路數(shù)字搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、v1.0可編輯可修改v1.0可編輯可修改學(xué) 號(hào)：課程設(shè)計(jì)題目八路數(shù)字搶答器學(xué)院信息工程學(xué)院專(zhuān)業(yè)通信工程班級(jí)通信0803姓名David指導(dǎo)教師付琴2010年7月9日v1.0可編輯可修改 #v1.0可編輯可修改 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名：David專(zhuān)業(yè)班級(jí)：通信0803指導(dǎo)教師：付琴工作單位： 信息工程學(xué)院題目：八路數(shù)字搶答器起始條件：要求對(duì)數(shù)字電路里555電路的運(yùn)用有所了解，同時(shí)熟悉計(jì) 數(shù)電路和譯碼電路的運(yùn)用，還要能夠運(yùn)用 Multisim 軟件進(jìn)行電路的 仿真。要求完成的主要任務(wù)：運(yùn)用數(shù)字電路設(shè)計(jì)一個(gè)能夠滿(mǎn)足特定要求的八路搶答器繪制電路原理圖并進(jìn)行仿真，要求在報(bào)告中畫(huà)出正確的波形。按照所畫(huà)的原理

2、圖，在仿真的基礎(chǔ)上焊接實(shí)物并進(jìn)行調(diào)試。時(shí)間安排:編號(hào)任 務(wù)時(shí)間1查資料、原理圖設(shè)計(jì)3天2仿真電路并修改3 天3實(shí)物焊接與調(diào)試5天4報(bào)告撰寫(xiě)2 天5答辯1天指導(dǎo)教師簽名：_年月日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 一年月日目錄v1.0可編輯可修改 v1.0可編輯可修改 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark2 o Current Document 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)2 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 摘要3Abstract 4 HYPERLINK l bookmark10 o Current Document 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? H

3、YPERLINK l bookmark12 o Current Document 二、設(shè)計(jì)要求與內(nèi)容 6 HYPERLINK l bookmark14 o Current Document 三、設(shè)計(jì)及原理6 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 總體方案設(shè)計(jì)6 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 設(shè)計(jì)思路6 HYPERLINK l bookmark20 o Current Document 總電路框圖7 HYPERLINK l bookmark22 o Current Document 各模塊設(shè)計(jì)方案

4、及原理說(shuō)明 7 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 搶答電路7 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 倒計(jì)時(shí)電路 10四、電路仿真12搶答電路12 HYPERLINK l bookmark30 o Current Document 倒計(jì)時(shí)電路14 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析 16 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 六、收獲、體會(huì)和建議 18 HYPERLINK l bookma

5、rk38 o Current Document 附錄19 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document .總電路圖19 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document .元件引腳圖21 HYPERLINK l bookmark48 o Current Document .元器件清單24 HYPERLINK l bookmark50 o Current Document 主要參考文獻(xiàn) 24摘要搶答器作為一種工具，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)以 八路智力競(jìng)賽搶答器為基本概念，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā) ，利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)

6、化（EDA） 技術(shù)，用數(shù)字、模擬電子器件設(shè)計(jì)具有擴(kuò)充功能的搶答器。該搶答器的設(shè)計(jì)利用v1.0可編輯可修改 #v1.0可編輯可修改 Multisimll完成了原理圖設(shè)計(jì)和電路仿真，具有數(shù)字顯示、倒計(jì)時(shí)顯示、編碼 譯碼功能，應(yīng)用效果良好。關(guān)鍵詞：電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化；數(shù)字電子技術(shù)；搶答器；仿真AbstractResponder is a tool that has been widely used in various intelligence and knowledge competitions occasions. The design to eight-way quiz Responder bas

7、ic concepts, from the practical application, the use ofv1.0可編輯可修改 v1.0可編輯可修改 #electronic design automation (EDA) technology, with digital, analog electronics design extension of the answering device. The design of the Responder use Multisim11 completed the schematic design and circuit simulation, wi

8、th digital display, countdown shows, coding and decoding functions, with good results.Key words: EDA; digital electronic technology; Responder; Simulation八路數(shù)字搶答器一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)八路數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生回顧所學(xué)數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)理 論和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，掌握組合電路、時(shí)序電路、編程器件和任意集成電路的綜合使用 及設(shè)計(jì)方法，熟悉掌握優(yōu)先編碼器、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、單脈沖觸發(fā)器、555電路、v1.0可編輯可修改 #v1.0可編輯可修改 譯碼/

