課程設(shè)計（論文）基于AltiumDesigner8路搶答器的設(shè)計報告

1、徐州師范大學(xué)徐州師范大學(xué)科科 文文 學(xué)學(xué) 院院 課課 程程 報報 告告課課 程程 名名 稱：稱： altium designer 教程教程 題題 目：目： 基于基于 altium designer的數(shù)字搶答器的設(shè)計的數(shù)字搶答器的設(shè)計 專專 業(yè)業(yè) 班班 級：級： 08 電信電信 學(xué)學(xué) 生生 姓姓 名：名： 學(xué)學(xué) 生生 學(xué)學(xué) 號：號： 日日 期：期： 2011-1-82011-1-8 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師：師： 物電學(xué)院教務(wù)部印制物電學(xué)院教務(wù)部印制徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告2摘摘 要要.3abstract.41 altium designer 介紹介紹 .51.1 功能簡介 .51

2、.2 內(nèi)部功能 .52 搶答器的系統(tǒng)簡介搶答器的系統(tǒng)簡介.62.1 功能簡介 .63 詳細(xì)設(shè)計詳細(xì)設(shè)計.73.1 數(shù)字搶答器的結(jié)構(gòu)框圖 .73.2 主體電路 .73.3 擴展電路 .114 搶答器其他做法搶答器其他做法.144.1 門電路做法 .144.2 單片機做法 .14參考文獻參考文獻.15附錄附錄 a.16pcb 板.16成績評定表成績評定表.1徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告3摘 要搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合。搶答器多向著數(shù)字智能化發(fā)展，數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路兩大部分組成：優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將輸入信號顯示；用控制電路和開關(guān)啟動

3、報警電路，以上兩部分組成主體電路；通過定時電路和譯碼電路將脈沖信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴展電路。搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時、計時和報警多重功能。主持人通過時間預(yù)設(shè)開關(guān)預(yù)設(shè)供搶答的時間，系統(tǒng)將完成自動倒計時。關(guān)鍵詞：搶答器; 鎖存器; 報警電路; 譯碼電路徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告4abstractresponder is a tool that has been widely used in various occasions of intelligence and knowledge competitions. responder develops

4、toword digital intelligence, digital answering device extended from the main circuit and the circuit two parts: the priority encoder circuit, latch, decoder input signal display; with the control circuit and switch startup alarm circuit, these two parts of the main circuit; through the regular circu

5、it and decoding circuit will pulse the display output to achieve timing function, form expansion circuit. responder addition to a basic function, but also with time, multiple time and alarm functions. default by the time the default host for the answer in the time switch, the system will complete th

6、e automatic countdown.keykey wordswords: responder；latch；alarm circuit；decoding circuit徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告51 altium designer 介紹1.1 功能簡介altium designer 提供了唯一一款統(tǒng)一的應(yīng)用方案，其綜合電子產(chǎn)品一體化開發(fā)所需的所有必須技術(shù)和功能。altium designer 在單一設(shè)計環(huán)境中集成板級和 fpga 系統(tǒng)設(shè)計、基于 fpga 和分立處理器的嵌入式軟件開發(fā)以及 pcb 版圖設(shè)計、編輯和制造。并集成了現(xiàn)代設(shè)計數(shù)據(jù)管理功能,使得 altium de

7、signer 成為電子產(chǎn)品開發(fā)的完整解決方案一個既滿足當(dāng)前，也滿足未來開發(fā)需求的解決方案。 altium designer 打破了 fpga 的使用障礙，把硬連接的 pcb 平臺和軟件及軟連接的邏輯開發(fā)集成在一起，后者構(gòu)成的嵌入式智能通過在 pcb 線路板上編程以創(chuàng)建完整的應(yīng)用。altium designer 6.0 改進了 fpga 級設(shè)計和 pcb 級設(shè)計間的集成，開發(fā)了很多新功能，與現(xiàn)在的大型可編程器件相結(jié)合，它們精簡了產(chǎn)品開發(fā)。通常帶有大量管腳的 fpga 器件是密集 bga 型封裝。這給原型階段的調(diào)試帶來很大困難，因為這些器件上的管腳不能直接探測。altium designer 的

