学士学位论文--基于proteus的八人抢答器正文.doc

毕业设计（论文）标 题： 基于PROTEUS的八人抢答器 摘 要竞赛的原则是公平，公平的前提科学与技术。抢答器作为一种实用的竞赛工具，已经广泛应用于各种竞赛活动场合。本设计是基于prutues基础的八人抢答器，从实际应用出发,利用数字电子技术作为技术参考，选用我们熟悉了解的电子元器件，设计具有实用功能的抢答器。 该设计主要分为三个部分：抢答部分、计时部分、报警部分。抢答部分由74LS573锁存器及74LS48译码显示等主要器件组成。两片74LS192和两片74LS48共同组成计时部分。两个555芯片分别组成单稳态触发器和多谐振荡器构成报警电路。在整个设计中主持人通过控制总开关完成了对整个抢答器的总体控制和置数控制。抢答器的设计利用pruter完成了原理图设计，用prutues软件进行电路设计仿真，实现设计效果。关键词：编码器 译码器 数字电子技术 proteus仿真 课程设计任务书题 目：基于proteus基础八人抢答器 初始条件：确定抢答器实现的功能，熟悉计算机电子电路设计，熟悉设计实验中所需要的元器件，熟练掌握运用proter和proteus软件， 要求完成的主要任务: 1 运用所学的模拟电子技术和数字数字电子技术计算机技术，设计一个能够满足特定要求功能的八人抢答器。2 在protuer软件上绘制电路原理图，3 按照所画的原理图，在pruteus仿真软件上进行仿真。目 录（三号黑体字）摘要 ()一、课程设计任务书 11.1 题目 1.2要求完成的任务 二、总体方案设计 2.1 设计目的 2.2 设计要求与内容 2.3 设计说明与结构图 2.4工作原理三、电子元器件说明图结论 参考文献 附录 后记 二、总体设计方案2.1、设计目的通过八人抢答器的设计与仿真实验，要求学生回顾所学数字电子技术基础和模拟电子基础理论和基础知识，熟悉练习实用protuer软件和pruteus软件。掌握组合电路、时序电路、编程器件和任意集成电路的综合使用及设计方法，熟悉掌握、触发器、计数器、单脉冲触发器、555电路、译码/驱动电路的应用方法，熟悉掌握时序电路的设计方法。达到数字实验课程大纲所要求掌握的基本内容。2.2、设计要求与内容本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等，在这里选择锁存器。（1）设计制作一个可容纳8人或组参赛使用的抢答器，每人或组设置一个抢答按钮供抢答者使用，主持人设置一个按钮控制其他八个按钮的起始、置零与结束。（2）。在主持人系统发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮，同时蜂鸣器报警，并用人序或组别显示电路显示出抢答者的组别，同时指示灯亮。此时，电路应具备自锁存功能，使别组的抢答开关不起作用。（3）可设定时间，若超过设定时间仍无人抢答，则报警指示灯熄灭。电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能，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，也可以用发光二极管直接指示出组别。23 设计说明与结构图为了实现预期设计效果，我们设计了以下方案：在抢答器设计中我们主要运用了数字电子技术的几种基本芯片。其中最用的最多的就是74LS系列的芯片。在本设计中运用了74LS192，74LS48以及锁存器这一系列的逻辑集成电路。在报警这一块电路中555芯片是运用最多。在数字电子技术中555芯片运用相当广泛，单稳态触发器、斯密特触发器和各种控制端的信号系统框图如图2.1所示。抢 答按 钮优先编码电路锁 存器译 码电 路抢 答显 示主持人控制开关时钟脉冲产生定 时电 路显 示译 码时序控制电路报 警电 路定 时显 示提示音电路 图2.1方案系统框图2.4工作原理工作原理简述：接通电源后，主持人将开关拨到清零状态，锁存器处于禁止状态，时序控制电路控制抢答显示器灭灯，同时由主持人控制定时电路设定抢答时间；主持人将开关置“开始”状态，强大显示器人为灭灯状态，宣布开始抢答器工作，定时器开始倒计时，提示音电路给出间断声响提示。当定时时间到，却没有选手抢答时，报警电路报警，同时控制锁存器封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。基本原理图如：四、电子元器件说明图图 附2-4 74LS192引脚图图 附2-5 74LS48引脚图74LS48内部电路图图 附2-6 共阴数码管引脚图图 附2-7 555定时器引脚图锁存器原理图1 XXXXXXXXXXXXXXX（三号黑体字）1.1 XXXXXXXXXXXXXXX（三号黑体字）1.1.1 XXXXXXXXXXXXXX（三号黑体字）XXXXXXXXXXXXXXX（小四号宋体字）2 XXXXXXXXXXXXXXX（三号黑体字）2.1 XXXXXXXXXXXXXXX（三号黑体字）2.1.1 XXXXXXXXXXXXXX（三号黑体字）XXXXXXXXXXXXXXX（小四号宋体字）三、单元模块设计本节主要介绍系统各单元模块的具体功能、电路结构、工作原理、以及各个单元模块之间的联接关系；同时本节也会对相关电路中的参数计算、元器件选择、以及核心器件进行必要说明。