《數(shù)字電子技術(shù)》課程設計范文(格式參考)

PAGEPAGE1《數(shù)字電子技術(shù)》課程設計課程設計題目：八路數(shù)字搶答器系別：信息技術(shù)系專業(yè)：電氣工程及其自動化班級：2012級電氣工程及其自動化1班姓名：XXXX學號：20111031203xx指導老師：葉偉慧職稱：講師日期：2014年6月25日廣東海洋大學寸金學院教務處制廣東海洋大學寸金學院數(shù)電課程設計論文PAGEPAGE28目錄目錄 I摘要 II第1章 前言 III第2章 設計要求 41.1設計任務要求 41.2設計主要技術(shù)指標 4第3章 設計思想以及設計流程 52.1設計思想 52.2總電路設計流程 5第4章 電路功能的實現(xiàn)方案 63.1芯片功能介紹 6第5章 電路設計的原理圖以及總電路圖 124.1工作原理 124.2顯示電路原理 124.3控制電路原理 134.4設計思路 144.5總電路原理 144.6各模塊設計方案及原理說明 154.6.1搶答電路 154.6.2RS觸發(fā)器： 164.6.374LS148編碼器電路原理 174.6.374LS48驛碼器電路原理 17第6章 電路仿真 18第7章 收獲、體會 20參考文獻 22致謝 23附錄 24摘要搶答器作為一種工具，已經(jīng)廣泛應用于各種智力和知識競賽場合。本設計以八路智力競賽搶答器為基本概念，從實際應用出發(fā),利用電子電路仿真技術(shù),用數(shù)字、模擬電子器件設計具有擴充功能的搶答器。該搶答器的設計利用Multisim11完成了原理圖設計和電路仿真，具有數(shù)字顯示、編碼譯碼功能，應用效果良好。關(guān)鍵詞:數(shù)字電子技術(shù)；搶答器；仿真Abstract：Responderisatoolthathasbeenwidelyusedinvariousintelligenceandknowledgecompetitionsoccasions.Thedesigntoeight-wayquizResponderbasicconcepts,fromthepracticalapplication,theuseofelectronicdesignautomation(EDA)technology,withdigital,analogelectronicsdesignextensionoftheansweringdevice.ThedesignoftheResponderuseMultisim11completedtheschematicdesignandcircuitsimulation,withdigitaldisplay,countdownshows,codinganddecodingfunctions,withgoodresults.Keywords:digitalelectronictechnology;Responder;Simulation前言進入21世紀越來越來多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽,搶答記分器是必要設備。過去在舉行的各種競賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。人們于是開始尋求一種能不依人的主觀意愿來判斷的設備來規(guī)范比賽。因此，為了克服這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利用各種資源和條件設計出很多的搶答器，從最初的簡單搶答按鈕，到后來的顯示選手號的搶答器，再到現(xiàn)在的數(shù)顯搶答器，其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計時搶答，還兼具報警，計分顯示等等功能，有了這些更準確地儀器使得我們的競賽變得更加精彩紛呈，也使比賽更突顯其公平公正的原則。今天隨著科技的不斷進步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費很多元件僅來實現(xiàn)用指示燈和一些電路來實現(xiàn)簡單的搶答功能，使第一個搶答的參賽者的編號能通過指示燈顯示出來，避免不合理的現(xiàn)象發(fā)生。但這種電路不易于擴展，而且當有更高要求是無法實現(xiàn)，例如參賽人數(shù)的增加。隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)字搶答器誕生了，它易于擴展，可靠性好，集成度高，而且費用低，功能更加多樣化，是一種高效能的產(chǎn)品。而如今在市場上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機技術(shù)進行設計，本次設計主要利用常見的74LS系列集成電路芯片，并通過劃分功能模塊進行各個部分的設計，最后完成了八路智力競賽搶答器的設計。設計要求2.1設計任務要求鞏固數(shù)字電子技術(shù)所學的理論，著重解決工程實踐的動手能力、創(chuàng)新能力和進行綜合設計的能力。實現(xiàn)74LS48、74LS148H和74LS279等芯片以及多路門電路實現(xiàn)八路數(shù)字搶答器在許多比賽活動中，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）設計制作一個可容納8組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設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，若參賽者按搶答開關(guān)，則該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的組別，同時指示燈亮。此時，電路應具備自鎖存功能，使別組的搶答開關(guān)不起作用。2.2設計主要技術(shù)指標能實現(xiàn)八路隨意搶答，優(yōu)先權(quán)處理②、能實現(xiàn)復位、啟動、鎖存等功能。設計思想以及設計流程3.1設計思想經(jīng)過對電路功能的分析，整個八路搶答器可由燈泡、顯示器、各路門電路構(gòu)成，同時根據(jù)需要也可以加上報警裝置等元器件。3.2總電路設計流程圖3-1總電路框圖電路功能的實現(xiàn)方案芯片功能介紹1、集成電路74LS148N74LS148N是編碼器其邏輯符號如下所示：其真值表如下所示：2、集成電路74LS279N是鎖存器其邏輯符號如下所示：74LS279引腳圖：其真值表如下所示：RSQ1Q200保持保持0100101111003、集成電路74LS48N是譯碼器其邏輯符號如下所示：其真值表如下所示：4、與非門74LS00N的邏輯符號如下所示：其真值表如下所示：其邏輯功能為：有0出1，全1出0其邏輯代數(shù)式：5、或非門74LS27N的邏輯符號如下所示：電路設計的原理圖以及總電路圖5.1工作原理電路功能：在選手搶答前，“清除/起始”開關(guān)S使基本RS觸發(fā)器輸出端Q為0，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器禁止；當主持人按下“清除/起始”開關(guān)S時，基本RS觸發(fā)器輸出端Q為1，與優(yōu)先擴展輸出端Yex共同作用，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器選通輸入端ST為0，允許編碼，等待數(shù)據(jù)輸入。此時優(yōu)先按動序號的組號立即通過編碼器按BCD421碼輸出，經(jīng)RS鎖存器74LS279將該數(shù)碼鎖存到LED顯示器上。