數(shù)電課程設(shè)計-四人搶答器

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課程設(shè)計說明書

課程名稱：數(shù)字電子技術(shù)、模擬電子技術(shù)

設(shè)計題目：四人搶答器

院系：電子信息與電氣工程學(xué)院

同學(xué)姓名：曹光宇

學(xué)號：202202022021

專業(yè)班級：電子信息工程2022級1班

指導(dǎo)老師：胡萬里

2022年5月25日

課程設(shè)計任務(wù)書設(shè)計題目四人搶答器

同學(xué)姓名曹光宇所在院系電子信息與電

氣工程學(xué)院

專業(yè)、年級、班

電子信息工程

2022級1班

設(shè)計要求：

1、設(shè)計制作一個可容納四個組參賽的搶答器，每組一個搶答開關(guān)；

2、設(shè)置一個搶答開頭按鍵，同時設(shè)置搶答定時電路，且計時起點與搶答命令同步，計時盡頭是第一個搶答者的搶答信號到來，超時而無人搶答題目作廢；

3、系統(tǒng)具有第一搶答信號鑒別和鎖存功能，主持人發(fā)布搶答命令后，第一搶答者按下?lián)尨疰I后，電路應(yīng)登記第一搶答者的組別，并封鎖其他各組的搶答信號，即其他任何一組的搶答信號都不會使電路響應(yīng)；

4、系統(tǒng)采納聲光指示第一搶答者：用揚聲器提醒第一搶答者產(chǎn)生；用發(fā)光二極管指指示第一搶答者。

同學(xué)應(yīng)完成的工作：

設(shè)計一個四人搶答器的電路，并利用Multisim軟件舉行電路仿真。利用DXP軟件繪制電路原理圖，并設(shè)計制作電路的PCB板。按照設(shè)計原理對電路舉行安裝、調(diào)試，完成課程設(shè)計工作，并提交課程設(shè)計報告。

四人搶答器

名目

1.設(shè)計背景(1)

1.1學(xué)習(xí)并進一步了解數(shù)字電路(1)

1.2脈沖發(fā)生電路基本構(gòu)成及作用(1)

2.設(shè)計計劃(1)

2.1任務(wù)分析(1)

2.2計劃論證(1)

3.計劃實施(2)

3.1原理圖設(shè)計(2)

3.2電路仿真(5)

3.3PCB制作(6)

3.4安裝與調(diào)試(6)

4.結(jié)果與結(jié)論(7)

5.收獲與致謝(7)

6.

1.設(shè)計背景

1.1學(xué)習(xí)并進一步了解數(shù)字電路

學(xué)習(xí)了數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)，了解數(shù)字電路中的門電路、組合規(guī)律電路、觸發(fā)器、時序規(guī)律電路和脈沖的產(chǎn)生與整形等學(xué)問。不僅明了它們功能而且知道它們內(nèi)部的工作原理，為靈便運用這些器件打下了堅實的基礎(chǔ)。也讓我們對數(shù)字電子技術(shù)有了整體的熟悉，它普通包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時鐘電路和電源等。

通過數(shù)電試驗的練習(xí)讓我們更深化了解各個器件的功能，把課本上的理論學(xué)問應(yīng)用于實踐，越發(fā)清晰的明了了各個器件的功能和用法（包括接口技術(shù)），使我們具備了一定的數(shù)字電路設(shè)計的能力。也為各種器件的綜合運用打下了基礎(chǔ)。

1.2脈沖發(fā)生電路基本構(gòu)成及作用

脈沖發(fā)生電路是數(shù)字電路系統(tǒng)中的核心，按照系統(tǒng)的要求首先確定主時鐘的頻率，通過調(diào)整電路中電容電阻值，來調(diào)整出我們需要的時鐘脈沖。在時鐘脈沖及經(jīng)分頻后形成各種時鐘脈沖電路的作用下來控制囫圇系統(tǒng)，是囫圇系統(tǒng)都在它的控制下按一定的邏輯工作。本次課程設(shè)計中我們采納的是用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器提供倒計時脈沖和掃描電路的脈沖。

