數(shù)字搶答器電路的設(shè)計

1、沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計（說明書）數(shù)字搶答器電路的設(shè)計班級 / 學(xué)號 學(xué) 生 姓 名 指 導(dǎo) 教 師 沈陽航空航天大學(xué)課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書課 程 名 稱 電子線路課程設(shè)計 課程設(shè)計題目 數(shù)字搶答器電路的設(shè)計 課程設(shè)計的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計說明與技術(shù)指標(biāo)設(shè)計一個數(shù)字搶答器電路，可以同時供8名選手或8個代表隊比賽，技術(shù)指標(biāo)如下：1設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制；2搶答器具有鎖存與顯示功能；3搶答器具有定時搶答功能，定時時間為55秒，當(dāng)主持人啟動“開始”鍵后，定時器進(jìn)行減計時； 4如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。

2、二、設(shè)計要求1在選擇器件時，應(yīng)考慮成本，要求采用LED顯示。2根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。3畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。4完成電路電源的設(shè)計。三、實驗要求1根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路。2進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1閻石著 . 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).M北京：高等教育出版社，2005年2南新志、劉計訓(xùn)主編 . 數(shù)字電路實驗教程 . M濟(jì)南：山東大學(xué)出版社，2003年五、按照要求撰寫課程設(shè)計報告成績 指導(dǎo)教師 日期 一、概述搶答器已廣泛應(yīng)用在各種競賽，這次課程設(shè)計的題目是數(shù)字搶答器電路的設(shè)計。本次設(shè)計主要應(yīng)用了數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)以及模擬電

3、子技術(shù)基礎(chǔ)的知識，結(jié)合軟件仿真達(dá)到任務(wù)要求。設(shè)計中主要用到了74LS373、74LS147、74LS192、BCD譯碼器和數(shù)碼管等元器件。數(shù)字搶答器的設(shè)計利用Multisim10.0進(jìn)行了原理圖設(shè)計和電路仿真，具有系統(tǒng)清零、選手搶答及其顯示、倒計時顯示、系統(tǒng)報警等功能，應(yīng)用效果良好。二、方案分析本次設(shè)計的數(shù)字搶答器電路，主要由搶答電路、倒計時幾報警電路兩部分組成。工作過程是：接通電源時，當(dāng)主持人將開關(guān)打開時，即開關(guān)置于清除位置（低電平），搶答器處于禁止工作狀態(tài)，倒計時電路顯示為“55”，搶答顯示器顯示為“0”，參賽選手不能搶答。當(dāng)主持人將開關(guān)閉合，即置于開始位置（高電平），搶答器處于工作狀態(tài)，

4、搶答開始，倒計時開始進(jìn)行減計時。若有選手搶答，用優(yōu)先編碼器分辨出搶答選手，控制電路要對輸入編碼進(jìn)行鎖存，避免其他選手進(jìn)行搶答，通過BCD譯碼器傳輸搶答信息到數(shù)碼管；同時搶答顯示器顯示最先搶答的選手號碼并且倒計時停止在搶答那刻。若倒計時結(jié)束，即示數(shù)為“00”時，一直無人搶答，則報警的發(fā)光二極管發(fā)光表示時間到。當(dāng)選手回答完畢，主持人控制開關(guān)，讓搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，進(jìn)行下一輪的搶答。設(shè)計的數(shù)字搶答器電路的原理框圖如圖1所示。主持人開關(guān)報警電路控制電路秒脈沖產(chǎn)生電路譯碼電路顯示電路倒計時電路數(shù)碼管XIANSHI譯碼電路編碼器觸發(fā)鎖存電路搶答開關(guān) 圖1 數(shù)字搶答器電路的原理框圖三、電路設(shè)計1.直流穩(wěn)壓電

5、源電路本次設(shè)計的電源電路是將220V交流電先通過一個25：1的變壓器，把220V電壓降到8.8V；再通過由橋式整流電路整流，通過濾波電容濾波；最后通過經(jīng)穩(wěn)壓片穩(wěn)壓，穩(wěn)壓片選用LM7805CT型號，最終可輸出約5V的直流工作電壓。直流電源電路圖如圖2所示。圖2 直流電源電路圖2.搶答電路搶答電路主要由74LS373、74LS147和4511BD組成。該電路實現(xiàn)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，同時其對應(yīng)的數(shù)碼管變亮；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。74LS373是三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器。只有當(dāng)三態(tài)輸出控制端OC為低電平、鎖存控制ENG為高電平時，74LS373的輸出

