數(shù)字搶答器電路設(shè)計(jì)

1、沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì)（說明書）數(shù)字搶答器電路的設(shè)計(jì)班級(jí) / 學(xué)號(hào) 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書課 程 名 稱 電子線路課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目 數(shù)字搶答器電路的設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計(jì)說明與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字搶答器電路，可以同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，技術(shù)指標(biāo)如下：1設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制；2搶答器具有鎖存與顯示功能；3搶答器具有定時(shí)搶答功能，定時(shí)時(shí)間為55秒，當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)； 4如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。

2、二、設(shè)計(jì)要求1在選擇器件時(shí)，應(yīng)考慮成本，要求采用LED顯示。2根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計(jì)算確定電路和元器件參數(shù)。3畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。4完成電路電源的設(shè)計(jì)。三、實(shí)驗(yàn)要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路。2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1閻石著 . 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).M北京：高等教育出版社，2005年2南新志、劉計(jì)訓(xùn)主編 . 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教程 . M濟(jì)南：山東大學(xué)出版社，2003年五、按照要求撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告成績 指導(dǎo)教師 日期 一、概述搶答器已廣泛應(yīng)用在各種競賽，這次課程設(shè)計(jì)的題目是數(shù)字搶答器電路的設(shè)計(jì)。本次設(shè)計(jì)主要應(yīng)用了數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)以及模擬電

3、子技術(shù)基礎(chǔ)的知識(shí)，結(jié)合軟件仿真達(dá)到任務(wù)要求。設(shè)計(jì)中主要用到了74LS373、74LS147、74LS192、BCD譯碼器和數(shù)碼管等元器件。數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)利用Multisim10.0進(jìn)行了原理圖設(shè)計(jì)和電路仿真，具有系統(tǒng)清零、選手搶答及其顯示、倒計(jì)時(shí)顯示、系統(tǒng)報(bào)警等功能，應(yīng)用效果良好。二、方案分析本次設(shè)計(jì)的數(shù)字搶答器電路，主要由搶答電路、倒計(jì)時(shí)幾報(bào)警電路兩部分組成。工作過程是：接通電源時(shí)，當(dāng)主持人將開關(guān)打開時(shí)，即開關(guān)置于清除位置（低電平），搶答器處于禁止工作狀態(tài)，倒計(jì)時(shí)電路顯示為“55”，搶答顯示器顯示為“0”，參賽選手不能搶答。當(dāng)主持人將開關(guān)閉合，即置于開始位置（高電平），搶答器處于工作狀態(tài)，

4、搶答開始，倒計(jì)時(shí)開始進(jìn)行減計(jì)時(shí)。若有選手搶答，用優(yōu)先編碼器分辨出搶答選手，控制電路要對(duì)輸入編碼進(jìn)行鎖存，避免其他選手進(jìn)行搶答，通過BCD譯碼器傳輸搶答信息到數(shù)碼管；同時(shí)搶答顯示器顯示最先搶答的選手號(hào)碼并且倒計(jì)時(shí)停止在搶答那刻。若倒計(jì)時(shí)結(jié)束，即示數(shù)為“00”時(shí)，一直無人搶答，則報(bào)警的發(fā)光二極管發(fā)光表示時(shí)間到。當(dāng)選手回答完畢，主持人控制開關(guān)，讓搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，進(jìn)行下一輪的搶答。設(shè)計(jì)的數(shù)字搶答器電路的原理框圖如圖1所示。主持人開關(guān)報(bào)警電路控制電路秒脈沖產(chǎn)生電路譯碼電路顯示電路倒計(jì)時(shí)電路數(shù)碼管XIANSHI譯碼電路編碼器觸發(fā)鎖存電路搶答開關(guān) 圖1 數(shù)字搶答器電路的原理框圖三、電路設(shè)計(jì)1.直流穩(wěn)壓電

5、源電路本次設(shè)計(jì)的電源電路是將220V交流電先通過一個(gè)25：1的變壓器，把220V電壓降到8.8V；再通過由橋式整流電路整流，通過濾波電容濾波；最后通過經(jīng)穩(wěn)壓片穩(wěn)壓，穩(wěn)壓片選用LM7805CT型號(hào)，最終可輸出約5V的直流工作電壓。直流電源電路圖如圖2所示。圖2 直流電源電路圖2.搶答電路搶答電路主要由74LS373、74LS147和4511BD組成。該電路實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能： 一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者，同時(shí)其對(duì)應(yīng)的數(shù)碼管變亮；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。74LS373是三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器。只有當(dāng)三態(tài)輸出控制端OC為低電平、鎖存控制ENG為高電平時(shí)，74LS373的輸出