2.設(shè)計計劃

2.1任務(wù)分析

任務(wù)是一個四人搶答器：它分為脈沖、報警、搶答、計時、顯示等幾部分組成。我們小組采納了先局部后整體的模塊化設(shè)計思想，按照本次課程設(shè)計所提供的器件來設(shè)計電路。首先我們要分析各個模塊要實現(xiàn)它的功能需要哪些器件，然后再思量怎樣銜接這些器件。最后通過規(guī)律分析設(shè)計如何實現(xiàn)其整體功能。

2.2計劃論證

1、怎樣得到所需脈沖？我們采納了用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，通過調(diào)整與它相連的電容和電阻值來得到我們想要的頻率（采納555向?qū)ё龅模?/p>

2、報警如何實現(xiàn)？因為要求是聲光報警，我們采納的是發(fā)光二極管和蜂鳴器并聯(lián)的形式，當有高電平常發(fā)光二極管和蜂鳴器同時工作，就實現(xiàn)了聲光報警。3、如何顯示倒計時？我們采納七段共陽極的數(shù)碼管，用74LS47來驅(qū)動數(shù)碼管顯示數(shù)字。4、計時部分如何實現(xiàn)？首先要有一個脈沖信號（555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器）調(diào)整它的頻率為1HZ，來得到我們所

要的時光信號，用此信號來驅(qū)動十進制加減計數(shù)器來記錄脈沖的個數(shù)（即時光），再將此時光用顯示電路顯示就實現(xiàn)了計時功能。5、搶答部分如何實現(xiàn)第一搶答者按下?lián)尨疰I后，電路應(yīng)登記第一搶答者的組別，并封鎖其他各組的搶答信號？首先需要四個自立的按鍵開關(guān)供四位搶答者用，第二要想鎖存信號就用4D觸發(fā)器來實現(xiàn)，最后，要想達到第一搶答者按下?lián)尨疰I后，電路應(yīng)登記第一搶答者的組別，并封鎖其他各組的搶答信號，我們采納的是四輸入雙與門來推斷是否有人搶答，用一個555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的脈沖與四輸入雙與門經(jīng)與門后連到4D觸發(fā)器的CLK（鎖存控制端），因為多諧振蕩器脈沖的輸入所以電路在不斷的掃描是否有人搶答，直到有人搶答后CLK被鎖，第一個搶答者的信號也被鎖存住，再有其它信號來時4D觸發(fā)器就不會工作來鎖存其它信號了。

3.計劃實施

3.1原理圖設(shè)計

挑選合適的數(shù)字器件，multisim軟件繪制各單元的規(guī)律電路圖。

1、顯示電路設(shè)計

圖1顯示電路

顯示電路是提示搶答者倒計時時光，并能記錄下?lián)尨鸬臅r刻，因此要將倒計時模塊

銜接到顯示電路。顯示電路是用七段譯碼器來驅(qū)動數(shù)碼管顯示倒計時時光。

2、多諧振蕩器電路設(shè)計

圖2555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器電路表1555定時器的功能表輸入輸出

DR'UTHUTR

UOTD01111×CC2V3>CC2V3×

CC1V3

>CC1V3

>CC1V3

<CC1V3<低電平低電平不變高電平高電平導(dǎo)通導(dǎo)通不變截止截止

由555定時器組成的多諧振蕩器的原理是將它的THR端口和TRI端口短接構(gòu)成施密特觸發(fā)器。將VOD與R2和C組成的積分電路接到施密特觸發(fā)器輸入端構(gòu)成多諧振蕩器。因為電容C上的電壓在VT+與VT-之間往復(fù)振動，知電容C的充放電時光T1和T2。T1=(R1+R2)*C*ln2，T2=R2*C*ln2，又由于T=T1+T2,振蕩頻率為f=1/T。輸出脈沖的占空比為q=T1/T。因為設(shè)計要求為f=1Hz，占空比為2/3，故R1=R2=48K。因為本次設(shè)計提供的是47K的電阻，故有偏差。

