路数字抢答器专业课程设计方案报告.doc

学 号：

课 程 设 计

题 目
八路数字抢答器
学 院
信息工程学院
专 业
通信工程
班 级
通信0803
姓 名
David
指引教师
付琴

7月 9日

课程设计任务书
学生姓名： David 专业班级： 通信0803
指引教师： 付琴 工作单位： 信息工程学院
题 目： 八路数字抢答器

起始条件：规定对数字电路里555电路运用有所理解，同步熟悉计数电路和译码电路运用，还要可以运用Multisim软件进行电路仿真。

规定完毕重要任务：
1． 运用数字电路设计一种可以满足特定规定八路抢答器
2． 绘制电路原理图并进行仿真，规定在报告中画出对的波形。
3． 按照所画原理图，在仿真基本上焊接实物并进行调试。

时间安排：
编 号
任 务
时 间
1
查资料 、原理图设计
3天
2
仿真电路并修改
3天
3
实物焊接与调试
5天
4
报告撰写
2天
5
答辩
1天

指引教师签名： 年 月 日
系主任（或责任教师）签名： 年 月 日
目录
课程设计任务书 2
摘要 4
Abstract 5
一、实验目 6
二、设计规定与内容 6
三、设计及原理 7
3.1 总体方案设计 7
3.1.1 设计思路 7
3.1.2 总电路框图 7
3.2 各模块设计方案及原理阐明 8
3.2.1 抢答电路 8
3.2.2 倒计时电路 12
四、电路仿真 13
4.1 抢答电路 13
4.2 倒计时电路 15
五、实验成果及分析 17
六、收获、体会和建议 19
附录 21
1.总电路图 21
2. 元件引脚图 22
3.元器件清单 24
重要参照文献 25

摘要
抢答器作为一种工具，已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。本设计以八路智力竞赛抢答器为基本概念，从实际应用出发,运用电子设计自动化( EDA)技术,用数字、模仿电子器件设计具备扩充功能抢答器。该抢答器设计运用Multisim11完毕了原理图设计和电路仿真，具备数字显示、倒计时显示、编码译码功能，应用效果良好。

核心词:　电子设计自动化；数字电子技术；抢答器；仿真

Abstract

Responder is a tool that has been widely used in various intelligence and knowledge competitions occasions. The design to eight-way quiz Responder basic concepts，from the practical application，the use of 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，with digital display，countdown shows，coding and decoding functions，with good results.

Key words：EDA；digital electronic technology；Responder；Simulation

八路数字抢答器
一、实验目
通过八路数字抢答器设计实验，规定学生回顾所学数字电子技术基本理论和基本实验，掌握组合电路、时序电路、编程器件和任意集成电路综合使用及设计办法，熟悉掌握优先编码器、触发器、计数器、单脉冲触发器、555电路、译码/驱动电路应用办法，熟悉掌握时序电路设计办法。达到数字实验课程大纲所规定掌握基本内容。
二、设计规定与内容
在许多比赛活动中，为了精确、公正、直观地判断出第一抢答者，普通设立一台抢答器，通过数显、灯光或音响等各种手段批示出第一抢答者。
（1）设计制作一种可容纳8组参赛数字式抢答器，每组设立一种抢答按钮供抢答者使用。
（2）电路具备第一抢答信号鉴别和锁存功能。在主持人系统发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组批示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者组别，同步批示灯(发光二极管)亮。此时，电路应具备自锁存功能，使别组抢答开关不起作用。
（3）若超时仍无人抢答，则报警批示灯熄灭。

三、设计及原理
3.1 总体方案设计
3.1.1 设计思路
①本题主线任务是精确判断出第一抢答者信号并将其锁存。实现这一功能可选取使用触发器或锁存器等。在得到第一信号之后应及时将电路输入封锁，虽然其她组抢答信号无效。同步还必要注意，第一抢答信号应当在主持人发出抢答命令之后才有效。

