数电课程设计论文报告.docx
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数电课程设计论文报告
目录
摘要2
第一章电路设计4
1.1设计要求4
1.1.1设计背景 4
1.1.2掌握时钟电路的作用及基本构成 4
1.1.3 了解组合逻辑电路掌握组合逻辑电路的设计及触发器的使用 5
1.2四人智力竞赛抢答器的设计原理5
1.3单元电路分析6
1.3.1选手开关6
1.3.2主持人开关6
1.3.3触发锁存电路6
1.3.4抢答电路7
1.3.5倒计时电路7
1.4整体电路9
1.4.1运行情况10
1.4.2电路图封装及电路板仿真结果11
第二章总结与体会12
2.1结论 12
2.2心得 12
第三章答辩记录及评分表13
参考文献15
附录：
16
四人竞赛抢答器的设计
摘要
应用Multisim11.0软件对4路竞赛抢答器进行设计与仿真。
四人智力竞赛抢答器电路主要由抢答电路、倒计时电路、影响电路等构成。
结果表明，该方法仿真效果真实、准确，操作简单，成本低廉的特点。
随着我国经济和文化事业的发展，在很多竞争场合要求有快速公正的竞争裁决，例如证券、股票交易以及各种智力竞赛等。
在现代社会生活中，智力竞赛更是作为一种生动活泼的教育形式和方法能够引起观众极大地兴趣。
而在竞赛中往往分为几组参加，这是针对主持人提出的问题，各组一般要进行必答和抢答，对必答一般有时间限制，倒是有声响提示；对于抢答，要判定哪组先按键，为了公正，就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。
本文介绍了一种利用数字电路实现的抢答系统，具有很强的实用性。
数字抢答器有主体电路与扩展电路组成。
优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛组的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。
抢答器具有数据锁存和显示功能。
抢答开始后，若有选手安东强大按钮，编号立即锁存，并数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出声音提示；同时封锁输入电路，禁止其它选手抢答。
优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
关键词
数字抢答器；锁存器；Muitisim11.0；计时电路
绪论
基于数字电子技术的设计创新和产品创新看起来似乎永无止境，而且它们也的的确确在不断的发展，现代电子产品设计越来越注重产品的易使用型，人机界面一定要良好。
声音、图象等作为人类交往的最重要手段，也被体现在电子产品设计中。
采用一颗语音芯片，让产品开口说话，可以起到强化宣传品牌、指导用户使用、故障紧急提示、娱乐等功能，使产品设计新颖实用、先声夺人、出奇制胜。
第1章电路设计
1.1设计要求
（1）四组参赛者在进行抢答时，当抢答者按下面前的按钮时，抢答器都能准确地判断出抢先者，并显示相应的组号。
（2）抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动封锁其它各组进行抢答。
（3）系统应具有一个总复位开关。
（4）安装自己设计的电路。
（5）运用仿真软件绘制设计电路图（如Multisim）。
（6）可用触发器、锁存器或编码器判断第一抢答者的信号并将其锁存，在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，同时还必须注意，第一抢答信号应在主持人发出抢答命令之后才有效。
（7）当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，或用发光二极管直接指示出组别。
同时控制音频振荡器工作。
（8）限时及显示电路可多谐振荡器、计数器、译码器和数码显示电路组成。
1.1.1设计背景
（1）了解数字电路系统的定义及组成
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。
输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。
比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。
模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。
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。
1.1.2掌握时钟电路的作用及基本构成
时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。