3.1抢答电路该部分电路要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。在设计中运用74HC573锁存器锁存抢答选手的编号。然后再紧接着用74LS13和4002组成的一个BCD译码功能块，最后把译码块的结果送到数码管上显示出抢答者的正确编号。如图31该电路由八路开关S1S8所组成，每一竞赛者与一组开关相对应,选手的编号是1到8，开关应为常开型，当按下开关时，开关闭合，输入抢答信号。图3.1选手抢答按钮电路3.2抢答锁存、编码电路抢答器电路由锁存器和按键组成。在未抢答前，8路锁存器74HC573的LE端为高电平，锁存器的输入端的电平能直接送到相应的输出端，当抢答开始后，LE端变成低电平，锁存器锁存，也就是说输入的信号不能送到相应的输出端，各个输出保持锁存前的电平。此时抢答不能进行。当主持人按下时，74HC573的OE为高电平，显示器被清零,抢答被禁止。当主持人开关断开时，抢答被允许。此时如有人抢答，74HC573相对应的输入端则变成低电平，通过反馈74HC573锁存信号。LE控制端保持高电平，抢答准备工作已经完成。当8个抢答开关S1至S8中有一个先按下时，其对应的输入端变为低电平，此低电平被送到锁存器对应的输出端，此时编码器模块开始编码，74HC573执行锁存功能，这时如果有按键按下，锁存器的输出端也不会发生改变，从而实现了锁存的功能和编码的功能。 图3.2 整个抢答部分的电路3.3 定时电路该部分主要由555定时器、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和两个7段数码管及相关电路组成。具体电路如图3.1.4所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路CD4511显示到数码管上,其时钟信号由时钟产生电路提供。74L S192的预置数控制端PL脚为低电平时实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。主持开关弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DS2（十位）和DS3（个位）上，当有人抢答时，停止减计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，两数码管显示00，并输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警,同时以后选手抢答无效。图3.3定时电路3.4报警电路由555定时器扬声器构成的报警电路如图3.4所示。其中555构成多谐振荡器，其输出信号经电容滤波后推动扬声器发声。PR为控制信号。555的4脚为清零端，为低电平时输出低电平，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，使扬声器发生。发生部分中555构成多谐振荡器，其输出信号经电容滤波后推动扬声器发声。DU du为控制信号。555的4脚为清零端，为低电平时输出低电平，当DU du为高电平时，多谐振荡器工作，使扬声器发生。第 14 页 (a) (b) 图3.4报警电路3.5整个系统的时序控制电路 时序控制电路是整个系统中非常重要一部分：图(a)主要是通地采集抢答电路的选手抢答情况而控制报警电路：图(b)该部分是在有抢答时控制74LS573的锁存端：图(c)在计数器倒计到0时仍没有抢答时电平变换来控制启用报警电路。 (a) (b) (c)图3.5 系统时序控制电路4 软件设计原理Protel99SE是Protel公司近10年来致力于Windows平台开发的最新结晶，能实现从电学概念设计到输出物理生产数据，以及这之间的所有分析、验证和设计数据管理。因而今天的Protel最新产品已不是单纯的PCB（印制电路板）设计工具，而是一个系统工具，覆盖了以PCB为核心的整个物理设计。Protel 设计系统是一套建立在IBM兼容PC环境下的EDA电路集成设计系统，由于其高度的集成性与扩展性，一经推出，立即为广大用户所接受，很快就成为世界PC平台上最流行的电子设计自动化软件。 从Protel 98开始，Protel公司将所有应用程序代码从16位升级为32位，使性能大大提高。1999年初，Protel公司推出了Protel 99，其最大的改变是引入了设计数据库文件和设计团队的概念，而后又推出了Protel 99的改进版-Protel 99 SE。