六路抢答器新版说明书终极版.doc

数字电子技术 课程设计任务书一、设计题目、内容及要求设计题目：数字抢答器设计 设计内容：1、设计一个可同时供6位选手参与6路数字显示抢答器，选手每人一个抢答按钮，抢答开始后，抢答器含有优先抢答功效，最先抢答成功选手编号能被显示，并有音响提醒，当有选手抢答成功时，严禁其它选手抢答，直到主持人将系统清零为止；2、主持人有控制开关，能够手动清零复位，当主持人按下开始按键是才能够抢答，显示倒计时9秒，在要求时间抢答有效，同时倒计时停止，直到主持人将系统清零为止。3、假如抢答时间已到，却没有选手抢答，则此次抢答无效，严禁选手超时后抢答。设计要求： 1、依据任务要求设计中各个电路模块； 2、给出multisim仿真结果； 3、设计说明书要包含设计总结；二、设计原始资料Multisim仿真软件三、要求设计结果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）1、课程设计说明书2、multisim仿真图四、进程安排-7-7-7-9依据设计要求设计电路，并用multisim进行仿真-7-10-7- 11撰写课程设计说明书，答辩五、关键参考资料1.王鸿明，段玉生.电工和电子技术.高等教育出版社，.122.阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，.23.吴俊芹.电子技术实训和课程设计.机械工业出版社，.4指导老师（署名）：教研室主任（署名）：课程设计成绩评定表出勤情况出勤天数 缺勤天数成绩评定出勤情况及设计过程表现（20分）课设答辩（20分）说明书（20分）设计结果（40分）总成绩（100分）提问（答辩）问题情况综合评定 指导老师署名： 年 月 日目 录1引言12 仿真软件介绍22.1 Multisim发展介绍22.2 Multisim 13概述22.3 使用注意事项23 系统组成及工作原理33.1系统组成33.2系统工作原理34单元电路设计44.1抢答电路设计44.2定时电路设计54.3 报警电路设计74.4 时序电路设计74.5相关元器件介绍84.5.1 74LS148优先编码器84.5.3 十进制同时加减计数器74LS19094.5.4 74LS48译码器105 系统仿真和测试125.1仿真步骤125.2仿真结果及分析126 心得体会15参考文件16附录元件清单17附录总体电路181 引言伴随社会发展抢答器作为一个工具已经广泛应用于多种智力竞赛场所。此次设计以六路抢答器为基础概念，从实际应用出发，利用逻辑电路基础，由抢答电路、倒计时电路、报警电路组成。实现能同时供6人抢答电路。该抢答器设计利用Multisim完成了原理图设计和电路仿真，含有数字显示、倒计时显示、编码译码功效。数字系统课程设计是一门独立课程、有独立学分实践性教学步骤，同“数字逻辑和数字系统”理论讲讲课程有密不可分关系，起着相辅相成作用，也是在“数字逻辑和数字系统”课基础上，深入深化实践步骤。其关键目标是经过指导学生循序渐进地独立完成数字电路设计任务，加深学生对理论知识了解，提升学生动手能力，独立分析、处理问题能力，协调能力和发明性思维能力。提升学生在数字电路应用方面实践技能，树立严谨科学作风，培养学生综合利用理论知识处理实际问题能力，学生经过电路设计、安装、调试、整理资料等步骤，初步掌握工程设计方法和组织实践基础技能，逐步熟悉开展科学实践程序和方法，本课程设计培养、启发学生发明性思维，深入了解数字系统概念，掌握小型数字系统设计方法，掌握小型数字系统组装和调试技术，掌握查阅相关资料技能。经过此次设计，加强学生团结合作意识，提升独立处理问题能力；经过指导学生循序渐进地独立完成数字电路设计任务，加深学生对理论知识了解，提升学生动手能力，独立分析、处理问题能力，协调能力和发明性思维能力。提升学生在数字电路应用方面实践技能，树立严谨科学作风，培养学生综合利用理论知识处理实际问题能力，学生经过电路设计、安装、调试、整理资料等步骤，初步掌握工程设计方法和组织实践基础技能，逐步熟悉开展科学实践程序和方法，本课程设计培养、启发学生发明性思维，激励学生开拓创新，为以后走向社会打下坚实基础；同时深入了解数字系统概念，掌握小型数字系统设计方法，掌握小型数字系统组装和调试技术，掌握查阅相关资料技能。2 仿真软件介绍2.1 Multisim发展介绍工程师们能够使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真复杂内容，这么工程师无需知道深入SPICE技术就能够很快地进行捕捉、仿真和分析新设计，这也使其更适合电子学教育。