6、端1Q8Q和輸出端1D8D狀態(tài)相同。當(dāng)OC為高電平時，三態(tài)門被封鎖，輸出端與輸入端隔離。接通電源，OC為低電平，ENG始終為高電平，這時按下任意搶答按鈕，74LS373的輸出端必有一路為低電平，該信號經(jīng)過組合邏輯電路反饋到OC端使其變?yōu)楦唠娖剑?4LS373的三態(tài)門被封鎖，這樣其他路的搶答信號就無法到達(dá)輸出端，即只有一路搶答成功。74LS147為8線-4線優(yōu)先編碼器，低電平有效。當(dāng)輸入為低電平時，以反碼的形式輸出8421BCD碼，所以后面接了4個非門電路，轉(zhuǎn)換成8421BCD碼，編碼器多余的輸入端接高電平。顯示譯碼器采用了4511BD，數(shù)碼管就采用了共陰極數(shù)碼管。若選用74LS47作譯碼器，則

7、采用共陽極數(shù)碼管。數(shù)碼管顯示搶答按鈕的編號。第一輪搶答結(jié)束后，若要進(jìn)行下一輪的搶答，在搶答前進(jìn)行復(fù)位，即把三態(tài)門使能控制端OC強(qiáng)制變?yōu)榈碗娖?。即將開關(guān)信息和反饋信息相“或”后再加到三態(tài)門使能端OC，從而完成。下一輪搶答做好準(zhǔn)備工作，這是數(shù)碼管顯示“0”。閉合開關(guān)，進(jìn)行復(fù)位，之后再斷開開關(guān)。搶答電路的原理圖如圖3所示。圖3 搶答電路的原理圖3.倒計時及報警電路該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、報警電路和2個數(shù)碼管等組成。兩個74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，將其預(yù)置端設(shè)置為“0101 ”、“0101”，前一個為十位，后一個為個位，即“55”。倒計時

8、電路完成的功能是當(dāng)主持人按下開始搶答開關(guān)后，倒計時開始，數(shù)碼管上從“55”開始倒計時。若倒計時時間到時，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警即LED燈發(fā)光提示時間到，定時顯示器上顯示“00。倒計時及報警電路原理圖如圖4所示。圖4 倒計時及報警電路原理圖4. 秒脈沖發(fā)生電路秒脈沖發(fā)生電路主要由多諧振蕩電路構(gòu)成，可得到所需要的時間信號。參數(shù)計算 T=(R2+2R3)Cln2=(6.63k+2*4k)*10-4*ln2=1.0002s秒脈沖產(chǎn)生電路圖如圖5所示。圖5 秒脈沖產(chǎn)生電路圖四、性能的測試1.直流穩(wěn)壓電源的測試在電路的輸出端用萬能表測量，測量結(jié)果圖6所示。 圖6 直流電源測試結(jié)果圖2.搶答電路性

9、能測試當(dāng)主持人將開關(guān)斷開時，選手開始搶答，其對應(yīng)的發(fā)光二極管變亮。若7號選手最先搶答，其他選手8號和4號落后于7號，所以8號和4號搶答無效，即7號選手搶答成功，測試結(jié)果如圖7所示。 圖7 7號搶答成功結(jié)果圖3.倒計時報警電路性能測試沒有選手搶答時，倒計時由“55”“00”，之后停止計數(shù)，報警LED燈發(fā)光報警提示時間到。無人搶答結(jié)果如圖8所示。圖8 無人搶答結(jié)果圖4.秒脈沖發(fā)生電路的性能測試 用示波器測試秒脈沖發(fā)生電路，多諧振蕩電路測試及其結(jié)果如圖9所示。圖9 多諧振蕩電路測試及其結(jié)果圖5.電路整體性能測試 1) 主持人閉合開關(guān)A，定時器從“55”開始進(jìn)行計時。5號搶答成功，1號、3號和8號搶答

10、無效。搶答器具有鎖存和顯示功能，顯示器顯示“5”。與此同時，倒計時停止在5號搶答成功那刻。5號搶答成功如圖10所示。 圖10 5號搶答成功結(jié)果圖2) 主持人閉合開關(guān)A，定時器從“55”開始進(jìn)行倒計時。定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示“00”。無人搶答結(jié)果如圖11所示。 圖11 無人搶答結(jié)果圖五、結(jié)論設(shè)計的數(shù)字搶答器電路能滿足本次課程設(shè)計的要求。可以同時供8名選手或8個代表隊比賽，同時達(dá)到了所要求的技術(shù)指標(biāo)。功夫不負(fù)有心人，只要認(rèn)真、用心，不懂的地方，多問，多查資料就會完成任務(wù)。六、性價比本次設(shè)計的電路在選用元器件時，都選用的是較為常見的。在使用的過程中

