04N34U6BSN74LS04N56U6CSN74LS04N89U6DSN74LS04N1011U6ESN74LS04N1213U6FSN74LS04Nf9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8D1Dpy Blue-CAD5D2D3D4100R3Res11KR2Res1100R4Res1100R5Res11KR1Res1100R7Res1100R8Res1100R10Res1100R6Res1100R9Res1470uFC1Cap10nFC2CapS1SW-PBS2SW-PBS3SW-PBS4SW-PBS5SW-SPSTVCCGNDVCCVCCGNDGNDVCCDXP 布线图指导教师评语：课程设计报告成绩：，占总成绩比例：40 课程设计其它环节成绩：环节名称：原理图设计与仿真，成绩：，占总成绩比例：20 环节名称：PCB 设计 ，成绩：，占总成绩比例：20 环节名称：电路安装调试 ，成绩：，占总成绩比例：20 总 成 绩：指导教师签字：年 月 日本次课程设计负责人意见：负责人签字：年 月 日