经过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者能够完成从理论到原理图捕捉和仿真再到原型设计和测试这么一个完整综合设计步骤。2.2 Multisim 13概述Multisim10是美国NI企业推出以Windows为基础仿真工具，适适用于板级模拟、数字电路板设计工作。它包含了电路原理图图形输入、电路硬件描述语言输入方法，含有丰富仿真分析能力。有了Multisim 软件，就相当于拥有了一个设备齐全试验室，能够很方便从事电路设计、仿真、分析工作。此软件能够为你提供以下便利：经过直观电路图捕捉环境, 轻松设计电路； 经过交互式SPICE仿真, 快速了解电路行为；借助高级电路分析, 了解基础设计特征；经过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试； 经过改善、整合设计步骤, 降低建模错误并缩短上市时间； NI Multisim软件结合了直观捕捉和功效强大仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您能够立即创建含有完整组件库电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模拟电路行为。借助专业高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计步骤中提早对电路设计进行快速验证，从而缩短建模循环。和NI LabVIEW和SignalExpress软件集成，完善了含有强大技术设计步骤，从而能够比较含有模拟数据实现建模测量。 所以此次课设能深入了解交通信号灯应用原理，愈加好掌握所学知识，将理论联络实际，而且在实际操作中培养自己实际动手能力，将理论应用和实际生活中。2.3 使用注意事项不要长时间使软件处于仿真状态，以免死机；删除元件、仪器、连线等，一定要在断开仿真开关情况下；注意数字地和模拟地差异，使用标准符号；LED数码管极性；分模块调试，最终综合调试。3 系统组成及工作原理3.1系统组成框图定时抢答器总体框图以下图3-1：图3-1 系统组成图抢答按钮锁存器编码器主持人控制开关控制电路计时器秒脉冲产生电路计分电路译码显示数码管显示显示驱动器译码显示报警电路3.2系统工作原理抢答器由输入电路，判别电路，显示电路，秒脉冲发生器，计时电路和报警电路等组成。计数器选择十进制减法计数器，计数输入由秒脉冲发生器提供。电路包含主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基础抢答功效，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其它选手抢答无效。扩展电路完成定时抢答功效和报警功效。电路工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于严禁状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定时间（9s），当主持人将控制开关置于 “开始”时，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功效：优先编码电路判定抢答者编号，并由锁存器进行锁存，然后经过译码显示电路在数码管上显示抢答者编号；扬声器发出短暂声响；控制电路对其它输入编码进行封锁，严禁其它选手进行抢答；控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩下抢答时间，当选手将问题回复完成，主持人操作控制开关使系统回复到严禁工作状态，方便进行下一轮抢答。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，严禁选手超时后抢答。4单元电路设计4.1抢答电路设计1.抢答器电路 参考电路图所表示。该电路完成两个功效：一是分辨出选手按键前后，并锁存优先抢答者编号，同时译码显示电路显示编号；二是严禁其它选手按键操作无效。工作过程：开关S置于清除端时，RS触发器（此处用74ls279替换） R端均为，个触发器输出置，使74LS148 ，使之处于工作状态。当开关S置于开始时，抢答器处于等候工作状态，当有选手将键按下时（如按下J1），74LS148输出 经RS锁存后，2Q2=1,74LS48处于工作状态，2Q1 1Q2 1Q1=001,经译码显示为1。另外，21，使74LS148 ，处于严禁状态，封锁其它按键输入。