八路集成电路智力竞赛抢答器.docx
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八路集成电路智力竞赛抢答器
长沙学院
数电课程设计说明书
题目
数字电子技术课程设计
系（部）
电子与通信工程系
专业（班级）
光电信息工程
姓名
***
学号
*****
指导教师
***
起止日期
2012．6.11
2010级光电信息工程专业课程设计任务书（课题一）
系（部）：
电子与通信工程系专业：
光电信息工程
学生姓名
同组者
指导教师
课题名称
八路集成电路智力竞赛抢答器
设计要求及设计参数
1、熟悉74LS175、74LS74芯片各引脚的功能，并逐个说明给出它们的主要技术参数，并简要说明其在电路中的基本作用；
2、根据测试数据，简要说明电路的工作原理及本电路能达到的实用功能；
3、采用应用设计软件完成电路设计，要求仿真通过；并简要说明工作原理；
设计工作量
一周：
1、查找资料，根据要求的格式并结合所查资料写出理论设计方案的全过程，实验操作的步骤、数据以及结论。
2、学习使用MultiSim9软件，利用MultiSim9画出原理图并进行仿真。
3、学习使用Protel软件，利用Protel完成原理图绘制。
进度安排
起止日期
工作内容
备注
主要参考资料
1、康华光。
电子技术基础数字部分（第五版）
2、杨欣、王玉凤、刘湘黔。
电路设计与仿真——基于Multisim9与protel99
3、标准集成电路数据手册TTL电路
指导教师签名
年月日
系（部）主管领导意见
年月日
答辩评委老师
年月日
教研室
意见
年月日
长沙学院课程设计鉴定表
姓名
赖晓枫
学号
2010041101
专业
光电信息工程
班级
1班
设计题目
指导教师
指导教师意见：
评定等级：
教师签名：
日期：
答辩小组意见：
评定等级：
答辩小组长签名：
日期：
教研室意见：
教研室主任签名：
日期：
系（部）意见：
系主任签名：
日期：
说明
课程设计成绩分“优秀”、“良好”、“及格”、“不及格”四类；
摘要6
1.八路集成电路智力竞赛抢答器电路的设计方案6
1.1设计任务与要求6
1.2设计思路与原理6
1.3单元电路设计与参数计算7
1.3.1多谐振荡电路7
1.3.2控制电路8
1.4Multisim仿真元器件的选用8
2.八路集成电路智力竞赛抢答器电路的设计与调试9
2.1控制单元电路9
2.2脉冲产生、分频单元电路9
2.3电路Multisim整体仿真结果与调试10
2.3.1电路仿真结果10
2.3.2仿真脉冲信号10
3.Protel原理图的绘制11
3.1Protel原理图11
3.2PCB图11
4.芯片介绍12
4.174ls17512
4.274LS7414
5.总结与体会15
6.参考文献15
八路集成电路智力竞赛抢答器的设计
摘要：
抢答器在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观地判断出抢答者的机器。
通过抢答者的指示灯显示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答者。
现在以八路集成电路智力竞赛抢答器为例，讲述一下抢答器的功能。
该装置由控制电路、锁存器、矩形波震荡和分频电路组成。
通过震荡电路产生时钟脉冲和控制电路实现电路的控制。
1.八路集成电路智力竞赛抢答器电路的设计方案
1.1设计任务与要求
1、熟悉BP4511、74LS273芯片各引脚的功能，并逐个说明给出它们的主要技术参数，并简要说明其在电路中的基本作用；
2、根据测试数据，简要说明电路的工作原理及本电路能达到的实用功能；
3、采用应用设计软件完成电路设计，要求仿真通过；并简要说明工作原理；
1.2设计思路与原理
如图1所示为总体方框图。
其工作原理为：
通电源后，抢答器处于工作状态，灯灭，主持人宣布“开始”，选手开始抢答，抢答器完成：
优先判断、编号锁存。
当一轮抢答之后，禁止二次抢答。
如果再次抢答必须由主持人操作“复位”开关。
图1电路原理框图
1.3单元电路设计与参数计算
1.3.1多谐振荡电路1、电路结构
多谐振荡器由门电路和阻容元件构成，它没有稳定状态，只有两个暂稳态，通过电容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。
如要求输出振荡频率很稳定的矩形脉冲时，则可采用石英晶体振荡器。
由于矩形脉冲含有丰富的谐波分量，因此，常将矩形脉冲产生电路称作多谐振荡电路。
图2图3
2、工作原理设uO1为低电平0、uO２为高电平1时，称为第一暂稳态；uO1为高电平1、uO２为低电平0时，称为第二暂稳态。
设接通电源后，由于某种原因使uI1产生了很小的正跃变，经G1放大后，输出uO1产生负跃变，经C1耦合使uI２随之下降，G２输出uO２产生较大的正跃变，通过C２耦合，使uI1进一步增大，于是电路产生正反馈过程。
正反馈使电路迅速翻到G1开通、G２关闭的状态。
输出uO1负跃到低电平UOL，uO２（uO）正跃到高电平UOH，电路进入第一暂稳态。
