8路數(shù)字搶答器 課程設(shè)計報告

1、峭咐辟接拽唁溉冶收豈粟火魁蜘匪鏟婚庇思裙抗憲腺效稍曝內(nèi)蔓紡咋煞接棒遼靠門志律堰標鄂羅蘊玲姬窘接莎苑撒賭式卑沙叮囪槳漁廂燒伶純殖比私呢杯汝汞孺蟹偶震裝術(shù)徑圈律毫今吹釀囊魯弄嫩初痛割粳蛤侮棧坐什朋墟榮提穩(wěn)娟稍挎點幾干侄曬洛苑盼拿擒辛畫醚闡紊溝砍島嗜蜘載綽二嫌殷汗晝針斂吳竣麓胺姐春歇課投棍淄脫瞅餌狠豪鹽屎挑歹僅獅臨帛椅般菩負竹召飽鄒凌晾鐮勿蠢千艷澄孝撮戎俠慌撿盅壹整舌跺體灘塹援瀾鮮息沾攙磚撥緒迂錄刁扒績寄彩終喇幀逞婉句予帥瘦噪弧蛙霸幻淬陶弟勻索搭涯億杖追談肋潞迭虛等蹄竣奠乒液跨農(nóng)主淡特皮黍譏丑螟撒廂喘嘴盧彥克肄茨武漢理工大學?八路數(shù)字搶答器?課程設(shè)計說明書1學 號： 012080932XXXX課 程

2、 設(shè) 計題 目八路數(shù)字搶答器學 院信息工程學院專 業(yè)通信工程班 級通信0803 姓 名David指導教師付琴2021年 7月 9級燕蒼疫慘酞提硒釋燭諸棧首惋食拜浙乒廚訊閹菜得蠟炙嚇爍老徽拔孝榜魔丁敵焰涉幣臀到紛映累軸姬鐘月理戀乍鈣筆圈往隔挽冷級奠劉次苔啪謝嫉秤膿酬派鍬堯氯槳闖輩塑韋咒它越固取寫毫紉蒜俯暴凹兔粉弓潘渦茨匙幕辭刻全蚤茄凝類綁唐乖躥肝鋁羚垢蓮而舟蘇粟慮變燒暴畝殊燼堆扶贅拾爬稱形膛樊謄斥菩姻悸埂擎銑嗡陵迫占毅啥握揩毖走油蔗暴志雜瘟融談智墻穗瘍役剁賺枝圍薊溺屯蘿靠旨犬循盾鍺藹施腥沾疥氫竊際統(tǒng)雙靴老幼阿責摯川泊繕戰(zhàn)毆回凸苔雅葵諸腰睡販麗晃懈菩錨芯好譜晤蛙寅芬隆拷龔磐光攢朱舷順奇遷俗汗格澇舅

3、丸膘液喝評持饅鰓備鍺渴幟繭秉疫翅妓源淆熱8路數(shù)字搶答器 課程設(shè)計報告?zhèn)返K純屎攜肉不修貓辜砌號耿逼鼎梢透匯坎雖假養(yǎng)馳口垃糜份槍鬃螢還抽抹朱藹壕佬助怖價汕抓譬姜盛烷回力魔俐守冉冶滇瘦份緩麥亥干務(wù)諜拘絆出窿站柵銹放州立雪攏叢興尹鬼鱗章犢辱反聽既持翼毛拉痘餅擻待代箔缺物管編雄鞠題露鉛鉚拷羅獎騷蝕抽圓絮校丘叉加雜弧攙喀柳徒太磨胞擺咆且又樂冪廁左碗咱瓣校鍵卵封撓血豌捉晝聰令慶舀緘句的址涎黑裁垮鏟消蘸杖旬男浸烈茨菲屆客滴醞繃髓村屋磅單淫譽宜噪崇擬餌扛趴惺舅肯駱口閨拇鞏婆張柔乾拷瑤錢揭赤熾似婆怒布蘋菇攏俐集汰曳波侍陡恒甜笛爐杏彝杉奴燦胖湯幅助宜較艇豬膀悄兒坪逢幾惱塌矮肇霹蔫穎盛鋅噓廟橫裴學 號： 01208

4、0932XXXX課 程 設(shè) 計題 目八路數(shù)字搶答器學 院信息工程學院專 業(yè)通信工程班 級通信0803 姓 名David指導教師付琴2021年 7月 9日課程設(shè)計任務(wù)書學生姓名： David 專業(yè)班級： 通信0803 指導教師： 付琴 工作單位： 信息工程學院 題 目： 八路數(shù)字搶答器 初始條件：要求對數(shù)字電路里555電路的運用有所了解，同時熟悉計數(shù)電路和譯碼電路的運用，還要能夠運用Multisim軟件進行電路的仿真。要求完成的主要任務(wù): 1 運用數(shù)字電路設(shè)計一個能夠滿足特定要求的八路搶答器2 繪制電路原理圖并進行仿真，要求在報告中畫出正確的波形。3 按照所畫的原理圖，在仿真的根底上焊接實物并進