②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组别，也可以用发光二极管直接批示出组别。

③在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有组别抢答，显示该组别并使抢答批示灯亮表达“已有人抢答”；当计时时间到，仍无组别抢答，则计时批示灯灭表达“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。、
3.1.2 总电路框图

图 3-1总电路框图
3.2 各模块设计方案及原理阐明
3.2.1 抢答电路
此某些电路重要完毕功能是实现8路选手抢答并进行锁存，同步有相应发光二极管点亮和数码显示。
使用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完毕。该电路重要完毕两个功能：一是辨别出选手按键先后，并锁存优先抢答者编号，同步译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其她选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S 置于"清除"端时，RS 触发器 R、S 端均为0，4 个触发器输出置0，使74LS148 优先编码工作标志端＝ 0，使之处在工作状态。当开关S 置于"开始"时，抢答器处在等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148 输出经RS 锁存后，CTR=1,RBO =1，七段显示电路74LS48 处在工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR ＝1，使74LS148 优先编码工作标志端＝１，处在禁止状态，封锁其她按键输入。当按键松开即按下时，74LS148 此时由于仍为CTR＝1，使优先编码工作标志端＝1， 5 因此74LS148 仍处在禁止状态，保证不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者优先性。只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其她组进行编码。通过74LS48译码器使抢答组别数字显示0-7。如有再次抢答需由主持人将S 开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。
原理图如下：

图 3-2 抢答模块原理图
RS触发器：
1. 保持状态。当输入端接入==1电平时，如果基本SR触发器现态=1、=0，则触发器次态=1、=0；若基本SR触发器现态=0、=1，则触发器次态=0、=1。即==1时，触发器保持原状态不变。
2. 置0状态。当=1，=0时，如果基本SR触发器现态为=1、=0，因=0，会使=1，而=1与=1共同作用使端翻转为0；如果基本SR触发器现态为=0、=1，同理睬使=0，=1。只要输入信号=1，=0，无论基本SR触发器输浮现态如何，均会使输出次态置为0态。
3. 置1状态。当=0、=1时，如果触发器现态为=0、=1，因=0，会使G1输出端次态翻转为1，而=1和=1共同使G2输出端=0；同理当=1、=0，也会使触发器次态输出为=1、=0；只要=0、=1，无论触发器现态如何，均会将触发器置1。
&

&

Q

Q

G1

G2

R

S

S R

R

S

Q

Q

R

S

Q

置0

置1

保持

4. 不定状态。当==0时，无论触发器原状态如何，均会使=1，=1。当脉冲去掉后，和同步恢复高电平后，触发器新状态要看G1 和G2两个门翻转速度快慢，因此称==0是不定状态，在实际电路中要避免此状态浮现。基本RS触发器逻辑图、逻辑符号和波形图如图1-7所示。

（a）逻辑图 (b) 逻辑符号 (c) 波形图
图 3-3 基本SR触发器

输 入
输 出

1
X
X
X
X
X
X
X
X
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
0
1
0
X
X
X
X
X
X
0
1
0
0
1
0
1
0
X
X
X
X
X
0
1
1
0
1
0
0
1
0
X
X
X
X
0
1
1
1
0
1
1
0
1
0
X
X
X
0
1
1
1
1
1
0
0
0
1
0
X
X
0
1
1
1
1
1
1
0
1
0
1
0
X
0
1
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
表 3-1 74LS148真值表
4LS148输入端和输出端低电平有效。~是输入信号，~为三位二进制编码输出信号，＝1时，编码器禁止编码，当＝0时，容许编码。是技能输出端，只有在＝0，而~均无编码输入信号时为0。为优先编码输出端，在＝0而~其中之一有信号时，＝0。~各输入端优先顺序为：级别最高，级别最低。如果＝0（有信号），则其他输入端虽然有输入信号，均不起作用，此时输出只按编码，＝000。优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有各种外设申请中断时，优先编码器总是给优先级别高设备先编码。

