数电课程设计-四人抢答器

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课程设计说明书

课程名称：数字电子技术、模拟电子技术

设计题目：四人抢答器

院系：电子信息与电气工程学院

同学姓名：曹光宇

学号：202202022021

专业班级：电子信息工程2022级1班

指导老师：胡万里

2022年5月25日

课程设计任务书设计题目四人抢答器

同学姓名曹光宇所在院系电子信息与电

气工程学院

专业、年级、班

电子信息工程

2022级1班

设计要求：

1、设计制作一个可容纳四个组参赛的抢答器，每组一个抢答开关；

2、设置一个抢答开头按键，同时设置抢答定时电路，且计时起点与抢答命令同步，计时尽头是第一个抢答者的抢答信号到来，超时而无人抢答题目作废；

3、系统具有第一抢答信号鉴别和锁存功能，主持人发布抢答命令后，第一抢答者按下抢答键后，电路应登记第一抢答者的组别，并封锁其他各组的抢答信号，即其他任何一组的抢答信号都不会使电路响应；

4、系统采纳声光指示第一抢答者：用扬声器提醒第一抢答者产生；用发光二极管指指示第一抢答者。

同学应完成的工作：

设计一个四人抢答器的电路，并利用Multisim软件举行电路仿真。利用DXP软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB板。按照设计原理对电路举行安装、调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。

四人抢答器

名目

1.设计背景(1)

1.1学习并进一步了解数字电路(1)

1.2脉冲发生电路基本构成及作用(1)

2.设计计划(1)

2.1任务分析(1)

2.2计划论证(1)

3.计划实施(2)

3.1原理图设计(2)

3.2电路仿真(5)

3.3PCB制作(6)

3.4安装与调试(6)

4.结果与结论(7)

5.收获与致谢(7)

6.

1.设计背景

1.1学习并进一步了解数字电路

学习了数字电子技术基础，了解数字电路中的门电路、组合规律电路、触发器、时序规律电路和脉冲的产生与整形等学问。不仅明了它们功能而且知道它们内部的工作原理，为灵便运用这些器件打下了坚实的基础。也让我们对数字电子技术有了整体的熟悉，它普通包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。

通过数电试验的练习让我们更深化了解各个器件的功能，把课本上的理论学问应用于实践，越发清晰的明了了各个器件的功能和用法（包括接口技术），使我们具备了一定的数字电路设计的能力。也为各种器件的综合运用打下了基础。

1.2脉冲发生电路基本构成及作用

脉冲发生电路是数字电路系统中的核心，按照系统的要求首先确定主时钟的频率，通过调整电路中电容电阻值，来调整出我们需要的时钟脉冲。在时钟脉冲及经分频后形成各种时钟脉冲电路的作用下来控制囫囵系统，是囫囵系统都在它的控制下按一定的逻辑工作。本次课程设计中我们采纳的是用555定时器构成的多谐振荡器提供倒计时脉冲和扫描电路的脉冲。

2.设计计划

2.1任务分析

任务是一个四人抢答器：它分为脉冲、报警、抢答、计时、显示等几部分组成。我们小组采纳了先局部后整体的模块化设计思想，按照本次课程设计所提供的器件来设计电路。首先我们要分析各个模块要实现它的功能需要哪些器件，然后再思量怎样衔接这些器件。最后通过规律分析设计如何实现其整体功能。

2.2计划论证

1、怎样得到所需脉冲？我们采纳了用555定时器构成的多谐振荡器，通过调整与它相连的电容和电阻值来得到我们想要的频率（采纳555向导做的）

2、报警如何实现？因为要求是声光报警，我们采纳的是发光二极管和蜂鸣器并联的形式，当有高电平常发光二极管和蜂鸣器同时工作，就实现了声光报警。3、如何显示倒计时？我们采纳七段共阳极的数码管，用74LS47来驱动数码管显示数字。4、计时部分如何实现？首先要有一个脉冲信号（555定时器构成的多谐振荡器）调整它的频率为1HZ，来得到我们所