11、，每個器件都盡量最優(yōu)使用，做到了節(jié)省，降低了成本，比如報警時選用的LED發(fā)光二極管，其使用壽命較長，可以減少總體費用，并且采用半導(dǎo)體技術(shù)，屬于綠色光源。整體過程比較容易實現(xiàn)，用到的器件都比較便宜，成本較低，容易測量，因此性價比比較高。七、課設(shè)體會及合理化建議一直比較喜歡做實驗，這次通過十天時間的努力，終于完成了本次課程設(shè)計。經(jīng)過十天時間的努力，終于從最開始的毫無頭緒到了現(xiàn)在熟悉電路的每一個器件，每部分功能。將書本上的理論的知識，運用于實踐中去，其樂無窮。我一步一步認(rèn)真完成，最終取得了成功。在不斷的修改和仿真中，弄懂并學(xué)會了各個元器件的功能，并且實現(xiàn)了本次課程設(shè)計的要求。設(shè)計思路是最重要的。首先

12、根據(jù)任務(wù)書上的要求，將電路的功能分析出來；然后劃分為三個模塊：搶答電路、倒計時報警電路和電源設(shè)計電路；再一部分一部分分別實現(xiàn)他們的功能；最后把各部分連一塊，實現(xiàn)總功能。在設(shè)計過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，有時候真的不想再做了。在這個時候更加需要靜下心來，我都先稍稍休息一下，回頭再去查找原因。最終通過不懈努力，在與同學(xué)的商討和老師的答疑后完成了各部分電路及其仿真。報警電路的LED燈因之前不知道其工作條件而不能報警，最終在老師的講解下明白了并且設(shè)計出了正確的方案。本次數(shù)字搶答器的設(shè)計，涉及到許多方面，比如數(shù)電、模電

13、等基礎(chǔ)專業(yè)課的知識。我去圖書館借了相關(guān)書籍并在網(wǎng)上查詢了相關(guān)的資料。在這個過程中，我不但復(fù)習(xí)了以前學(xué)的模擬電子電路和數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)知識，也知道了他們之間的一些了解。同時在老師的幫助下，了解了一些關(guān)于來年畢業(yè)設(shè)計的東西，知道了做課程設(shè)計的一般步驟，學(xué)會了具體怎么去完成一個課程設(shè)計報告。我們在每一個步驟中，都必須做到認(rèn)真、仔細(xì)，不能有半點馬虎。寫報告時，按照老師的要求，一步一步來。課程設(shè)計鍛煉了我們的自學(xué)能力。怎樣去實現(xiàn)所需要的功能，是需要我們?nèi)フJ(rèn)真獨立思考的。對Multisim10.0軟件的使用更加熟悉了，通過仿真，不緊對理論知識加深了了解，還培養(yǎng)了我們的動手能力，為電子電路的實際整理打下了良

14、好基礎(chǔ)。作為一名工科生，最重要的就是把理論運用到實踐中去！對于我們學(xué)通信工程的同學(xué)來說，多做實驗，多獨立思考是必不可少的能力。在今后的專業(yè)課學(xué)習(xí)中，不僅要學(xué)好理論知識，還得提高自己的動手能力，多去實驗室做實驗！參考文獻(xiàn)1 閻石主編.數(shù)字電子技術(shù).M北京：高等教育出版社，2006年2 童詩白、華成英編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ).M北京：高等教育出版社，2006年3 呂思忠主編.數(shù)字電路實驗課程設(shè)計.M哈爾濱：哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001年4 李學(xué)明主編.數(shù)字電子技術(shù)仿真實驗教程.M北京:清華大學(xué)出版社 2012年5 南新志、劉計訓(xùn)主編 . 數(shù)字電路實驗教程 . M濟(jì)南：山東大學(xué)出版社，2003年附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號編號名稱型號數(shù)量1U1 優(yōu)先編碼器74LS147D12U2 譯碼器4511BD-5V13U3U5非門74LS04D24U6 穩(wěn)壓片LM7805KC15U7或門74ALS32M16U8數(shù)碼管共陰17U9U13加減計數(shù)器74LS192N28U108D鎖存器7