與此同時，E1由0翻轉(zhuǎn)為1，編碼器被禁止。選手搶答實行優(yōu)先鎖存功能，優(yōu)先搶答選手的編號會一直保持不變，直到主持將系統(tǒng)清除為止。電路還具有搶答限制功能，當主持人開關(guān)合上時，所有的選手均不能搶答，起到監(jiān)督的作用。5.2顯示電路原理本設計剛開始本想用74LS138譯碼顯示輸出的，但考慮到74LS138譯碼器是低電平輸出不太好實現(xiàn)電路的功能，又改變想用74LS48譯碼器譯碼輸出顯示，因為74LS48譯碼器是高電平輸出，實現(xiàn)起來比較容易。主要多了一個基本RS觸發(fā)器，以及相對的74LS148引腳與74LS279之間連線的相應改變，這又涉及到之后的提高方案中的連線的改變。它有自身的優(yōu)點，即基本RS觸發(fā)器又相當一鎖存器（74LS279），它可以對主持人的指令進行進一步的鎖存，這樣就可以增強它的抗干擾能力5.3控制電路原理1、當主持人將開關(guān)S撥到清除位置時，編碼顯示器無顯示，搶答指示燈不亮，表明搶答電路清除成功。3、當主持人將開關(guān)S撥到開始位置時。說明電路處于等待工作狀態(tài)。4、如S7搶答，編碼顯示器顯示數(shù)字“7”，搶答指示燈亮，提示有人搶答，本次搶答成功。此時，燈泡會亮，編碼器處于禁止工作狀態(tài)，即使其他選手繼續(xù)按動按鍵，也不能改變定時顯示器上數(shù)字，這說明5、下一輪的搶答要等主持人將開關(guān)重新?lián)艿角宄恢茫拍苓M行下一輪的搶答。如能實現(xiàn)上述的電路功能，表明電路工作正常，電路的驗證及測試通過。5.4設計思路①本題的根本任務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，第一搶答信號應該在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。②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。③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5.5總電路原理5.6各模塊設計方案及原理說明5.6.1搶答電路此部分電路主要完成的功能是實現(xiàn)八路選手搶答并進行鎖存。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"清除"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)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＝１，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CTR＝1，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“清除”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5.6.2RS觸發(fā)器：1.保持狀態(tài)。當輸入端接入==1的電平時，如果基本SR觸發(fā)器現(xiàn)態(tài)=1、=0，則觸發(fā)器次態(tài)=1、=0；若基本SR觸發(fā)器的現(xiàn)態(tài)=0、=1，則觸發(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，如果基本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；如果基本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，無論基本SR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。&&QQG1G2RSSRRSQQR&&QQG1G2RSSRRSQQRSQ置0置1保持（a）邏輯圖(b)邏輯符號(c)波形圖圖3-3基本SR觸發(fā)器輸入輸出1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100111111111101表3-174LS148真值表5.6.374LS148編碼器電路原理74LS148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），則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，當有多個外設申請中斷時，優(yōu)先編碼器總是給優(yōu)先級別高的設備先編碼。5.6.374LS48驛碼器電路原理圖3-4譯碼顯示電路圖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輸出信號的電路。也稱為變量譯碼器。若輸入端有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。字符顯示器：分段式顯示是將字符由分布在同一平面上的若干段發(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1.5~3V，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1-4（a）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a~g由相應的BCD七段譯碼器來驅(qū)動。電路仿真搶答電路收獲、體會這次課程設計的電路是比較復雜的。雖然以前在模電、Protel課程設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更靈活易用，熟練以后十分順手。在整個電路的設計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設計上，在多種方案的選擇中，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通多次對電路的改進，上機仿真以及接線調(diào)試，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。設計過程中，我深刻的體會到在設計過程中，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。設計思路是最重要的，只要你的設計思路是成功的，那你的設計已經(jīng)成功了一半。因此我們應該在設計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。設計單元電路階段，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計中最重要的部分，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，部分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。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。這是應用課本知識的大好時機?？傊?，通過這次練習我有了很多收獲。在摸索該如何設計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設計思維，增強了動手能力。在改進電路的過程中，同學們共同探討，最后的電路已經(jīng)比初期設計有了很大提高。在讓