9、驅(qū)動(dòng)電路的應(yīng)用方法，熟悉掌握時(shí)序電路的設(shè)計(jì)方法。達(dá)到數(shù)字實(shí)驗(yàn)課程 大綱所要求掌握的基本內(nèi)容。二、設(shè)計(jì)要求與內(nèi)容在許多比賽活動(dòng)中，為了準(zhǔn)確、公正、直觀(guān)地判斷出第一搶答者，通常設(shè)置 一臺(tái)搶答器，通過(guò)數(shù)顯、燈光或音響等多種手段指示出第一搶答者。(1)設(shè)計(jì)制作一個(gè)可容納8組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)置一個(gè)搶答按 鈕供搶答者使用。(2)電路具有第一搶答信號(hào)的鑒別和鎖存功能。在主持人系統(tǒng)發(fā)出搶答指 令后，若參賽者按搶答開(kāi)關(guān)，則該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的 組別，同時(shí)指示燈(發(fā)光二極管)亮。此時(shí)，電路應(yīng)具備自鎖存功能，使別組的搶 答開(kāi)關(guān)不起作用。(3)若超時(shí)仍無(wú)人搶答，則報(bào)警指示燈熄滅。三、設(shè)

10、計(jì)及原理總體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)思路題本題的根本任務(wù)是準(zhǔn)確判斷出第一搶答者的信號(hào)并將其鎖存。實(shí)現(xiàn)這一功能可選擇使用觸發(fā)器或鎖存器等。在得到第一信號(hào)之后應(yīng)立即將電路的輸入封 鎖，即使其他組的搶答信號(hào)無(wú)效。同時(shí)還必須注意，第一搶答信號(hào)應(yīng)該在主持人 發(fā)出搶答命令之后才有效。當(dāng)電路形成第一搶答信號(hào)之后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答 者的組別，也可以用發(fā)光二極管直接指示出組別。在主持人沒(méi)有按下開(kāi)始搶答按鈕前， 參賽者的搶答開(kāi)關(guān)無(wú)效；當(dāng)主持人按 下開(kāi)始搶答按鈕后，開(kāi)始進(jìn)行 30秒倒計(jì)時(shí)，此時(shí)，若有組別搶答，顯示該組別 并使搶答指示燈亮表示“已有人搶答”；當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到，仍無(wú)組別搶答，則計(jì)時(shí)v1.0可編輯可修

11、改 v1.0可編輯可修改 #指示燈滅表示“時(shí)間已到”，主持人清零后開(kāi)始新一輪搶答總電路框圖圖3-1總電路框圖各模塊設(shè)計(jì)方案及原理說(shuō)明3.2.1搶答電路此部分電路主要完成的功能是實(shí)現(xiàn) 8路選手搶答并進(jìn)行鎖存，同時(shí)有相應(yīng)發(fā) 光二極管點(diǎn)亮和數(shù)碼顯示。使用優(yōu)先編碼器74LS148和鎖存器74LS297來(lái)完成。該電路主要完成兩個(gè) 功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電 路顯示編號(hào)（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其 按鍵操作無(wú)效。工作過(guò)程：開(kāi)關(guān) S置于消除端時(shí)，RS觸發(fā)器的R、S端均為 0, 4個(gè)觸發(fā)器輸出置0,使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端

12、=0 ,使之處于工 作狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于“開(kāi)始時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答 按鍵按下時(shí)（如按下 S5）, 74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO =1,七段 顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=10脩譯碼顯示為“5”。此外，CTR = 1,使74LS148優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端=1 ,處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。 當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為CT白1,使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志 端=1, 5所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)， 保證了搶答者的優(yōu)先性。只要有一組選手先按下?lián)尨鹌?，就?huì)將編碼器鎖死，不 再對(duì)其他組進(jìn)