3、報警電路設(shè)計

圖3由LED和蜂鳴器構(gòu)成的報警電路

報警電路實際銜接時0端沒有直接接地，而是由4D觸發(fā)器的四個~Q端口舉行與運算后的端口，當有搶答者搶答時，此端口變成低電平，浮現(xiàn)聲光報警。

4、時鐘電路設(shè)計

圖4時鐘電路

時鐘電路由555定時器組成的多諧振蕩器發(fā)出1Hz的時鐘脈沖接至預(yù)置數(shù)為9的計數(shù)器74LS192的倒計數(shù)脈沖輸入端。當?shù)褂嫊r為0時借位信號輸出，將借位端接至雙D觸發(fā)器的CLK端，從74LS74的~Q的端口輸出低電平。將此低電平信號與1Hz的時鐘脈沖經(jīng)過與非門銜接到倒計時脈沖輸入端，從而封鎖了倒計時模塊。囫圇過程恰好實現(xiàn)

了10秒倒計時，實現(xiàn)了時鐘設(shè)計。

5、搶答電路設(shè)計

圖5搶答電路

搶答電路的四個搶答開關(guān)接至4D觸發(fā)器的四個輸入端，由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器發(fā)出高頻脈沖信號接觸發(fā)器的脈沖輸入端。當有搶答開關(guān)閉合時，觸發(fā)器將其信號鎖存，相應(yīng)的Q端變成高電平，與其相連的LED發(fā)光。同時~Q端口輸出低電平和高頻脈沖信號經(jīng)過兩個與非門后接至4D觸發(fā)器的CLK脈沖輸入端，使得CLK端向來為低電平，從而封鎖了搶答電路，實現(xiàn)了惟獨第一個搶答信號有效。

3.2電路仿真

在各單元電路設(shè)計的基礎(chǔ)上，用Multisim軟件把各單元電路銜接起來，畫出符合軟件要求的系統(tǒng)整體規(guī)律電路圖。系統(tǒng)整體電路設(shè)計完成后，對系統(tǒng)整體舉行仿真，驗證設(shè)計的正確性。驗證結(jié)果表明徹低符合電路的設(shè)計要求。即主持人開關(guān)閉合時，開頭舉行倒計時，當有人搶答時，對應(yīng)的LED發(fā)光二極管亮，并浮現(xiàn)相應(yīng)的報警。完成總體設(shè)計的要求。

圖6電路仿真圖

3.3PCB制作

1、單位采納公制單位（mm）。

2、電源線和地線采納0.6mm,假如從兩個焊盤中間穿過時用0.4mm。.

3、信號線采納0.5mm。假如從兩個焊盤中間穿過時用0.4mm。

4、焊盤的內(nèi)徑用0.9mm。外徑按照需要舉行修改，普通為X方向1.6mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0mm，Y方向1.6mm。

5、過孔的大小和焊盤的設(shè)置一樣。

6、數(shù)碼管的封裝采納上下的封裝形式。

7、PCB板制作的大小緊湊、美觀。

PCB大小選用10*15（單位CM）（實際布線范圍應(yīng)比所選規(guī)格要?。?/p>

3.4安裝與調(diào)試

安裝元件時極性不要接反例如發(fā)光二極管，極性電容，蜂鳴器等。還有集成器件也應(yīng)注重，不要插反。電路焊制過程中不要和銅融合以防止短路，另外本次實驗中時鐘脈

沖開關(guān)采納六角封裝，信信號脈沖開關(guān)采納四角封裝，因此在安裝過程中一定要與PCB板上的電路接法相吻合。電路完成安裝后，舉行第一次調(diào)試，發(fā)覺電路工作不穩(wěn)定，認真檢查后發(fā)覺電路中存在短路。認為是銅和焊錫少量接觸，于是吸錫后重新焊接，舉行調(diào)試后勝利。舉行調(diào)試發(fā)覺電路工作狀態(tài)不穩(wěn)定，有些功能時好時壞，又經(jīng)反復(fù)調(diào)試后經(jīng)分析發(fā)覺是2D觸發(fā)器的問題，它影響倒計時，使得倒計時變快，并且使得搶答失去鎖存功能。將2D觸發(fā)器去掉后倒計時恢復(fù)正常，搶答功能也恢復(fù)正常。又反復(fù)檢查電路無誤后，經(jīng)分析我們認為是2D觸發(fā)器的CLR清零端沒有起到清零作用，剛上電Q端就是高電平，就浮現(xiàn)聲光報警。經(jīng)多次調(diào)試后發(fā)覺是接觸不良造成的，惟獨多次調(diào)整主持人開關(guān)才干使電路正常工作。