当按键松开即按下时，74LS148 此时因为仍为21，使EI ，所以74LS148仍处于严禁状态，确保不会出二次按键时输入信号，确保了抢答者优先性。如有再次抢答需由主持人将开关重新置清除，然后再进行下一轮抢答。RS触发器工作原理以下。74LS148为线线优先编码器，表1-1为其功效表。2.RS触发器：(1) 保持状态。当输入端接入=1电平时，假如基础SR触发器现态=1、=0，则触发器次态=1、=0；若基础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，假如基础SR触发器现态为=1、=0，因=0，会使=1，而=1和=1共同作用使端翻转为0；假如基础SR触发器现态为=0、=1，同理会使=0，=1。只要输入信号=1，=0，不管基础SR触发器输出现态怎样，均会使输出次态置为0态。(3) 置1状态。当=0、=1时，假如触发器现态为=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，不管触发器现态怎样，均会将触发器置1。(4) 不定状态。当=0时，不管触发器原状态怎样，均会使=1，=1。当脉冲去掉后，和同时恢复高电平后，触发器新状态要看G1 和G2两个门翻转速度快慢，所以称=0是不定状态，在实际电路中要避免此状态出现。抢答器电路以下图3-1所表示图4-1 抢答电路4.2定时电路设计该部分关键由555定时器秒脉冲产生电路、十进制可逆计数器74LS190，译码电路，7段数码管等相关电路组成。定时电路以下:图4-2 定时电路工作过程为：抢答开始前，74LS190置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为9，5引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲冲推进右边芯片开始倒记时，同时右边芯片产生信号做为左边芯片CP信号推进左边芯片倒记时，完成十进制倒记时功效。当有些人抢答后1Q输出为1，经过非门后变为0，经过和门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间功效。当倒计时0秒时，左边芯片产生定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为0。当有些人抢答时，停止计数并显示此时倒计时时间；假如没有些人抢答，且倒计时9s时间到时， 输出低电平到时序控制电路，以后选手抢答无效,并报警。4.3 报警电路设计图4-3 报警电路其中555组成多谐振荡器，振荡频率为：f0=1/(R12+2R13)*C*ln2=1.43/(R12+2R13)*C1其输出信号经三极管推进扬声器。，555芯片4号管脚（RST）作为控制端，当4号管脚，蜂鸣器发出声音；当4号管脚为高电平时，蜂鸣器不发声。使4号管脚为高电平有两种情况，即9秒内有些人抢答，或时间到没人抢答。和4号管脚相连为74LS148ET端。4.4 时序电路设计这是抢答器设计关键，它要完成以时序控制电路下三项功效：主持人将控制开关拨到“开始”位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态，当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。当设定抢答时间到，无人抢答时，抢答电路和定时电路停止工作。电路整体思绪：整个电路其关键点在于使能端ET，以此为中心展开电路模块之间连接,使能端ET有两方面控制，一：由锁存器中锁存信号，图4-4中U7A中7管脚；二：由74LS190借位输出端控制。当有些人抢答或倒计时时间到，全部会使ET为高电平，最终达成抢答选手被锁定后其它选手选择无效和倒计时时间到后选手不可再抢答目标。时序电路是整个电路灵魂，它将部分电路逐一连接起来，需要达成设计要求；即有选手抢答，抢答器停止倒计时，同时其它选手抢答无效，确保了优先性，同时响铃；倒计时时间到，选手抢答无效，同时响铃。中间关键依靠和门，非门，或门等将其连接，达成功效。下面用整体电路来展示其整体思绪。（见附录二）ET得到信号经非门，和555定时器脉冲信号经和门，可控制脉冲产生当ET得到高电平时，非门后为低电平，使脉冲处于低电平，计数器74LS190不再计数4.5相关元器件介绍4.5.1 74LS148优先编码器下图为74LS148功效介绍，ST为使能端，控制芯片工作；当无输入时，YEX=1，有输入时，YEX=0。