13、行編碼。通過(guò) 74LS48譯碼器使搶答組別數(shù)字顯示 0-7。如有再次v1.0可編輯可修改 #v1.0可編輯可修改 搶答需由主持人將S開(kāi)關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答原理圖如下：in ini jllllxl H11I MCM- ill ii n工二j二苫0嬴VW74Lm4孽.明：Z=.圖3-2搶答模塊原理圖RS觸發(fā)器：_. 2持狀態(tài)。當(dāng)輸入端接入S=R=1的電平時(shí)，如果基本SR觸發(fā)器與態(tài) Q=1、Q=0,則觸發(fā)隹次態(tài)Q=1、Q=0；若基本SR觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)Q=0、Q=1, 則觸發(fā)器次態(tài)Q=0、Q=io即S=R=1時(shí)，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。_.置0達(dá)否。當(dāng)S=1, R：0時(shí)，如果基本SR觸發(fā)器

14、現(xiàn)態(tài)為Q=1、Q=0, 因R=0,會(huì)使Q=1，而Q=1與S=1共小用使Q端翻轉(zhuǎn)為0；如果基本SR觸發(fā) 器現(xiàn)態(tài)為Q=0、Q=1,同理會(huì)使Q=0, Q=1o只要輸入信號(hào)S=1, R=0,無(wú)論基 本SR觸發(fā)器的輸出現(xiàn)與口何，均會(huì)使輸出次態(tài)置為 0態(tài)。 _.置1狀態(tài)。當(dāng)S=0、R=1時(shí)，如果觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為Q=0、Q=1,因S=0, 會(huì)使G1輸出端次態(tài)翻轉(zhuǎn)為1,而Q=1和R=1兆”使G2的卒色出端Q=0;同理當(dāng) Q=1、Q=0,也會(huì)使觸發(fā)器的次態(tài)輸出為 Q =1 Q=0；只要S=0、R=1,無(wú)論觸 發(fā)器現(xiàn)態(tài)如何，均會(huì)將觸發(fā)器置1。v1.0可編輯可修改 v1.0可編輯可修改 #.不定狀態(tài)。當(dāng)S=R=0時(shí)，無(wú)

15、論觸發(fā)器的原狀態(tài)如何，均會(huì)使Q=1, Q=1 當(dāng)脈沖去掉后，S和R同時(shí)恢復(fù)高電平后，觸發(fā)器的新?tīng)顟B(tài)要看 G和G兩個(gè)門(mén) 翻轉(zhuǎn)速度快慢，所以稱(chēng)S=R=0是不定狀態(tài)，在實(shí)際電路中要避免此狀態(tài)出現(xiàn)?；綬S觸發(fā)器的邏輯圖、邏輯符號(hào)和波形圖如圖1-7所示。(a)邏輯圖(b)邏輯符號(hào)(c)波形圖圖3-3基本SR觸發(fā)器QQSRR保持置1置0Q 輸入輸 出IsI 0I 1I 2I 3I 4I 5I6I 7Y2Y1Y0Y exYs1Xxxxxxxx11111011111111111100Xxxxxxx0000010 xxxxxx01001010 xxxxx011010010 xxxx0111011010 xxx

16、01111100010 xx011111101010 x01111111100100111111111101表3-1 74LS148 真值表4LS148的輸入端和檢出端低電平有效。I0 I7是馳信號(hào)，Y2 Y0為三也 二進(jìn)制編碼輸出信號(hào)，” =1時(shí)，緬碼圈禁止編碼，當(dāng)Is =0時(shí)，允”碼。Ys 是技能輸出端，區(qū)壬在Is=0而I0I7均無(wú)編碼輸入信啰寸為0r YEX為優(yōu)先 編碼輸出端，在IS =0而I0I7的其中之一有信號(hào)時(shí)，YeX =0。I0I7各輸入 v1.0可編輯可修改 #v1.0可編輯可修改 端的優(yōu)先順序?yàn)椋? 7級(jí)別最高，I0級(jí)別最低。如果J7 =0 (母些)，則其它輸 入端即使有輸入