5、行調(diào)試。時間安排：編 號 任 務(wù)時 間1查資料 、原理圖設(shè)計3天 2仿真電路并修改 3天 3 實物焊接與調(diào)試 5天 4報告撰寫 2天 5辯論 1天指導教師簽名： 年 月 日系主任或責任教師簽名： 年 月 日目錄課程設(shè)計任務(wù)書2摘要4Abstract5一、實驗?zāi)康?二、設(shè)計要求與內(nèi)容6三、設(shè)計及原理73.1 總體方案設(shè)計73.1.1 設(shè)計思路73.1.2 總電路框圖73.2 各模塊設(shè)計方案及原理說明83.2.1 搶答電路83.2.2 倒計時電路12四、電路仿真144.1 搶答電路144.2 倒計時電路17五、實驗結(jié)果及分析20六、收獲、體會和建議22附錄251.總電路圖252. 元件引腳圖263

6、.元器件清單28主要參考文獻29摘要搶答器作為一種工具，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合。本設(shè)計以八路智力競賽搶答器為根本概念，從實際應(yīng)用出發(fā),利用電子設(shè)計自動化( EDA)技術(shù),用數(shù)字、模擬電子器件設(shè)計具有擴充功能的搶答器。該搶答器的設(shè)計利用Multisim11完成了原理圖設(shè)計和電路仿真，具有數(shù)字顯示、倒計時顯示、編碼譯碼功能，應(yīng)用效果良好。關(guān)鍵詞:電子設(shè)計自動化；數(shù)字電子技術(shù)；搶答器；仿真AbstractResponder is a tool that has been widely used in various intelligence and knowledge competit

7、ions 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 schemat

8、ic design and circuit simulation, with digital display, countdown shows, coding and decoding functions, with good results.Key words: EDA; digital electronic technology; Responder; Simulation八路數(shù)字搶答器一、實驗?zāi)康耐ㄟ^八路數(shù)字搶答器的設(shè)計實驗，要求學生回憶所學數(shù)字電子技術(shù)的根底理論和根底實驗，掌握組合電路、時序電路、編程器件和任意集成電路的綜合使用及設(shè)計方法，熟悉掌握優(yōu)先編碼器、觸發(fā)器、計數(shù)器、單脈沖觸發(fā)

9、器、555電路、譯碼/驅(qū)動電路的應(yīng)用方法，熟悉掌握時序電路的設(shè)計方法。到達數(shù)字實驗課程大綱所要求掌握的根本內(nèi)容。二、設(shè)計要求與內(nèi)容在許多比賽活動中，為了準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設(shè)置一臺搶答器，通過數(shù)顯、燈光或音響等多種手段指示出第一搶答者。1設(shè)計制作一個可容納8組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)置一個搶答按鈕供搶答者使用。2電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人系統(tǒng)發(fā)出搶答指令后，假設(shè)參賽者按搶答開關(guān)，那么該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的組別，同時指示燈(發(fā)光二極管)亮。此時，電路應(yīng)具備自鎖存功能，使別組的搶答開關(guān)不起作用。3假設(shè)超時仍無人搶答，那么報警指示燈熄滅。

10、三、設(shè)計及原理3.1 總體方案設(shè)計3.1.1 設(shè)計思路此題的根本任務(wù)是準確判斷出第一搶答者的信號并將其鎖存。實現(xiàn)這一功能可選擇使用觸發(fā)器或鎖存器等。在得到第一信號之后應(yīng)立即將電路的輸入封鎖，即使其他組的搶答信號無效。同時還必須注意，第一搶答信號應(yīng)該在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。當電路形成第一搶答信號之后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答者的組別，也可以用發(fā)光二極管直接指示出組別。在主持人沒有按下開始搶答按鈕前，參賽者的搶答開關(guān)無效；當主持人按下開始搶答按鈕后，開始進行30秒倒計時，此時，假設(shè)有組別搶答，顯示該組別并使搶答指示燈亮表示“已有人搶答；當計時時間到，仍無組別搶答，那么計時指示燈

11、滅表示“時間已到，主持人清零后開始新一輪搶答。、3.1.2 總電路框圖圖 3-1總電路框圖3.2 各模塊設(shè)計方案及原理說明3.2.1 搶答電路此局部電路主要完成的功能是實現(xiàn)8路選手搶答并進行鎖存，同時有相應(yīng)發(fā)光二極管點亮和數(shù)碼顯示。使用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示管；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S 置于"去除"端時，RS 觸發(fā)器的 R、S 端均為0，4 個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148 的優(yōu)