其管脚分布以下：图4-5 译码器管分布在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端（优先等级最低位）有低电平输入时，A2A1A0均为111，出现了输入条件不一样而输出代码相同情况，这可由GS状态加以区分，当GS1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时A2A1A0=111为非编码输出；GS0时，A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时输出代码（编码输出）。EO只有在EI为0，且全部输入端全部为1时，输出为0，它可和另一片一样器件EI连接，方便组成更多输入端优先编码器。 输入优先等级次为7，6，0。输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先等级高输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应输入端代码。比如5为0。且优先等级比它高输入6和输入7均为1时，输出代码为010，这就是优先编码器工作原理。4.5.2 555定时器555定时器是一个多用途数字/模拟混合集成电路，含有开关特征，能够组成多种单元脉冲电路，图4-5。其功效关键由两个比较器决定。两个比较器输出电压控制 RS 触发器和放电管状态。在电源和地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 同相输入端电压为 2VCC /3，C2 反相输入端电压为VCC /3。若触发输入端 TR 电压小于VCC /3，则比较器 C2 输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。假如阈值输入端 TH 电压大于 2VCC/3，同时 TR 端电压大于VCC /3，则 C1 输出为 0，C2 输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。图4-5其中555组成多谐振荡器，振荡频率为：f0=1/(R12+2R13)*C*ln2=1.43/(R12+2R13)*C1其输出信号经三极管推进扬声器。，555芯片4号管脚（RST）作为控制端，当4号管脚，蜂鸣器发出声音；当4号管脚为高电平时，蜂鸣器不发声。使4号管脚为高电平有两种情况，即十秒内有些人抢答，或时间到没人抢答。和4号管脚相连为74LS148ET端。4.5.3 十进制同时加减计数器74LS1901.芯片管脚介绍74LS190 为可预置十进制同时加/ 减计数器，74LS190预置数是异步，当置入控制端（Load）为低电平时，不管时钟（CP）状态怎样, 输出端（Q0Q3）即可预置成和数据输入端（D0D3）相一致状态。190 计数是同时，当计数控制端（CTEN ）为低电平时，在CP 上升沿作用下Q0Q3同时改变，从而消除了异步计数器中现计数尖峰。当计数方法控制（U /D）为低电平时进行加计数，当计数方法控制（U /D）为高电平时进行减计数。只有在CP 为高电平时CTEN 和U /D 才能够跳变。190 有超前进位功效，当计数溢出时，进位/错位输出端（CO/BO）输出一低电平脉冲，其宽度为CP 脉冲周期高电平脉冲；行波时钟输出端（ RC ）输出一个宽度等于CP 低电平部分低电平脉冲。利用 RC 端，可级联成N 位同时计数器。当采取并行CP控制时，则将RC 接到后一级CT ；当采取并行CT 控制时，则将RC 接到后一级CP。2.引出管脚符号：CO/BO进位输出/错位输出端；CLK 时钟输入端（上升沿有效）；CTEN 计数控制端（低电平有效）；D0D3 并行数据输入端；LOAD 异步并行置入控制端（低电平有效）；Q0Q3 输出端；RC 行波时钟输出端（低电平有效）；U /D 加/减计数方法控制端图4-6 74HC190管脚图4.5.4 74LS48译码器74LS48N是七段显示译码器，其管脚图以下图所表示。现将各管脚功效介绍一下：1. A、B、C、D是BCD码输入端；a b c d e f g是输出端；试灯输入端：低电平有效。当0时，数码管七段应全亮，和输入译码信号无关。本输入端用于测试数码管好坏；动态灭零输入端：低电平有效。当1、0、且译码输入为0时，该位输出不显示，即0字被熄灭；当译码输入不全为0时，该位正常显示。本输入端用于消隐无效0。如数据0034.50可显示为34.5； 灭灯输入/动态灭零输出端：这是一个特殊端钮，有时用作输入，有时用作输出。看成为输入使用，且0时，数码管七段全灭，和译码输入无关。