图 3-4 译码显示电路

二进制译码器是将输入二进制代码各种状态按特定含义翻译成相应输出信号电路。也称为变量译码器。若输入端有n位，代码组合就有2n个，固然可译出2n个输出信号。
显示译码器由译码输出和显示屏配合使用，最惯用是BCD七段译码器。其输出是驱动七段字形七个信号，常用产品型号有74LS48、74LS47等。
字符显示屏：分段式显示是将字符由分布在同一平面上若干段发光笔划构成。电子计算器，数字万用表等显示屏都是显示分段式数字。而LED数码显示屏是最常用。普通有红、绿、黄等颜色。LED死区电压较高，工作电压大概1.5~3V，驱动电流为几十毫安。图1-3是七段LED数码管引线图和显示数字状况。74LS47译码驱动器输出是低电平有效，因此配接数码管须采用共阳极接法；而74LS48译码驱动器输出是高电平有效，因此，配接数码管须采用共阴极接法。数码管惯用型号有BS201、BS202等。图1-4（a）是共阴式LED数码管原理图，使用时，公阴极接地，7个阳极a~g由相应BCD七段译码器来驱动。
3.2.2 倒计时电路
原理图如下：

图 3-5 倒计时模块原理图
该某些重要由555 定期器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192 减法计数电路、74LS48 译码电路和 2 个 7 段数码管即有关电路构成。完毕功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行30s倒计时，到0s时倒计时批示灯亮。当有人抢答时，计时停止。两块74LS192 实现减法计数，通过译码电路 74LS48 显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74LS192 预置数控制端实现预置数30s，计数器时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，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上，当有人抢答时，停止计数并显示此时倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间届时， 输出低电平届时序控制电路，控制报警电路报警，同步后来选手抢答无效。

图 3-6 555定期器连接图

由555定期器和三极管构成报警电路。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝ 1.43／［（RI＋2R2）C］，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
控制输入信号为通过编码抢答选手信号，当有人在有效时间内抢答时，定期时间届时无人抢答时，输入信号为高电平，报警电路发出报警信号；反之，输入信号为低电平时，报警器不工作。
将连接好555定期器输出端接在示波器上，呈现如下符合规定方波。
图3 -7 555定期器输出波形

四、电路仿真
4.1 抢答电路
第2路抢答器抢答后显示，同步发光二极管批示灯发光，如下图：

图 4-1 抢答电路仿真
CTR端示波器波形：
如图，拨动开关后，CTR上跳，有人抢答时，CTR下跳
图 4-2 CTR端仿真曲线
4.2 倒计时电路
倒计时开始后开始计数，同步倒计时批示灯亮直到倒数到0秒熄灭，如下图：

图 4-3 倒计时电路仿真
在BO1和BO2端放置示波器，波形如图：
计时器个位减到0时，BO1浮现一种下跳；计时器十位减到0时，BO2浮现一种下跳。

图 4-4 BO1端仿真曲线

图 4-5 BO2端仿真曲线

五、实验成果及分析
接通电源，开关打到预置端，倒计时数码管显示30。主持人拨动开关后，倒计时电路开始从30秒倒数，8路触点开关处在待命状态。
图 5-1 倒计时状态
若有选手按下所在开关（抢答），抢答电路显示选手所在编码（0～7），倒计时电路停止计时。同步其她选手所在开关被锁定，抢答无效。
图 5-2 抢答显示
如果30秒倒计时结束后仍无人抢答，LED灯熄灭，倒计时电路锁定为00，抢答不再有效。
这时只需主持人重新将开关打到预置段，整个电路所有回到初态。准备进行下一轮抢答。