时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。
比如多路可编程控制器中的555多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。
设计时钟电路，应根据系统的要求首先确定主时钟的频率，并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉冲。
1.1.3 了解组合逻辑电路掌握组合逻辑电路的设计及触发器的使用
在组合逻辑电路中，任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。
可以通过各种简单逻辑单元实现各种逻辑关系从而可以设计出判断抢答信号的先后并同时封锁其它信号的到来。
触发器能够存储1位二值信号，由此可以设计出锁存抢答信号的电路。
1.2四人智力竞赛抢答器的设计原理
电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。
当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经4线7段译码器将数字显示在显示器上同时产生音响。
主持人宣布开始抢答时，倒计时电路启动由30计到0，如有选手抢答，倒计时停止。
电路系统结构如图1-1：
图1-1a图主持人控制电路流程图
图1-1b图选手控制电路流程图
1.3单元电路分析
1.3.1选手开关
此电路由4个开关组成，四位抢答者通过开断各自的开关开关实现抢答，给编码器输入高电平，其中低电平为有效抢答信号。
1.3.2主持人开关
此电路由2个开关和一个1kΩ的电阻组成，主持人通过开断开关控制整个电路开合。
1.3.3触发锁存电路
此电路由4D触发器74LS175组成。
它具有以下功能：
1.清零功能（用集成触发器清除端实现，由主持人输入手动负脉冲控制）。
2.四个抢答键控制功能（有按键实现）。
3．显示功能（用LED显示器实现）。
4.脉冲信号控制功能。
其功能表如表1-1：
表1-174LS175功能表
主持人没有按下开关时，选手不得抢答，否则抢选选收对应的指示灯亮，并且显示器显示该选手编号，蜂鸣器不响。
1.3.4抢答电路
图1-2抢答电路
其工作原理为：
本电路采用74LS175四上升沿D触发器，～CLR为清除端（低电平有效）由主持人控制按键J5控制。
各选手的支路分别接芯片四个输入端如图所示，当选手控制的开关闭合后，对应的输入端接高平，如图按下一开关时，此时接下方的电源，主持人未闭合开关，此选手违规抢答，对应的灯亮，并通过数码管便可显示抢答的组别。
当主持人按下J5时，74LS175的清零端为低电平，使其被强制清零，输入的抢答信号无效。
开始时74LS175的清零端接高电平，74LS175正常工作，四个Q非端与在一起为高电平，再和输入的时钟脉冲信号一起给74LS175脉冲端，当有人抢答时，数码管便可显示抢答的组别，CLK有一个为高电平，因此74LS175被锁定，从而使得其他选手按键的输入信号不会被接收。
这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。
当选手回答完毕或时间到后，主持人按下控制开关J5,抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
1.3.5倒计时电路
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下图1-3：
图1-374LS192D引脚图
CLK为置数端，
UP为加计数端，
DOWN为减计数端，
~CO为非同步进位输出端，
~BO为非同步借位输出端，A、B、C、D为计数器输入端，为清零端，QA、QB、QC、
QD为数据输出端。
功能表如下：
表1-274LS192D功能表
输入
输出
CR
LOAD
UP
DOWN
A
B
C
D
QA
QB
QC
QD
1
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
X
X
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
?
1
X
X
X
X
加计数
0
1
1
?
X
X
X
X
减计数
倒计时电路由两个74LS192构成30秒倒计时。
开始时为39秒，当选手抢答后，倒计时器开始倒计时，30秒跑完后，蜂鸣器开始响至主持人按下复位控制按键J5时，蜂鸣器响停止，同时显示为30秒，等待下一轮抢答。
到计时电路如图1-4所示
图1-4倒计时电路
其工作原理为：