G2输出uO２的高电平经C2、RF1、G1的输出电阻对电容C2进行反向充电，使uI1下降。
同时，uO2的高电平又经RF2、C1、C1的输出电阻对C1充电，uI2随之上升，当uI2上升到G2的阈值电平UTH时，电路又产生另一个正反馈过程。
正反馈的结果使G2开通，输出uO由高电平UOH跃到低电平UOL，通过电容C2的耦合，使uI1迅速下降到小于G1的阈值电压UTH，使G1关闭，它的输出由低电平UOL跃到了高电平UOH，电路进入第二暂稳态。
接着，G1输出的高电平uO1经C1、RF2和G2的输出电阻对C1进行反向充电，uI2随之下降，同时，G1输出uO1的高电平经RF1、C2和G2的输出电阻对C2进行充电，uI1随之升高。
当uI1上升到G1的UTH时，G1开通、G2关闭，电路又返回到第一暂稳态。
3、振荡频率的估算
如多谐振荡器采用CT74H系列与非门组成，当取RF1＝RF2＝RF、C1＝C2＝C、UTH＝1.4V、UOH＝3.6V、UOL＝0.3V时，则振荡周期Ｔ可用下式估算：
T＝2tW≈1.4RFC
当取RF＝1KΩ、C＝100pF～100μF时，则该电路的振荡频率可在几赫到几兆赫的范围内变化。
这时tＷ１＝tＷ２＝tＷ≈0.7RＦC。
输出矩形脉冲的宽度与间隔时间相等。
1.3.2控制电路
下图所示为4路触发锁存电路。
图中，74LS175为4D触发器，74LS20D为双-4输入与非门，74LS00D为六-反相器。
开关阵列电路连接在锁存器1D~4D输入端，当所有开关均未按下时，锁存器输出全为低电平，1Q~4Q的输出经4输入与非门和非门后的反馈信号为高电平，作用于触发器使能端，使锁存器处于等待接受触发输入的状态；当任一开关按下时，输出信号~1Q~~4Q中相应一路为低电平，则反馈信号变为低电平，作用于锁存器使能端，使锁存器被封锁，不再继续接受触发输入，输出保持在封锁前的状态。
图4
1.4Multisim仿真元器件的选用
元件序号
名称
型号与主要参数
数量
1
芯片
74LS175D
２
74LS74D
１
74LS00D
２
74LS20D
１
2
滑动变阻器
10KΩ
1
电阻
1KΩ
9
3
非极性电容
0.1uF
1
4
开关
KEY
9
５
发光二极管
LED
8
表1
2.八路集成电路智力竞赛抢答器电路的设计与调试
2.1控制单元电路
图5
2.2脉冲产生、分频单元电路
图6
2.3电路Multisim整体仿真结果与调试
2.3.1电路仿真结果
图7
2.3.2仿真脉冲信号
图8
3.Protel原理图的绘制
3.1Protel原理图
图9
3.2PCB图
图10
4.芯片介绍
4.174ls175
74ls175是常用的六D触发器集成电路，里面含有6组d触发器，可以用来
构成寄存器,抢答器等功能部件，下面给大家介绍一下74ls175的相关资料。
74ls175引脚图
图11
74ls175管脚功能和内部结构图
图12
功能真值表
表2
4.274LS74
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（D）、置位输入（~SD）复位输入（~RD）、时钟输入（CP）和数据输出（Q、~Q）。
、的低电平使输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。
当、均无效（高电平式）时，符合建立时间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输出端。
74ls74功能表:
表3
图13
5.总结与体会
经过一个星期的课程设计，从中学到了很多，也遇到了很多问题。
不过，所幸的是遇到不懂的问题可以在书上找和到网络上搜索答案。
再不然，还可以请教同学。
开始的时候，只是在理论上对D触发器有一定的了解，基本上不知道它有什么类型、型号的芯片，也不知道它在实际中有什么作用，能干什么。
课程设计中，通过不断的翻阅书籍，到网上查找资料，慢慢开始对D触发器有了更深入的了解。
以前只知道D触发器的逻辑表达式
，知道它可以结合逻辑门构成JK触发器、T触发器、T’触发器等。
D触发器芯片分为共脉冲源和独立脉冲源。
D触发器可以用做数字信号的寄存、移位寄存和波形发生器等，还可以实现分频。
除了对D触发器有了更多的了解，通过将门电路与D触发器配合使用，使自己对门电路的作用也更加深入的了解。
同时，学会了更加熟练的使用门电路。
总而言之，通过这次的课程设计，不但提高了实践动手能力，还学会了将理论知识运用到实际当中。
并且，通过实践，更好的深入理解理论知识。
6.参考文献
（一）康华光．电子技术基础模拟部分（第五版）高等教育出版社,2006.1
（二）杨拴科．模拟电子技术基础（第2版）高等教育出版社2010.11
（三）陈松、金鸿.电子设计自动化技术：
Multisim2001&protel99se东南大学出版社2003
（四）曹丙霞、赵艳华．Protel99se电路原理图与PCB设计及仿真．电子科技大学出版社，2007.5
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