《数字电子技术》课程设计范文(格式参考)

PAGEPAGE1《数字电子技术》课程设计课程设计题目：八路数字抢答器系别：信息技术系专业：电气工程及其自动化班级：2012级电气工程及其自动化1班姓名：XXXX学号：20111031203xx指导老师：叶伟慧职称：讲师日期：2014年6月25日广东海洋大学寸金学院教务处制广东海洋大学寸金学院数电课程设计论文PAGEPAGE28目录目录 I摘要 II第1章 前言 III第2章 设计要求 41.1设计任务要求 41.2设计主要技术指标 4第3章 设计思想以及设计流程 52.1设计思想 52.2总电路设计流程 5第4章 电路功能的实现方案 63.1芯片功能介绍 6第5章 电路设计的原理图以及总电路图 124.1工作原理 124.2显示电路原理 124.3控制电路原理 134.4设计思路 144.5总电路原理 144.6各模块设计方案及原理说明 154.6.1抢答电路 154.6.2RS触发器： 164.6.374LS148编码器电路原理 174.6.374LS48驿码器电路原理 17第6章 电路仿真 18第7章 收获、体会 20参考文献 22致谢 23附录 24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,利用电子电路仿真技术,用数字、模拟电子器件设计具有扩充功能的抢答器。该抢答器的设计利用Multisim11完成了原理图设计和电路仿真，具有数字显示、编码译码功能，应用效果良好。关键词:数字电子技术；抢答器；仿真Abstract：Responderisatoolthathasbeenwidelyusedinvariousintelligenceandknowledgecompetitionsoccasions.Thedesigntoeight-wayquizResponderbasicconcepts,fromthepracticalapplication,theuseofelectronicdesignautomation(EDA)technology,withdigital,analogelectronicsdesignextensionoftheansweringdevice.ThedesignoftheResponderuseMultisim11completedtheschematicdesignandcircuitsimulation,withdigitaldisplay,countdownshows,codinganddecodingfunctions,withgoodresults.Keywords:digitalelectronictechnology;Responder;Simulation前言进入21世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中，例如企业、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛,抢答记分器是必要设备。过去在举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。人们于是开始寻求一种能不依人的主观意愿来判断的设备来规范比赛。因此，为了克服这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答器，从最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号的抢答器，再到现在的数显抢答器，其功能在一天的趋于完善不但可以用来倒计时抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确地仪器使得我们的竞赛变得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原则。今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了耗费很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，避免不合理的现象发生。但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求是无法实现，例如参赛人数的增加。随着数字电路的发展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样化，是一种高效能的产品。而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行设计，本次设计主要利用常见的74LS系列集成电路芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。设计要求2.1设计任务要求巩固数字电子技术所学的理论，着重解决工程实践的动手能力、创新能力和进行综合设计的能力。实现74LS48、74LS148H和74LS279等芯片以及多路门电路实现八路数字抢答器在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光或音响等多种手段指示出第一抢答者。（1）设计制作一个可容纳8组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。（2）电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人系统发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用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。2.2设计主要技术指标能实现八路随意抢答，优先权处理②、能实现复位、启动、锁存等功能。设计思想以及设计流程3.1设计思想经过对电路功能的分析，整个八路抢答器可由灯泡、显示器、各路门电路构成，同时根据需要也可以加上报警装置等元器件。3.2总电路设计流程图3-1总电路框图电路功能的实现方案芯片功能介绍1、集成电路74LS148N74LS148N是编码器其逻辑符号如下所示：其真值表如下所示：2、集成电路74LS279N是锁存器其逻辑符号如下所示：74LS279引脚图：其真值表如下所示：RSQ1Q200保持保持0100101111003、集成电路74LS48N是译码器其逻辑符号如下所示：其真值表如下所示：4、与非门74LS00N的逻辑符号如下所示：其真值表如下所示：其逻辑功能为：有0出1，全1出0其逻辑代数式：5、或非门74LS27N的逻辑符号如下所示：电路设计的原理图以及总电路图5.1工作原理电路功能：在选手抢答前，“清除/起始”开关S使基本RS触发器输出端Q为0，使集成8线-3线优先编码器禁止；当主持人按下“清除/起始”开关S时，基本RS触发器输出端Q为1，与优先扩展输出端Yex共同作用，使集成8线-3线优先编码器选通输入端ST为0，允许编码，等待数据输入。此时优先按动序号的组号立即通过编码器按BCD421码输出，经RS锁存器74LS279将该数码锁存到LED显示器上。与此同时，E1由0翻转为1，编码器被禁止。选手抢答实行优先锁存功能，优先抢答选手的编号会一直保持不变，直到主持将系统清除为止。电路还具有抢答限制功能，当主持人开关合上时，所有的选手均不能抢答，起到监督的作用。5.2显示电路原理本设计刚开始本想用74LS138译码显示输出的，但考虑到74LS138译码器是低电平输出不太好实现电路的功能，又改变想用74LS48译码器译码输出显示，因为74LS48译码器是高电平输出，实现起来比较容易。主要多了一个基本RS触发器，以及相对的74LS148引脚与74LS279之间连线的相应改变，这又涉及到之后的提高方案中的连线的改变。它有自身的优点，即基本RS触发器又相当一锁存器（74LS279），它可以对主持人的指令进行进一步的锁存，这样就可以增强它的抗干扰能力5.3控制电路原理1、当主持人将开关S拨到清除位置时，编码显示器无显示，抢答指示灯不亮，表明抢答电路清除成功。3、当主持人将开关S拨到开始位置时。