8、livedesign 開發(fā)方法允許工程師在開發(fā)中可與基于fpga 的設(shè)計直接交互。 altium designer 6.0 具有改進的 jtag 器件瀏覽器，可提供系統(tǒng)中所有 jtag器件的管腳狀態(tài)顯示，在調(diào)試期間工程師可以實時檢測管腳信號狀態(tài)。管腳狀態(tài)也可以在源原理圖和pcb 版圖動態(tài)顯示， 定位查看設(shè)計文檔內(nèi)的信號狀態(tài)。另外還有 altium designer 的 fpga 虛擬儀器，可用來設(shè)定并監(jiān)控 fpga 內(nèi)的信號，給設(shè)計師提供電路運行完整的狀態(tài)圖，以進行系統(tǒng)的邏輯和物理調(diào)試。1.2 內(nèi)部功能在 pcb 部分，除了 protel2004 中的多通道復(fù)制；實時的、阻抗控制布線功能；si

9、tustm 自動布線器等新功能以外，altium designer 6.0 還著重在：差分對布線，fpga 器件差分對管腳的動態(tài)分配， pcb 和 fpga 之間的全面集成，從而實現(xiàn)了自動引腳優(yōu)化和非凡的布線效果。還有 pcb 文件切片，pcb 多個器件集體操作，在 pcb 文件中支持多國語言 （中文、英文、德文、法文、日文）,任意字體和大小的漢字字符輸入，光標(biāo)跟隨在線信息顯示功能，光標(biāo)點可選器件列表，復(fù)雜 bga 器件的多層自動扇出，提供 了對高密度封裝（如 bga）的交互布線功能, 總線布線功能，器件精確移動，快速鋪銅等功能。徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告62 搶答器的系統(tǒng)簡介

10、2.1 功能簡介設(shè)置 8 個按鈕 k0-k7，供 8 個選手使用。設(shè)置一個由主持人控制搶答器和系統(tǒng)清除開關(guān) k。搶答器由數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能。開始搶答后，如果有選手按搶答鍵，那么該選手的編號立即被所存，并在搶答顯示器上顯示此編號，同時揚聲器響起，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。搶答器具有定時搶答功能，當(dāng)開始搶答后，定時器開始倒計時，倒計時時間設(shè)定為 15 秒。如果在設(shè)定時間內(nèi)有人搶答，則揚聲器響，停止倒計時，禁止其他人搶答，搶答顯示器上上顯示選手的編號和倒計時剩余時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。如果在設(shè)定時間內(nèi)無人搶答則揚聲器響，并禁止搶答。

11、搶答器工作流如圖 1搶答器開關(guān)搶答開始倒計時開開始前有人搶答有人搶答計時結(jié)束，無人搶答揚聲器響、顯示搶答著號碼停止倒計時揚聲器響 顯示搶答著編號答題結(jié)束主持人操作圖 1 搶答器工作流程圖徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告73 詳細(xì)設(shè)計3.1 數(shù)字搶答器的結(jié)構(gòu)框圖如圖 2 所示為搶答器的結(jié)構(gòu)框圖，工作原理：由主體電路和擴展電路組成，接通電源以后，主持人把開關(guān)撥到清零狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，標(biāo)號顯示燈不亮。定時顯示器顯示設(shè)定時間，主持人將開關(guān)撥到開始狀態(tài)，宣布開始搶答，定時器開始倒計時，揚聲器響聲提示，選手可在倒計時時間內(nèi)搶答，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當(dāng)一輪

12、搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作清除和開始狀態(tài)開關(guān)?？刂齐娐窊尨鸢存I優(yōu)先編碼電路鎖存器譯碼電路譯碼顯示主持人控制開關(guān)報警電路秒脈沖產(chǎn)生電路定時電路譯碼電路譯碼顯示主體電路擴展電路圖 2 搶答器的結(jié)構(gòu)框圖3.2 主體電路搶答器電路，電路選用優(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)先搶答選手的編號，同時譯碼顯示電路顯示其編號，二是禁止其他選手按鍵，操作無效。工作過程：開關(guān) k 置于清除端時，74ls279 的四個 rs 觸發(fā)器的置 0 端均為 0，4 個觸發(fā)器輸出