Protel 99 SE（Second Edition）在原理图设计和电路仿真方面增加了许多小的功能，而其最主要的改进体现在电路板设计系统方面。使用Protel 99 SE，你将赞叹其强大的功能和应用的弹性。据说Protel99SE的部分最新功能将兼容举世瞩目的图形制作，编辑和处理软件COREL DRAW。当初欧元硬币的设计解决方案由Corel DRAW来完成，COREL DRAW图形套件中，它集位图编辑处理，网页动画，网页发布，页面布局，向量动画等各种必要功能于一身。将会使您大大地提高专业创作的效率。 Protel99 SE共分5个模块，分别是原理图设计、PCB设计（包含信号完整性分析）、自动布线器、原理图混合信号仿真、PLD设计。 以下介绍一些Protel99SE的部分最新功能：可生成30多种格式的电气连接网络表；强大的全局编辑功能；在原理图中选择一级器件，PCB中同样的器件也将被选中； 同时运行原理图和PCB，在打开的原理图和PCB图间允许双向交叉查找元器件、引脚、网络 既可以进行正向注释元器件标号（由原理图到PCB），也可以进行反向注释（由PCB到原理图），以保持电气原理图和PCB在设计上的一致性；满足国际化设计要求（包括国标标题栏输出，GB4728国标库）；方便易用的数模混合仿真（兼容SPICE 3f5）；支持用CUPL语言和原理图设计PLD，生成标准的JED下载文件；PCB可设计32个信号层，16个电源-地层和16个机加工层；强大的“规则驱动”设计环境，符合在线的和批处理的设计规则检查；智能覆铜功能，覆铀可以自动重铺；提供大量的工业化标准电路板做为设计模版；放置汉字功能；可以输入和输出DXF、DWG格式文件，实现和AutoCAD等软件的数据交换；智能封装导航（对于建立复杂的PGA、BGA封装很有用）；方便的打印预览功能，不用修改PCB文件就可以直接控制打印结果；独特的3D显示可以在制板之前看到装配事物的效果；强大的CAM处理使您轻松实现输出光绘文件、材料清单、钻孔文件、贴片机文件、测试点报告等；经过充分验证的传输线特性和仿真精确计算的算法，信号完整性分析直接从PCB启动；反射和串扰仿真的波形显示结果与便利的测量工具相结合；专家导航帮您解决信号完整性问题4.1软件结构图软件结构图如图4.1所示。Advanced Integrity99Protel Advanced Route 99SEProtel Advanced PLD99SEAdvanced SIM99Protel Advanced Schimatic 99SEProtel Advanced PCB 99SEProtel 99SES图4.1 软件结构图4.2工作流程框图工作流程框图如图4.2所示。建一数据库建一原理图文件建一PCB文件元件制作元件制作建一原理图文件建一PCB元件库文件特殊元件设计特殊元件设计原理图设计原理图设计否否检查并生成网络文件元件布局布线检查并生成网络文件文件的保存图42 工作流程框图5系统调试5.1系统仿真总图 见附录2所示。5.2 系统仿真参数设置在系统调试之前，我们需要对系统进行参数设置，如表5.2所示。表5.2元件参数表5.3系统调试5.3.1抢答定时的调试运行proteus仿真。预调抢答时间为30秒钟，在设计中，应用了两个两块74LS192，分别显示个位和十位的数字。这是显示的预设的30秒。在调试中首先要明白计数器的工作原理。第一个数码管显示的是抢答的组的编号。第二个数码管显示是的预调的时间的十位，第三个数码管为预设的时间的个位，如图5.1所示图5.1 调试电路5.3.2抢答功能的调试 图5.2显示的在预设为30秒的时候。在秒表计数为25秒的时候选手5号抢答。图5.2选手抢答5.3.3无人抢答报警调试 如图5.3所示为在倒计时为零时仍然没有人抢答。555组成的多谐振荡器电路报警。图5.3无人抢答报警5.4调试结果分析5.4.1调试中遇到的问题和此电路的不足在调试最初不能锁存，或是锁存不了1和7，则问题在锁存电路，应该从原理上进行分析。锁存电路的设计原理是：启用74HC573的锁存功能端LE，高电平有效，即输入高电平时执行锁存功能。锁存器应能锁定第一个抢答信号，并拒绝后面抢答信号的干扰。如何设计呢，我们对09十个数字的显示笔段进行分析，只有0数字的d笔段亮与g笔段灭，其它数字至少有一点不成立。由此可以区分0与其它数字。我们将LED管的a笔段与g笔段的输入信号反馈到锁存电路，通过锁存电路控制锁存端LE输入为0或1（锁存与否）。当LED显示器显示为0时，LE=0，74HC573译码芯片不锁存；当LED显示器显示其它数字时， LE=1，芯片锁存。这样只要显示器上显示为0，74HC573译码芯片才不锁定，显示其它数字均锁存。所以只要有选手按了按键，显示器上一定是显示18的数字，LE=1芯片锁存，之后任何其他选手再按下按键均不起作用。例如1键先按下，显示器上显示1，LE=1芯片锁存，其他选手再按2-8，显示器上仍显示1，SB1按下之后的任一按键信号均不显示。