要的时光信号，用此信号来驱动十进制加减计数器来记录脉冲的个数（即时光），再将此时光用显示电路显示就实现了计时功能。5、抢答部分如何实现第一抢答者按下抢答键后，电路应登记第一抢答者的组别，并封锁其他各组的抢答信号？首先需要四个自立的按键开关供四位抢答者用，第二要想锁存信号就用4D触发器来实现，最后，要想达到第一抢答者按下抢答键后，电路应登记第一抢答者的组别，并封锁其他各组的抢答信号，我们采纳的是四输入双与门来推断是否有人抢答，用一个555定时器构成的多谐振荡器的脉冲与四输入双与门经与门后连到4D触发器的CLK（锁存控制端），因为多谐振荡器脉冲的输入所以电路在不断的扫描是否有人抢答，直到有人抢答后CLK被锁，第一个抢答者的信号也被锁存住，再有其它信号来时4D触发器就不会工作来锁存其它信号了。

3.计划实施

3.1原理图设计

挑选合适的数字器件，multisim软件绘制各单元的规律电路图。

1、显示电路设计

图1显示电路

显示电路是提示抢答者倒计时时光，并能记录下抢答的时刻，因此要将倒计时模块

衔接到显示电路。显示电路是用七段译码器来驱动数码管显示倒计时时光。

2、多谐振荡器电路设计

图2555定时器构成的多谐振荡器电路表1555定时器的功能表输入输出

DR'UTHUTR

UOTD01111×CC2V3>CC2V3×

CC1V3

>CC1V3

>CC1V3

<CC1V3<低电平低电平不变高电平高电平导通导通不变截止截止

由555定时器组成的多谐振荡器的原理是将它的THR端口和TRI端口短接构成施密特触发器。将VOD与R2和C组成的积分电路接到施密特触发器输入端构成多谐振荡器。因为电容C上的电压在VT+与VT-之间往复振动，知电容C的充放电时光T1和T2。T1=(R1+R2)*C*ln2，T2=R2*C*ln2，又由于T=T1+T2,振荡频率为f=1/T。输出脉冲的占空比为q=T1/T。因为设计要求为f=1Hz，占空比为2/3，故R1=R2=48K。因为本次设计提供的是47K的电阻，故有偏差。

3、报警电路设计

图3由LED和蜂鸣器构成的报警电路

报警电路实际衔接时0端没有直接接地，而是由4D触发器的四个~Q端口举行与运算后的端口，当有抢答者抢答时，此端口变成低电平，浮现声光报警。

4、时钟电路设计

图4时钟电路

时钟电路由555定时器组成的多谐振荡器发出1Hz的时钟脉冲接至预置数为9的计数器74LS192的倒计数脉冲输入端。当倒计时为0时借位信号输出，将借位端接至双D触发器的CLK端，从74LS74的~Q的端口输出低电平。将此低电平信号与1Hz的时钟脉冲经过与非门衔接到倒计时脉冲输入端，从而封锁了倒计时模块。囫囵过程恰好实现

了10秒倒计时，实现了时钟设计。

5、抢答电路设计

图5抢答电路

抢答电路的四个抢答开关接至4D触发器的四个输入端，由555定时器构成的多谐振荡器发出高频脉冲信号接触发器的脉冲输入端。当有抢答开关闭合时，触发器将其信号锁存，相应的Q端变成高电平，与其相连的LED发光。同时~Q端口输出低电平和高频脉冲信号经过两个与非门后接至4D触发器的CLK脉冲输入端，使得CLK端向来为低电平，从而封锁了抢答电路，实现了惟独第一个抢答信号有效。

3.2电路仿真

在各单元电路设计的基础上，用Multisim软件把各单元电路衔接起来，画出符合软件要求的系统整体规律电路图。系统整体电路设计完成后，对系统整体举行仿真，验证设计的正确性。验证结果表明彻低符合电路的设计要求。即主持人开关闭合时，开头举行倒计时，当有人抢答时，对应的LED发光二极管亮，并浮现相应的报警。完成总体设计的要求。

图6电路仿真图

3.3PCB制作

1、单位采纳公制单位（mm）。

2、电源线和地线采纳0.6mm,假如从两个焊盘中间穿过时用0.4mm。.