说明电路处于等待工作状态。4、如S7抢答，编码显示器显示数字“7”，抢答指示灯亮，提示有人抢答，本次抢答成功。此时，灯泡会亮，编码器处于禁止工作状态，即使其他选手继续按动按键，也不能改变定时显示器上数字，这说明5、下一轮的抢答要等主持人将开关重新拨到清除位置，才能进行下一轮的抢答。如能实现上述的电路功能，表明电路工作正常，电路的验证及测试通过。5.4设计思路①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。在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该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的组别，也可以用发光二极管直接指示出组别。③在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效5.5总电路原理5.6各模块设计方案及原理说明5.6.1抢答电路此部分电路主要完成的功能是实现八路选手抢答并进行锁存。使用优先编码器74LS148和锁存器74LS297来完成。该电路主要完成两个功能：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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S置于"清除"端时，RS触发器的R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端＝0，使之处于工作状态。当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO=1,七段显示电路74LS48处于工作状态，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，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的此时由于仍为CTR＝1，使优先编码工作标志端＝1，5所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。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5.6.2RS触发器：1.保持状态。当输入端接入==1的电平时，如果基本SR触发器现态=1、=0，则触发器次态=1、=0；若基本SR触发器的现态=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，同理会使=0，=1。只要输入信号=1，=0，无论基本SR触发器的输出现态如何，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的输出端次态翻转为1，而=1和=1共同使G2的输出端=0；同理当=1、=0，也会使触发器的次态输出为=1、=0；只要=0、=1，无论触发器现态如何，均会将触发器置1。&&QQG1G2RSSRRSQQR&&QQG1G2RSSRRSQQRSQ置0置1保持（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1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100111111111101表3-174LS148真值表5.6.374LS148编码器电路原理74LS148的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，允许编码。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~的其中之一有信号时，＝0。~各输入端的优先顺序为：级别最高，级别最低。如果＝0（有信号），则其它输入端即使有输入信号，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，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是给优先级别高的设备先编码。5.6.374LS48驿码器电路原理图3-4译码显示电路图3-4译码显示电路二进制译码器是将输入的二进制代码的各种状态按特定含义翻译成对应输出信号的电路。也称为变量译码器。若输入端有n位，代码组合就有2n个，当然可译出2n个输出信号。显示译码器由译码输出和显示器配合使用，最常用的是BCD七段译码器。其输出是驱动七段字形的七个信号，常见产品型号有74LS48、74LS47等。字符显示器：分段式显示是将字符由分布在同一平面上的若干段发光笔划组成。电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段式数字。而LED数码显示器是最常见的。通常有红、绿、黄等颜色。LED的死区电压较高，工作电压大约1.5~3V，驱动电流为几十毫安。图1-3是七段LED数码管的引线图和显示数字情况。74LS47译码驱动器输出是低电平有效，所以配接的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，所以，配接的数码管须采用共阴极接法。数码管常用型号有BS201、BS202等。图1-4（a）是共阴式LED数码管的原理图，使用时，公阴极接地，7个阳极a~g由相应的BCD七段译码器来驱动。电路仿真抢答电路收获、体会这次课程设计的电路是比较复杂的。虽然以前在模电、Protel课程设计中接触过一些电子电路，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，熟练以后十分顺手。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在通多次对电路的改进，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，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，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，查找原因。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。设计单元电路阶段，这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。所有的设计方法还有步骤在数电书上都有，而且还有例题。这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少，所以做设计的时候要常随手翻阅课本，等于是做了几道数电作业题。这个阶段的难度也不是很大，一般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的部分，因为以前的只是理论而不是真正的实体。所以说它是最重要的。实验阶段我们遇到的问题有：对软件不熟悉；对实验过程中信号的测量知识学习很少；因为各个模块是分开做而后又组装到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合为一个整体，部分工作能行但是接到一起就会出现问题）;针对以上几个问题我们作出了以下的“对策”:软件不熟悉，就借来参考书，一步一步的对着学，而且老师给的资料上也有软件的使用说明，所以随着接触的增加软件也就越来越熟悉，这方面的问题不是太难因为一边理论一边学习正好是学习的好方法，而且也学的特别快。另外就是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。这是应用课本知识的大好时机。总之，通过这次练习我有了很多收获。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了动手能力。在改进电路的过程中，同学们共同探讨，最后的电路已经比初期设计有了很大提高。在让