6、端1Q8Q和輸出端1D8D狀態(tài)相同。當(dāng)OC為高電平時(shí)，三態(tài)門被封鎖，輸出端與輸入端隔離。接通電源，OC為低電平，ENG始終為高電平，這時(shí)按下任意搶答按鈕，74LS373的輸出端必有一路為低電平，該信號(hào)經(jīng)過組合邏輯電路反饋到OC端使其變?yōu)楦唠娖剑?4LS373的三態(tài)門被封鎖，這樣其他路的搶答信號(hào)就無法到達(dá)輸出端，即只有一路搶答成功。74LS147為8線-4線優(yōu)先編碼器，低電平有效。當(dāng)輸入為低電平時(shí)，以反碼的形式輸出8421BCD碼，所以后面接了4個(gè)非門電路，轉(zhuǎn)換成8421BCD碼，編碼器多余的輸入端接高電平。顯示譯碼器采用了4511BD，數(shù)碼管就采用了共陰極數(shù)碼管。若選用74LS47作譯碼器，則

7、采用共陽極數(shù)碼管。數(shù)碼管顯示搶答按鈕的編號(hào)。第一輪搶答結(jié)束后，若要進(jìn)行下一輪的搶答，在搶答前進(jìn)行復(fù)位，即把三態(tài)門使能控制端OC強(qiáng)制變?yōu)榈碗娖?。即將開關(guān)信息和反饋信息相“或”后再加到三態(tài)門使能端OC，從而完成。下一輪搶答做好準(zhǔn)備工作，這是數(shù)碼管顯示“0”。閉合開關(guān)，進(jìn)行復(fù)位，之后再斷開開關(guān)。搶答電路的原理圖如圖3所示。圖3 搶答電路的原理圖3.倒計(jì)時(shí)及報(bào)警電路該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、報(bào)警電路和2個(gè)數(shù)碼管等組成。兩個(gè)74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，將其預(yù)置端設(shè)置為“0101 ”、“0101”，前一個(gè)為十位，后一個(gè)為個(gè)位，即“55”。倒計(jì)時(shí)

8、電路完成的功能是當(dāng)主持人按下開始搶答開關(guān)后，倒計(jì)時(shí)開始，數(shù)碼管上從“55”開始倒計(jì)時(shí)。若倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警即LED燈發(fā)光提示時(shí)間到，定時(shí)顯示器上顯示“00。倒計(jì)時(shí)及報(bào)警電路原理圖如圖4所示。圖4 倒計(jì)時(shí)及報(bào)警電路原理圖4. 秒脈沖發(fā)生電路秒脈沖發(fā)生電路主要由多諧振蕩電路構(gòu)成，可得到所需要的時(shí)間信號(hào)。參數(shù)計(jì)算 T=(R2+2R3)Cln2=(6.63k+2*4k)*10-4*ln2=1.0002s秒脈沖產(chǎn)生電路圖如圖5所示。圖5 秒脈沖產(chǎn)生電路圖四、性能的測試1.直流穩(wěn)壓電源的測試在電路的輸出端用萬能表測量，測量結(jié)果圖6所示。 圖6 直流電源測試結(jié)果圖2.搶答電路性

9、能測試當(dāng)主持人將開關(guān)斷開時(shí)，選手開始搶答，其對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管變亮。若7號(hào)選手最先搶答，其他選手8號(hào)和4號(hào)落后于7號(hào)，所以8號(hào)和4號(hào)搶答無效，即7號(hào)選手搶答成功，測試結(jié)果如圖7所示。 圖7 7號(hào)搶答成功結(jié)果圖3.倒計(jì)時(shí)報(bào)警電路性能測試沒有選手搶答時(shí)，倒計(jì)時(shí)由“55”“00”，之后停止計(jì)數(shù)，報(bào)警LED燈發(fā)光報(bào)警提示時(shí)間到。無人搶答結(jié)果如圖8所示。圖8 無人搶答結(jié)果圖4.秒脈沖發(fā)生電路的性能測試 用示波器測試秒脈沖發(fā)生電路，多諧振蕩電路測試及其結(jié)果如圖9所示。圖9 多諧振蕩電路測試及其結(jié)果圖5.電路整體性能測試 1) 主持人閉合開關(guān)A，定時(shí)器從“55”開始進(jìn)行計(jì)時(shí)。5號(hào)搶答成功，1號(hào)、3號(hào)和8號(hào)搶答

10、無效。搶答器具有鎖存和顯示功能，顯示器顯示“5”。與此同時(shí)，倒計(jì)時(shí)停止在5號(hào)搶答成功那刻。5號(hào)搶答成功如圖10所示。 圖10 5號(hào)搶答成功結(jié)果圖2) 主持人閉合開關(guān)A，定時(shí)器從“55”開始進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示“00”。無人搶答結(jié)果如圖11所示。 圖11 無人搶答結(jié)果圖五、結(jié)論設(shè)計(jì)的數(shù)字搶答器電路能滿足本次課程設(shè)計(jì)的要求?？梢酝瑫r(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，同時(shí)達(dá)到了所要求的技術(shù)指標(biāo)。功夫不負(fù)有心人，只要認(rèn)真、用心，不懂的地方，多問，多查資料就會(huì)完成任務(wù)。六、性價(jià)比本次設(shè)計(jì)的電路在選用元器件時(shí)，都選用的是較為常見的。在使用的過程中