13、置 0，1q=0,使 74ls148 的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān) k 置于開始時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時（如按下 k3），74ls148 的輸出經(jīng) rs 鎖存后，1q=1,rbo =1,七段顯示電路 74ls48 處于工作狀態(tài)，4q3q2q=011,經(jīng)譯碼顯示為“4”。此外，ctr1,使 74ls148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端1,處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，此時由于仍為 1q1,使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端1,所以 74ls148 仍處于禁止?fàn)顟B(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。如有再次搶答需由主持人將 k 開關(guān)

14、重新置“清除”然后進行下一輪搶答。徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告8圖 3 搶答器電路表 1 74ls148 功能真值表輸入輸出stin0 in1 in2 in3 in4 in5 in6 in7y2 y1 y0yex ys1x 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 1

15、1 0 10 10x 0 1 1 1 1 1 11 1 00 100 1 1 1 1 1 1 11 1 10 1圖 4 74ls148 邏輯圖徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告9圖 5 74ls279 邏輯圖輸入輸出srq1101110000狀態(tài)不定表 2 74ls279 真值表報警電路，由 ne555 定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖 5 示。ne555 是屬于 555系列的計時 ic 的其中的一種型號，555 系列 ic 的接腳功能及運用都是相容的，只是型號不同的因其價格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而 555 是一個用途很廣且相當(dāng)普遍的計時 ic，只需少數(shù)的電阻

16、和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號其中 ne555 構(gòu)成多諧振蕩器，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。pr 為時序控制電路輸出的控制信號，當(dāng) pr 為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。圖 6 報警電路時序控制電路， 時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能：主持人將控制開關(guān)撥到開始位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態(tài)；當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作；當(dāng)徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告10設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。圖 7、圖 8 為時序控制電路： 圖

17、7 時序控制電路（1） 圖 8 時序控制電路（2）根據(jù)上面的功能要求，設(shè)計的時序控制電路如圖 7 所示。圖中，與門 a1a 的作用是控制時鐘信號 cp 的放行與禁止，2aa 的作用是控制 74ls148 的輸人使能端 。工作原理是：主持人控制開關(guān)從清除位置撥到開始位置時，來自于 74ls279 的輸出 1q=0，經(jīng) 7400反相， a1，則時鐘信號 cp 能夠加到 74ls192 的 cpd 時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則定時到信號為 1，門 2aa 的輸出 st=0，使 74ls148 處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)要求。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，1q1，經(jīng)

18、7404 反相， a0，封鎖 cp 信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門2aa 的輸出 st=1，74ls148 處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能要求。當(dāng)定時時間到時，則定時到信號為 0，st=1，74ls148 處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答5。同時，a1a 處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 cp 信號，使定時電路保持 00 狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器 74ls121 用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74ls121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間,具體原理如下：主要由 555 時鐘電路、蜂鳴器即相關(guān)的延時電路和控制電路組成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74121 通過信號/y3、bo2、

19、s 控制報警與否和報警時間，555 時鐘電路產(chǎn)生脈沖時鐘。在規(guī)定的時間有人搶答時，/y3 由 1 跳變到0，74121 有狀態(tài) 2，即 q 輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報警，持續(xù)時間為 4.3 秒；如果在規(guī)定時間內(nèi)無人搶答，bo2 由 1 跳變到 0，74121 有狀態(tài) 1，q 輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報警1。表 3 74121 功能表徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告11輸入輸出狀態(tài)編碼a1a2bq/qldhlhdlhlhddllhhhdlhhh暫態(tài)高電平暫態(tài)高電平1hh暫態(tài)高電平暫態(tài)高電平2h暫態(tài)高電平暫態(tài)高電平ld暫態(tài)高電平暫態(tài)高電平3.3 擴展電路 定時電路，該部分主要

20、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。具體電路如圖 9 所示。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。74192 的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，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 dpy_7-seg 上，當(dāng)有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且

21、倒計時時間到時，bo2 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2。徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告12圖 9 定時電路圖 10 標(biāo)準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生電路徐州師范大學(xué)物理與電子工程學(xué)院課程設(shè)計報告13譯碼顯示電路，七段顯示譯碼器與數(shù)碼管如圖 11 所示。7 段顯示譯碼 74ls48 將鎖存器 74ls279 的信號譯碼，輸出給數(shù)碼管。圖 11 譯碼顯示電路輸入輸出ltrbidcbabi/rboabcdefg01100001111111011x00011011000021x00101110110131x00111111100141x01001011001151x01011101101161x01101001111171x01111111000081x10001111111191x100111110000101x1