4.結(jié)果與結(jié)論

在電路設(shè)計的過程中，用Multisim仿真各個模塊的功能都正常，整體電路的的仿真也能實現(xiàn)，根據(jù)仿真電路畫DXP的原理圖，并且仿真勝利。然后勝利導(dǎo)入PCB，并正確舉行布線，勝利制成電路板。正確安裝上元器件后舉行電路調(diào)試電路浮現(xiàn)不正常狀態(tài)，經(jīng)檢查后發(fā)覺板子上有一處短線。故障排解后電路正常工作了一次然后又不正常了。然后又舉行調(diào)試發(fā)覺電路工作狀態(tài)不穩(wěn)定，有些功能時好時壞，又經(jīng)反復(fù)調(diào)試后經(jīng)分析發(fā)覺是2D觸發(fā)器的問題，它影響倒計時，使得倒計時變快，并且使得搶答失去鎖存功能。將2D觸發(fā)器去掉后倒計時恢復(fù)正常，搶答功能也恢復(fù)正常。又反復(fù)檢查電路無誤后，經(jīng)分析我們認為是2D觸發(fā)器的CLR清零端沒有起到清零作用，剛上電Q端就是高電平，就浮現(xiàn)聲光報警。經(jīng)多次調(diào)試后發(fā)覺是接觸不良造成的，惟獨多次調(diào)整主持人開關(guān)才干使電路正常工作。終于沒能夠穩(wěn)定的達到設(shè)計的要求的效果。

5.收獲與致謝

經(jīng)過兩個星期的電子技術(shù)課程設(shè)計，雖然短暫但是讓我得到多方面的提高：1、這次課程設(shè)計我們采納三人一組，讓我們學(xué)會了團結(jié)全都，在溝通中取得長進，從問題中提高自己。2、讓我學(xué)會了multisim和DXP的運用為以后的學(xué)習(xí)打下了基礎(chǔ)。3、讓我學(xué)會了科學(xué)地分析實際問題，在與小組成員成員和小組之間溝通的過程中，打破了我的思維局限，開辟了視野。4、在設(shè)計和制作的過程中也培養(yǎng)了我仔細嚴謹?shù)膽B(tài)度，由于任何一個環(huán)節(jié)出錯都有可能導(dǎo)致失敗。5、通過數(shù)電課程設(shè)計讓我對數(shù)電有了更深的熟悉，提高了我們的規(guī)律思維能力，使我們在規(guī)律電路的分析與設(shè)計上有了很大的長進。加深了我們對組合規(guī)律電路與時序規(guī)律電路的熟悉，進一步增進了對一些常見規(guī)律器件

的了解。6、我們在設(shè)計電路時，碰到無數(shù)不理解的東西，有的我們通過查閱參考書弄明了，有的通過網(wǎng)絡(luò)查到，在實踐中學(xué)習(xí)，讓我對所學(xué)的學(xué)問有了更深刻的理解。7、讓我熟悉到了數(shù)電的學(xué)習(xí)不是紙上談兵，應(yīng)當在實踐中學(xué)習(xí)，在學(xué)習(xí)中聯(lián)系實際增加自己的動手能力。

謝謝教師在課程設(shè)計中給我們的指導(dǎo)，謝謝小學(xué)為我們提供實踐的機會和條件，讓我明了了學(xué)習(xí)的辦法和方向即理論聯(lián)系實際，也讓我清晰地熟悉到了自己的不足。

6.

7.附件7.1電路原理圖

電路原理圖如圖7所示。

圖7電