11、，每個(gè)器件都盡量最優(yōu)使用，做到了節(jié)省，降低了成本，比如報(bào)警時(shí)選用的LED發(fā)光二極管，其使用壽命較長，可以減少總體費(fèi)用，并且采用半導(dǎo)體技術(shù)，屬于綠色光源。整體過程比較容易實(shí)現(xiàn)，用到的器件都比較便宜，成本較低，容易測量，因此性價(jià)比比較高。七、課設(shè)體會(huì)及合理化建議一直比較喜歡做實(shí)驗(yàn)，這次通過十天時(shí)間的努力，終于完成了本次課程設(shè)計(jì)。經(jīng)過十天時(shí)間的努力，終于從最開始的毫無頭緒到了現(xiàn)在熟悉電路的每一個(gè)器件，每部分功能。將書本上的理論的知識(shí)，運(yùn)用于實(shí)踐中去，其樂無窮。我一步一步認(rèn)真完成，最終取得了成功。在不斷的修改和仿真中，弄懂并學(xué)會(huì)了各個(gè)元器件的功能，并且實(shí)現(xiàn)了本次課程設(shè)計(jì)的要求。設(shè)計(jì)思路是最重要的。首先

12、根據(jù)任務(wù)書上的要求，將電路的功能分析出來；然后劃分為三個(gè)模塊：搶答電路、倒計(jì)時(shí)報(bào)警電路和電源設(shè)計(jì)電路；再一部分一部分分別實(shí)現(xiàn)他們的功能；最后把各部分連一塊，實(shí)現(xiàn)總功能。在設(shè)計(jì)過程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做，有時(shí)候真的不想再做了。在這個(gè)時(shí)候更加需要靜下心來，我都先稍稍休息一下，回頭再去查找原因。最終通過不懈努力，在與同學(xué)的商討和老師的答疑后完成了各部分電路及其仿真。報(bào)警電路的LED燈因之前不知道其工作條件而不能報(bào)警，最終在老師的講解下明白了并且設(shè)計(jì)出了正確的方案。本次數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)，涉及到許多方面，比如數(shù)電、模電

13、等基礎(chǔ)專業(yè)課的知識(shí)。我去圖書館借了相關(guān)書籍并在網(wǎng)上查詢了相關(guān)的資料。在這個(gè)過程中，我不但復(fù)習(xí)了以前學(xué)的模擬電子電路和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)，也知道了他們之間的一些聯(lián)系。同時(shí)在老師的幫助下，了解了一些關(guān)于來年畢業(yè)設(shè)計(jì)的東西，知道了做課程設(shè)計(jì)的一般步驟，學(xué)會(huì)了具體怎么去完成一個(gè)課程設(shè)計(jì)報(bào)告。我們?cè)诿恳粋€(gè)步驟中，都必須做到認(rèn)真、仔細(xì)，不能有半點(diǎn)馬虎。寫報(bào)告時(shí)，按照老師的要求，一步一步來。課程設(shè)計(jì)鍛煉了我們的自學(xué)能力。怎樣去實(shí)現(xiàn)所需要的功能，是需要我們?nèi)フJ(rèn)真獨(dú)立思考的。對(duì)Multisim10.0軟件的使用更加熟悉了，通過仿真，不緊對(duì)理論知識(shí)加深了了解，還培養(yǎng)了我們的動(dòng)手能力，為電子電路的實(shí)際制作打下了良

14、好基礎(chǔ)。作為一名工科生，最重要的就是把理論運(yùn)用到實(shí)踐中去！對(duì)于我們學(xué)通信工程的同學(xué)來說，多做實(shí)驗(yàn)，多獨(dú)立思考是必不可少的能力。在今后的專業(yè)課學(xué)習(xí)中，不僅要學(xué)好理論知識(shí)，還得提高自己的動(dòng)手能力，多去實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)！參考文獻(xiàn)1 閻石主編.數(shù)字電子技術(shù).M北京：高等教育出版社，2006年2 童詩白、華成英編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).M北京：高等教育出版社，2006年3 呂思忠主編.數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì).M哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001年4 李學(xué)明主編.數(shù)字電子技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)教程.M北京:清華大學(xué)出版社 2012年5 南新志、劉計(jì)訓(xùn)主編 . 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)教程 . M濟(jì)南：山東大學(xué)出版社，2003年附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量1U1 優(yōu)先編碼器74LS147D12U2 譯碼器4511BD-5V13U3U5非門74LS04D24U6 穩(wěn)壓片LM7805KC15U7或門74A