3、信号线采纳0.5mm。假如从两个焊盘中间穿过时用0.4mm。

4、焊盘的内径用0.9mm。外径按照需要举行修改，普通为X方向1.6mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0mm，Y方向1.6mm。

5、过孔的大小和焊盘的设置一样。

6、数码管的封装采纳上下的封装形式。

7、PCB板制作的大小紧凑、美观。

PCB大小选用10*15（单位CM）（实际布线范围应比所选规格要小）。

3.4安装与调试

安装元件时极性不要接反例如发光二极管，极性电容，蜂鸣器等。还有集成器件也应注重，不要插反。电路焊制过程中不要和铜融合以防止短路，另外本次实验中时钟脉

冲开关采纳六角封装，信信号脉冲开关采纳四角封装，因此在安装过程中一定要与PCB板上的电路接法相吻合。电路完成安装后，举行第一次调试，发觉电路工作不稳定，认真检查后发觉电路中存在短路。认为是铜和焊锡少量接触，于是吸锡后重新焊接，举行调试后胜利。举行调试发觉电路工作状态不稳定，有些功能时好时坏，又经反复调试后经分析发觉是2D触发器的问题，它影响倒计时，使得倒计时变快，并且使得抢答失去锁存功能。将2D触发器去掉后倒计时恢复正常，抢答功能也恢复正常。又反复检查电路无误后，经分析我们认为是2D触发器的CLR清零端没有起到清零作用，刚上电Q端就是高电平，就浮现声光报警。经多次调试后发觉是接触不良造成的，惟独多次调整主持人开关才干使电路正常工作。

4.结果与结论

在电路设计的过程中，用Multisim仿真各个模块的功能都正常，整体电路的的仿真也能实现，根据仿真电路画DXP的原理图，并且仿真胜利。然后胜利导入PCB，并正确举行布线，胜利制成电路板。正确安装上元器件后举行电路调试电路浮现不正常状态，经检查后发觉板子上有一处短线。故障排解后电路正常工作了一次然后又不正常了。然后又举行调试发觉电路工作状态不稳定，有些功能时好时坏，又经反复调试后经分析发觉是2D触发器的问题，它影响倒计时，使得倒计时变快，并且使得抢答失去锁存功能。将2D触发器去掉后倒计时恢复正常，抢答功能也恢复正常。又反复检查电路无误后，经分析我们认为是2D触发器的CLR清零端没有起到清零作用，刚上电Q端就是高电平，就浮现声光报警。经多次调试后发觉是接触不良造成的，惟独多次调整主持人开关才干使电路正常工作。终于没能够稳定的达到设计的要求的效果。

5.收获与致谢

经过两个星期的电子技术课程设计，虽然短暂但是让我得到多方面的提高：1、这次课程设计我们采纳三人一组，让我们学会了团结全都，在沟通中取得长进，从问题中提高自己。2、让我学会了multisim和DXP的运用为以后的学习打下了基础。3、让我学会了科学地分析实际问题，在与小组成员成员和小组之间沟通的过程中，打破了我的思维局限，开辟了视野。4、在设计和制作的过程中也培养了我仔细严谨的态度，由于任何一个环节出错都有可能导致失败。5、通过数电课程设计让我对数电有了更深的熟悉，提高了我们的规律思维能力，使我们在规律电路的分析与设计上有了很大的长进。加深了我们对组合规律电路与时序规律电路的熟悉，进一步增进了对一些常见规律器件

的了解。6、我们在设计电路时，碰到无数不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明了，有的通过网络查到，在实践中学习，让我对所学的学问有了更深刻的理解。7、让我熟悉到了数电的学习不是纸上谈兵，应当在实践中学习，在学习中联系实际增加自己的动手能力。

谢谢教师在课程设计中给我们的指导，谢谢小学为我们提供实践的机会和条件，让我明了了学习的办法和方向即理论联系实际，也让我清晰地熟悉到了自己的不足。

6.

7.附件7.1电路原理图

电路原理图如图7所示。

图7电