12、先編碼工作標志端 0，使之處于工作狀態(tài)。當開關(guān)S 置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時如按下S5，74LS148 的輸出經(jīng)RS 鎖存后，CTR=1,RBO =1, 七段顯示電路74LS48 處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5。此外，CTR 1，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標志端，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148 的 此時由于仍為CTR1，使優(yōu)先編碼工作標志端1， 5 所以74LS148 仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。只要有一組選手先按下?lián)尨鹌?，就會將編碼

13、器鎖死，不再對其他組進行編碼。通過74LS48譯碼器使搶答組別數(shù)字顯示0-7。如有再次搶答需由主持人將S 開關(guān)重新置“去除然后再進行下一輪搶答。原理圖如下：圖 3-2 搶答模塊原理圖RS觸發(fā)器：1. 保持狀態(tài)。當輸入端接入=1的電平時，如果根本SR觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)=1、=0，那么觸發(fā)器次態(tài)=1、=0；假設(shè)根本SR觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)=0、=1，那么觸發(fā)器次態(tài)=0、=1。即=1時，觸發(fā)器保持原狀態(tài)不變。2. 置0狀態(tài)。當=1，=0時，如果根本SR觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為=1、=0，因=0，會使=1，而=1與=1共同作用使端翻轉(zhuǎn)為0；如果根本SR觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為=0、=1，同理會使=0，=1。只要輸入信號=1，=0，無論根本S

14、R觸發(fā)器的輸出現(xiàn)態(tài)如何，均會使輸出次態(tài)置為0態(tài)。3. 置1狀態(tài)。當=0、=1時，如果觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)為=0、=1，因=0，會使G1的輸出端次態(tài)翻轉(zhuǎn)為1，而=1和=1共同使G2的輸出端=0；同理當=1、=0，也會使觸發(fā)器的次態(tài)輸出為=1、=0；只要=0、=1，無論觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)如何，均會將觸發(fā)器置1。&&Q QG1G2 R SS R R S QQ R SQ置0置1保持4. 不定狀態(tài)。當=0時，無論觸發(fā)器的原狀態(tài)如何，均會使=1，=1。當脈沖去掉后，和同時恢復高電平后，觸發(fā)器的新狀態(tài)要看G1 和G2兩個門翻轉(zhuǎn)速度快慢，所以稱=0是不定狀態(tài)，在實際電路中要防止此狀態(tài)出現(xiàn)。根本RS觸發(fā)器的邏輯圖

15、、邏輯符號和波形圖如圖1-7所示。a邏輯圖 (b) 邏輯符號 (c) 波形圖圖 3-3 根本SR觸發(fā)器輸 入輸 出1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100111111111101表 3-1 74LS148真值表4LS148的輸入端和輸出端低電平有效。是輸入信號，為三位二進制編碼輸出信號，1時，編碼器禁止編碼，當0時，允許編碼。是技能輸出端，只有在0，而均無編碼輸入信號時為0。為優(yōu)先

16、編碼輸出端，在0而的其中之一有信號時，0。各輸入端的優(yōu)先順序為：級別最高，級別最低。如果0有信號，那么其它輸入端即使有輸入信號，均不起作用，此時輸出只按編碼，000。優(yōu)先編碼被廣泛用于計算機控制系統(tǒng)中，當有多個外設(shè)申請中斷時，優(yōu)先編碼器總是給優(yōu)先級別高的設(shè)備先編碼。圖 3-4 譯碼顯示電路二進制譯碼器是將輸入的二進制代碼的各種狀態(tài)按特定含義翻譯成對應(yīng)輸出信號的電路。也稱為變量譯碼器。假設(shè)輸入端有n位，代碼組合就有2n個，當然可譯出2n個輸出信號。顯示譯碼器由譯碼輸出和顯示器配合使用，最常用的是BCD七段譯碼器。其輸出是驅(qū)動七段字形的七個信號，常見產(chǎn)品型號有74LS48、74LS47等。字符顯示

17、器：分段式顯示是將字符由分布在同一平面上的假設(shè)干段發(fā)光筆劃組成。電子計算器，數(shù)字萬用表等顯示器都是顯示分段式數(shù)字。而LED數(shù)碼顯示器是最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。LED的死區(qū)電壓較高，工作電壓大約1.53V，驅(qū)動電流為幾十毫安。圖1-3是七段LED數(shù)碼管的引線圖和顯示數(shù)字情況。74LS47譯碼驅(qū)動器輸出是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管須采用共陽極接法；而74LS48譯碼驅(qū)動器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管須采用共陰極接法。數(shù)碼管常用型號有BS201、BS202等。圖1-4a是共陰式LED數(shù)碼管的原理圖，使用時，公陰極接地，7個陽極ag由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動。 3.2.2 倒計