图 5-5 计时锁定

六、收获、体会和建议
这次课程设计电路是比较复杂。虽然此前在模电、Protel课程设计中接触过某些电子电路，但在初期还是感到无从下手。这是我第一次接触multisim软件，感觉它比Protel更灵活易用，纯熟后来十分顺手。在整个电路设计过程中，耗费时间最多是各个单元电路连接及电路细节设计上，在各种方案选取中，咱们仔细比较分析其原理以及可行因素，最后还是在通多次对电路改进，上机仿真以及接线调试，终于使整个电路可稳定工作。设计过程中，我深刻体会到在设计过程中，需要重复实践，其过程很也许相称啰嗦，有时花很长时间设计出来电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找因素。设计思路是最重要，只要你设计思路是成功，那你设计已经成功了一半。因而咱们应当在设计前做好充分准备，像查找详细资料，为咱们设计成功打下坚实基本。
设计单元电路阶段，这个阶段可以说是考察数电课本知识阶段。所有设计办法尚有环节在数电书上均有，并且尚有例题。这个阶段遇到重要问题就是此前知识忘掉不少，因此做设计时候要常随手翻阅课本，等于是做了几道数电作业题。这个阶段难度也不是很大，普通翻课本就可以找到答案并解决问题。
实验阶段可以说是这次设计中最重要某些，由于此前只是理论而不是真正实体。因此说它是最重要。实验阶段咱们遇到问题有：对软件不熟悉；对实验过程中信号测量知识学习很少；由于各个模块是分开做而后又组装到一起，因此兼容性不是较好（也就是不能融合为一种整体，某些工作能行但是接到一起就会浮现问题）;针对以上几种问题咱们作出了如下“对策”:软件不熟悉，就借来参照书，一步一步对着学，并且教师给资料上也有软件使用阐明，因此随着接触增长软件也就越来越熟悉，这方面问题不是太难由于一边理论一边学习正好是学习好办法，并且也学特别快。
制作过程是一种考验人耐心过程，不能有丝毫暴躁，电路焊接要一步一步来，焊点多，走线复杂。这又要咱们要灵活解决，一边操作一边构思，在不影响实验前提下加快进度。
此外就是要纯熟地掌握课本上知识，这样才干对实验中浮现问题进行分析解决。这是应用课本知识大好时机。
总之，通过这次练习我有了诸多收获。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能过程中，特别有趣，培养了我设计思维，增强了动手能力。在改进电路过程中，同窗们共同探讨，最后电路已经比初期设计有了很大提高。在让我体会到了设计电路艰辛同步，更让我体会到成功喜悦和高兴。

电路改进方案
在计时电路中加入运放和蜂鸣器运放外接12V电源并单独接地，抢答时间结束时可以发出“滴……”声音表达报警。

附录
1.总电路图

图 附1-1 电路原理图

2. 元件引脚图
图 附2-3 74LS148引脚图
图 附2-4 74LS192引脚图
图 附2-2 74LS00引脚图
图 附2-1 74LS00引脚图与功能表

图 附2-6 共阴数码管引脚图
图 附2-7 555定期器引脚图
图 附2-5 74LS48引脚图

图 附2-8 74LS279引脚图

3.元器件清单
5V共阴数码管 3个
译码器74LS48D 3个
RS触发器 74LS279D 1个
优先编码器74LS148D 1个
可逆计数器74LS192D 2个
555定期器 1个
2输入与非门74LS00D 1个
4输入与非门74LS20D 1个
10kΩ电阻 9个
500Ω电阻2个
50kΩ电阻 1个
15kΩ电阻 1个
180Ω电阻21个
发光二极管 2个
触点开关8个
拨动开关 1个
33nF涤纶电容 1个
10nF瓷片电容 1个
导线 若干

重要参照文献
《数字电子技术基本》 范文兵 清华大学出版社
《数字电路逻辑设计（第三版）》 王毓银 高等教诲出版社
《数字电路实验基本》 崔葛瑾 同济大学出版社
《数字电路实验与课程设计》 吕思忠、施齐云 哈尔滨工程大学出版社
《电子线路 设计 实验 测试（第三版）》 谢自美 华中科技大学出版社
《Multsim9在电工电子技术中应用》 董玉冰 清华大学出版社
《数字电路及制作实例》 陈振官 国防工业出版社