17、信號(hào)，均不起作用,此時(shí)輸出只按 1 7編碼，Y2 % Y0 = 0000優(yōu) 先編碼被廣泛用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)有多個(gè)外設(shè)申請(qǐng)中斷時(shí)，優(yōu)先編碼器總 是給優(yōu)先級(jí)別高的設(shè)備先編碼。U19RPAGK 7R14U274LS4SD目口口 TI圖3-4譯碼顯示電路180 0二進(jìn)制譯碼器是將輸入的二進(jìn)制代碼的各種狀態(tài)按特定含義翻譯成對(duì)應(yīng)輸 出信號(hào)的電路。也稱(chēng)為變量譯碼器。若輸入端有n位，代碼組合就有2n個(gè)，當(dāng)然可譯出2n個(gè)輸出信號(hào)。顯示譯碼器由譯碼輸出和顯示器配合使用，最常用的是BCDt段譯碼器。其 輸出是驅(qū)動(dòng)七段字形的七個(gè)信號(hào)，常見(jiàn)產(chǎn)品型號(hào)有74LS4& 74LS47等。字符顯示器：分段式顯示是將字符由分

18、布在同一平面上的若干段發(fā)光筆劃組 成。電子計(jì)算器，數(shù)字萬(wàn)用表等顯示器都是顯示分段式數(shù)字。而LED數(shù)碼顯示器是最常見(jiàn)的。通常有紅、綠、黃等顏色。LED的死區(qū)電壓較高，工作電壓大約3V, 驅(qū)動(dòng)電流為幾十毫安。圖1-3是七段LEDt碼管的引線(xiàn)圖和顯示數(shù)字情況。74LS47 譯碼驅(qū)動(dòng)器輸出是低電平有效,所以配接的數(shù)碼管須采用共陽(yáng)極接法； 而74LS48 譯碼驅(qū)動(dòng)器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管須采用共陰極接法。 數(shù)碼管 常用型號(hào)有BS201 BS202等。圖1-4 (a)是共陰式LED數(shù)碼管的原理圖，使用 時(shí)，公陰極接地，7個(gè)陽(yáng)極ag由相應(yīng)的BCDt段譯碼器來(lái)驅(qū)動(dòng)。3.2.2 倒計(jì)時(shí)電路原理圖如

19、下:v1.0可編輯可修改 v1.0可編輯可修改 #圖3-5倒計(jì)時(shí)模塊原理圖該部分主要由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、74LS48譯碼電路和2個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。 完成的 功能是當(dāng)主持人按下開(kāi)始搶答按鈕后，進(jìn)行30s倒計(jì)時(shí)，到0s時(shí)倒計(jì)時(shí)指示燈亮。當(dāng)有人搶答時(shí)，計(jì)時(shí)停止。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)30s,計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì) 數(shù)器開(kāi)始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停

20、止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒(méi)有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)， 輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無(wú)效圖3-6 555 定時(shí)器連接圖v1.0可編輯可修改 #v1.0可編輯可修改 fo =由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成報(bào)警電/ (RI + 2R2) C,其輸出信號(hào);PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之控制輸入信號(hào)為經(jīng)過(guò)編碼的搶答選%24；M立C4 .:犯555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率 推動(dòng)揚(yáng)聲器。PR為控制信號(hào)，當(dāng)ISO Ji,當(dāng)有人在有效時(shí)間內(nèi)搶答時(shí),定時(shí)時(shí)間到時(shí)無(wú)人搶答時(shí)，輸入信號(hào)為高地平J報(bào)電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)；反之,輸入信吟電平時(shí)，報(bào)警器不工作。74LS4SD將連接好

21、的555定時(shí)器的輸出端接栩六波潞上,呈現(xiàn)如下符合要求的方波。C7FUEA 74LS27BDUSB 74LS279Diff Id IO Q O .r U 0 -LQ1 T J -T - 1 a由哥U14 74LS14SD圖 3 -7 555R1fi:哪砰器輸出波形*LED1skJR 1 LSXIJU6AJ74LSD0D區(qū)1四、第2路搶答器搶答后的顯示，同時(shí)發(fā)光二極管指示燈發(fā)光，如下圖:v1.0可編輯可修改 v1.0可編輯可修改 #圖4-1 搶答電路仿真CT甌的示波器波形：如圖，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)后，CTRk跳，有人搶答時(shí)，CTR下跳v1.0可編輯可修改 #v1.0可編輯可修改 il:U *工n to*u A 5i*e_* o.nct D.OTOV 口 g,曲0) itM- miAjB-j IO gifiLD依漫曲通電里函叵S* 1*5 4 總器元.A .L 23+567 SV(