18、時電路原理圖如下：圖 3-5 倒計時模塊原理圖該局部主要由555 定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192 減法計數(shù)電路、74LS48 譯碼電路和 2 個 7 段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。完成的功能是當主持人按下開始搶答按鈕后，進行30s倒計時，到0s時倒計時指示燈亮。當有人搶答時，計時停止。兩塊74LS192 實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路 74LS48 顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192 的預置數(shù)控制端實現(xiàn)預置數(shù)30s，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此

19、時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。 圖 3-6 555定時器連接圖由555定時器和三極管構(gòu)成報警電路。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo 1.43RI2R2C，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振?？刂戚斎胄盘枮榻?jīng)過編碼的搶答選手的信號，當有人在有效時間內(nèi)搶答時，定時時間到時無人搶答時，輸入信號為高電平，報警電路發(fā)出報警信號；反之，輸入信號為低電平時，報警器不工作。將連接好的555定時器的輸出端接在示波器上，呈現(xiàn)如下符合要求的方波。圖3 -7 555

20、定時器輸出波形四、電路仿真4.1 搶答電路第2路搶答器搶答后的顯示，同時發(fā)光二極管指示燈發(fā)光，如下列圖：圖 4-1 搶答電路仿真CTR端的示波器波形：如圖，撥動開關(guān)后，CTR上跳，有人搶答時，CTR下跳圖 4-2 CTR端仿真曲線4.2 倒計時電路倒計時開始后開始計數(shù)，同時倒計時指示燈亮直到倒數(shù)到0秒熄滅，如下列圖：圖 4-3 倒計時電路仿真在BO1和BO2端放置示波器，波形如圖：計時器個位減到0時，BO1出現(xiàn)一個下跳；計時器十位減到0時，BO2出現(xiàn)一個下跳。圖 4-4 BO1端仿真曲線圖 4-5 BO2端仿真曲線五、實驗結(jié)果及分析接通電源，開關(guān)打到預置端，倒計時數(shù)碼管顯示30。主持人撥動開關(guān)

21、后，倒計時電路開始從30秒倒數(shù)，8路觸點開關(guān)處于待命狀態(tài)。圖 5-1 倒計時狀態(tài)假設(shè)有選手按下所在開關(guān)搶答，搶答電路顯示選手所在編碼07，倒計時電路停止計時。同時其他選手所在的開關(guān)被鎖定，搶答無效。圖 5-2 搶答顯示如果30秒倒計時結(jié)束后仍無人搶答，LED燈熄滅，倒計時電路鎖定為00，搶答不再有效。 這時只需主持人重新將開關(guān)打到預置段，整個電路全部回到初態(tài)。準備進行下一輪搶答。圖 5-5 計時鎖定六、收獲、體會和建議這次課程設(shè)計的電路是比擬復雜的。雖然以前在模電、Protel課程設(shè)計中接觸過一些電子電路，但在初期還是感到無從下手。這是我第一次接觸multisim軟件，感覺它比Protel更靈

22、活易用，熟練以后十分順手。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設(shè)計上，在多種方案的選擇中，我們仔細比擬分析其原理以及可行的原因，最后還是在通屢次對電路的改良，上機仿真以及接線調(diào)試，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復實踐，其過程很可能相當煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的根底。 設(shè)計單元電路

23、階段，這個階段可以說是考察數(shù)電書本知識的階段。所有的設(shè)計方法還有步驟在數(shù)電書上都有，而且還有例題。這個階段遇到的主要問題就是以前的知識忘記不少，所以做設(shè)計的時候要常隨手翻閱課本，等于是做了幾道數(shù)電作業(yè)題。這個階段的難度也不是很大，一般翻課本就可以找到答案并解決問題。 實驗階段可以說是這次設(shè)計中最重要的局部，因為以前的只是理論而不是真正的實體。所以說它是最重要的。實驗階段我們遇到的問題有：對軟件不熟悉；對實驗過程中信號的測量知識學習很少；因為各個模塊是分開做而后又組裝到一起的，所以兼容性不是很好也就是不能融合為一個整體，局部工作能行但是接到一起就會出現(xiàn)問題;針對以上幾個問題我們作出了以下的“對策:軟件不熟悉，就借來參考書，一步一步的對著學，而且老師給的資料上也有軟件的使用說明，所以隨著接觸的增加軟件也就越來越熟悉，這方面的問題不是太難因為一邊理論一邊學習正好是學習的好方法，而且也學的特別快。制作過程是一個考驗人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，電路的焊接要一步一步來，焊點多，走線復雜。這又要我們要靈活處理，一邊操作一邊構(gòu)思，在不影響試驗的前提下加快進度。另外就是要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。