直到主持人按清零键（总开关），显示器上又显示0，LE=0，锁存功能解除，又开始新一轮的抢答。5.4.1 调试电路已实现的功能通过先分步调试后整体调试的方法，本设计已实现了优先抢答，主持人可以设定抢答时间定时抢答，定时时间到抢答无效并报警。在最初的高度中八路抢答无法实现在倒计时的时候的0.5秒的提示音响，后来通过添加一个74121组成的单稳态触发器实现这一功能。74121集成器件是一种不可重复触发的集成单稳态触发器。通过74121可以完成倒计时的“嘟嘟”提示音。第 18 页6系统功能、指标参数6.1系统功能介绍该系统能够实现优先抢答功能，选手的编号与显示的号码相对应，主持人能够手动清零复位且具有设定抢答时间的功能，抢答时间到若无选手抢答系统能够报警且以后抢答无效。接通电源时，世上主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器上显示设定的时间。当世上主持人。宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器声响提示抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答按钮时，抢答器要完成以下四项工作：优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并锁存器进行上，然后由译码显示电路显示编号扬声器发出短暂声响，提醒台上主持人注意控制电路要对编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答。控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示第八的抢答时间，并保持到主持将系统清零为止。当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便下一轮抢答。6.2计器件及参数八路抢答器元件和参数及型号如表6.1所示6.3系统功能及指标参数分析抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用，二是要使其他选手的按按钮操作无效。选用三个与非门和一个非门组成的一个编码器再加上一个74HC573锁存器达到目的功能定时电路设计：台上主持人根据抢答题的程度。设定一次抢答的时间，时间电路运载计数器进行，选用十同步加、减计数器74LS192进行设计计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供，具体电路如图男.时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：一是主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路的定时电路进入正常抢答工作。二是当参赛选手按动抢答争时，扬声器发声,答电路和定时电路停止工作。三是当设定的抢答时间到，无选手抢答时，抢声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。在八路抢答器的设计中报警和提示音频率由电阻R4和C5以及R24和C7控制在本实验田中R4取的是3欧姆，C5取的是5微法。R24用的5欧姆，C7用的1.5微法。整个电路用电源均为5伏。表6.1八路抢答器元件参数7结论该设计用仿真软件proteus完美的验证了理论分析结果。八路抢答器是一个用途非常广泛的电路，在很多地方都可以见到它们的身影，如在学校、电视台、等竞争的公共场。我设计的这个八路抢答器电路，是以74LS系统的集成芯片为主做的一个整体具有逻辑控制和智能调节时间的智能抢答器，它可以锁定抢答者的编号而且后面在主持人没有清零的情况下后来的人无法抢答。在计时模块中运用了192作为置数和计数两用。主持人可以通过判断韪的难易程度设定抢答时间，在报警电路用利用了555构成的单稳态触发器和多谐振荡器来控制报警。通过这次课程设计，我收获颇多。首先，这次设计过程中我查阅了很多资料，通过查阅各种资料，加深了我对更多理论知识的理解，尤其是对很多元器件、模拟电路和数字电路的理解。通过这次设计进一步加深了我的团队意识，团队协作是非常重要的。更重要的是通过这次课程设计，我的自学能力、解决问题的能力得到了深化以及怎样用最有效率的方法让陌生的东西变得熟悉。不过，这个设计还是有它的不足之处。首先就是电路设计有些复杂，而且他的设计中逻辑门运用过多。这样使得整个线路就相对要复杂一些,它们会耗费掉一定的电力，这些不足之处仍有待解决。结 论（三号黑体字）参考文献（三号黑体字）（小四号宋体字）1、作者名：著作名M，出版地点：出版社名称，出版年（月），第 页第 页。2、作者名：文章名J，学术期刊名， 年第 期，第 页第 页。3、作者名：文章名N，报纸名， 年第 期，第 版。后 记（三号黑体字）XXXXXXXXXXXXXXX（小四号宋体字）