看成为输出使用时，受控于和：当1且0时，0；其它情况下1。本按钮关键用于显示多位数字时，多个译码器之间连接。本设计将、全部置高电平。 图4-10 LED显示器图4-9 74LS48管脚图2. 共阴极七段LED显示器是较常见显示数码管，但在使用时要注意是：我们自己用数码管是共阴极还是共阳极，因为所用为共阳极，所以其管脚CA端高电平；假如为共阴极极，其管脚COM段要接低电平。数码管关键作用是为了显示译出数字，在试验过程中应该慎重选择连接，切记不能够忘记将CA接地，可能会造成整个电路不正常工作。3.74LS48功效表输入输出0 1 2 3 4 5 6 72 1 0 1X X X X X X X X1 1 11 101 1 1 1 1 1 1 11 1 11 00X X X X X X X 00 0 00 10X X X X X X 0 10 0 10 10X X X X X 0 1 10 1 00 10X X X X 0 1 1 10 1 10 10X X X 0 1 1 1 11 0 00 10X X 0 1 1 1 1 11 0 10 10X 0 1 1 1 1 1 11 1 00 100 1 1 1 1 1 1 11 1 10 15 系统仿真和测试5.1仿真步骤依据自己所画好电路图，在Multisim元器件库选择对应元器件。用导线将元器件按图连接好。将元器件对应参数设置好。进行电路仿真，依据仿真修改对应参数。5.2仿真结果及分析图5-1总体电路 图5-2抢答开始电路此图5-2表示：主持人喊开始抢答后倒计时到7秒时，第2号手抢答到了此题。6心得体会感谢唐山学院在课设中提供帮助，同时也感谢在实习过程中对我们辛勤付出老师们。课程设计是培养学生综合利用所学知识，发觉提出，分析和处理实际问题，锻炼实践能力关键步骤，是对学生实际工作能力具体训练和考察过程，从理论到实践过程中，学到了很多很多东西，同时不仅能够巩固了以前所学过知识，而且学到了很多在书上所没有知识。更是经过设计熟练掌握了Multisim使用。经过这次课程设计使我知道了理论和实际相结合还是很关键，只有理论知识是远远不够，只有把所学知识和实践结合起来，从理论中得出结论，从而提升自己实际动手能力和独立思索能力。这次课程设计设计步骤我采取分块设计次序，优化了设计步骤使之更符合逻辑性。不过需要注意是，在其中每个步骤必需认真进行，假如某模块电路没有设计好，或存在错误，则总电路肯定会受到影响，所以在设计时应该考虑到实际情况。有时候会因为一个极小疏忽而造成整个电路无法运行，比如，在仿真过程中因为我忘记接地造成输出老是不对。另外，该课程设计也要求我含有扎实理论知识，刚开始因为理论知识掌握不牢靠，在进行仿真设计时也一度使我碰壁，浪费了很多时间。经过这次课程设计，我基础掌握了用Multisim仿真分析，对这个软件有了深入了解，基础能熟练使用它来设计电路和对电路进行编译、调试。且初步掌握了电子电路设计方法，然而在以后学习中仍还需多加练习，熟练掌握，为以后工作作准备。同时，在这次毕业设计过程中，我发觉了我对数电基础知识掌握上欠缺，所以，在调试过程中会不知道该怎样处理出现问题。在这次课程设计当中，我原来是抢答、定时、报警、时序控制电路全部有设计，但仿真做出来只有定时和抢答两部分，而实物部分定时电路还无法正常工作，由此可见即使书本知识掌握很好，假如不会综合利用，也是部分支离破碎无用知识，只有能把它利用到实践当中，才是真正属于你自己知识。实践是检验真理唯一标准，这句话说真不假啊。在此感谢我们王志秦,王蕾老师，老师严谨细致，一丝不苟作风值得我们每个人学习，老师循循善诱教导和不拘一格思绪给我们无尽启迪，这次课程设计离不开老师细心指导。同时，感谢给过我帮助同学。因为本人设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师多多指教。参考文件1.王鸿明，段玉生.电工和电子技术.高等教育出版社，.122.阎石.数字电子技术基础.高等教育出版社，.23.吴俊芹.电子技术实训和课程设计.机械工业出版社，.4附录元件清单器件明细表器件名称器件型号数目和门74LS08N1或门TTL1开关手动开关1电阻107电阻5102电阻6201电阻15K1电阻60K1电阻1K1电容20nF1电容1F1电容100nF1电容10F18线-3线优先编码器74LS148N1RS锁存器74LS279N2BCD七段译码器74LS48N1共阴七段数码管LED2十进制同时加/减计数器74LS190N1555定时器LM555CN2晶体管2N22191蜂鸣器BUZZER200HZ1附录总体电路