74LS192D具有置数功能，理论上用两片74LS192D实现，一片实现十位置数3，D,C接地，B,A接+5V，另一片个位置数0，D,C,B,A全部接地，用减计数功能，UP接+5V,个位DOWN接50Hz,5V矩形脉冲，十位的DOWN接个位的借位端~BO,两片的输出A,B,C,D一次从右向左接上四线输入LED数码管即可。
将各输出端接非门相与如图所示，再将两片与门电路相与控制两芯片的CLK，当输入高电平时，同时清零，输出连接蜂鸣器会响，从而实现30秒倒计时和到点蜂鸣器响的效果。
1.4整体电路
电路图如图1-5所示：
图1-5总电路图
将计时电路与抢答电路连接起来，当计时电路倒计时30秒结束没人抢答时向74LS175D的CLK输入高电平，锁定芯片不能再抢答，当有人抢答时数码显示器显示组别，蜂鸣器响，计时器清零，同样锁定。
1.4.1运行情况
当开始抢答后，主持人会按下加分按键J5倒计时电路会开始倒计时，若选手在规定的抢答时间内抢答成功，组别显示数码管会显示优先抢答的选手组别，同时抢答电路被锁定，其他选手再按下抢答按键时也不会显示，同时主持人按下复位按键J5，J6电路回到初始状态，等待下一轮的抢答；若选手在30秒没有抢答时，时间一到蜂鸣器会报警，此时该选手不得分，主持人按下复位按键J5，J6电路回到初始状态，等待下一轮抢答。
1.4.2电路图封装及电路板仿真结果
图1-6总图电路板
图1-7总图3D视图
第二章总结与体会
2.1结论
本次设计是本人第一次运用数字电路模拟实际的东西。
因而在许多方面都还不熟练,不如说对一些元器件的功能还不完全了解，不能熟练运用，因而不能完全的一次性设计好该电路。
不过通过本次的课程设计我学到了学多的知识，培养了我独立思考问题解决问题的能力，加深了我们对数电、模电知识的理解，巩固了我们的学习知识，有助于我们今后的学习。
总之，在这次的课程设计过程中，我收获了很多，即为我的以后学习设计有很大的帮助，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。
2.2心得
本次课程设计对于我的课题的要求基本上实现了。
这次课程设计时间有点匆忙，虽然大部分的功能都实现了，但是还是会存在不完美的地方，实在是时间有点紧，没办法做长时间的修改。
设计进行地比较成功，对常用的芯片无论是从功能上，还是构造上都在了更深的了解，更重要的是锻炼了我们的动手能力，平时看书都能看得明白，但是到了仿真的时候还是会出现很多的问题，有时候一个小失误致使整个电路工作状态出现错误，但是还是能过一次次的调试，一次次地去修改最后得出了成品。
也学了一个新的软件，这也是很重要的。
反正这次课程设计收获也不少，但是如果时间能够再充分一点，我相信自己能够做得更好。
第三章答辩记录及评分表
课题名称
四人竞赛抢答器的设计
答辩教师（职称）
王银花讲师
答辩时间
2012~2013学年第二学期第15周
答
辩
记
录
评分表
学生姓名
学号
评分
杜伟
1109131074
李波
1109131079
林升
1109131083
宋文龙
1109131090
吴尚昆
1109131100
杨俊
1109131104
尹杰
1109131106
张亚涛
1109131108
参考文献
1.阎石.数字电子技术基础.北京：
高等教育出版社，1989
2.张乃国.电子测量.北京：
人民邮电出版社，1985
3.彭介华.电子技术课程设计指导.北京：
高等教育出版社，1997
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5.臧春华.电子线路设计与应用[M].北京:
高等教育出版社2005.
6.邱关源罗先觉.电路第五版[M].北京高等教育出版社2006.
7.蔡杏山零起步轻松学数字电路人民邮电出版社2006年6月
8.王彩君，杨睿数字电路实验国防工业出版社2006年7月
9.王建新，姜萍电子线路实践教程.科学出版社2003年9月
10.顾德仁，万栋义脉冲与数字电路.高等教育出版社1985年7月
11.刘建成.电子线路试验教程.北京气象出版社2004年1月
12.韩克.电子技能与EDA技术.广州暨南大学出版社2004年4月
13.李银华.电子线路设计指导.北京航空航天大学出版社2005年6
附录：
器件名称
编号
数目
74LS,74LS175D
U1
1
DIPSW8
J1,J2,J3,J5,J6,J7
6
74LS,74LS21D
U3,U17,U18
3
74LS,74LS00D
U4
1
74LS,74LS32D
U5,U6
2
74LS,74LS192D
U7,U10
2
74HC-6V,74HC05-6V
U9,U11,U12,U13,U14,U15,U16,U23
8
74LS,74LS08D
U19,U22
2
74LS,74LS32N
U24
1
SONALERT,SONALERT1KHz
U21
1
升级会员 