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数字电子技术课程设计，数字抢答器的设计.doc

发布时间：2022-06-06 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.26M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    摘要
    数字电子计数课程设计 ——八路数字抢答器的设计 姓名： 学号： 班级：
    目录 摘要 .....................................................................................................................................................3 一、设计内容与要求 ........................................................................................................................ 4 二、设计原理 .................................................................................................................................... 4 2.1 总体方案设计 ..................................................................................................................... 4 2.1.1 总电路框图.............................................................................................................. 4 2.1.2 总体设计思路 .......................................................................................................... 5 2.2 各模块设计方案及原理说明 ............................................................................................. 5 2.2.1 抢答电路 .................................................................................................................. 5 2.2.2 控制和报警电路 ...................................................................................................... 7 2.2.3 总体电路 ................................................................................................................ 10 三、设计仿真 .................................................................................................. 错误！未定义书签。 3.1 抢答电路 ........................................................................................... 错误！未定义书签。 3.2 二极管报警电路 ...............................................................................错误！未定义书签。 3.3 蜂鸣器报警电路 ...............................................................................错误！未定义书签。 3.4 组装调试的方法和出现的问题.......................................................错误！未定义书签。 四、总结电路设计的特点及改进意见 .......................................................................................... 13 五、收获体会 .................................................................................................................................. 14 附录 ...................................................................................................................................................15 1.总电路图 ............................................................................................................................... 15 2.芯片引脚图 .......................................................................................................................... 16 3.元器件清单 ........................................................................................................................... 18 主要参考文献 .................................................................................................................................. 19
    摘要 抢答器作为一种工具，已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。本设计以数字式竞赛 抢答器为基本概念，从实际应用出发,利用电子设计自动化( EDA)技术,用数字、模拟电子器 件设计具有扩充功能的抢答器。该抢答器的设计利用 Multisim10.0 完成了原理图设计和电路 仿真，具有数字显示、编码译码，报警等功能，应用效果良好。 关键词: 电子设计自动化；数字电子技术；抢答器；仿真 3
    八路数字抢答器 一、实验要求 （1）设计一个可容纳 8 组参赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。 （2）抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。 （3）设置一个主持人“复位”按钮。 （4）主持人复位后，开始抢答，第一信号鉴别锁存电路得到信号后，由指示灯显示抢 答组的编号，同时扬声器发出 2~3 秒的音响。 选做扩展功能： （5）设置一个计分电路，每组开始预制 100 分，由主持人计分，答对一次加 10 分，答 错一次减 10 分 二、设计原理 2.1 总体方案的设计 2.1.1 抢答器总体框图 抢答按钮 优先编 码电路 锁存器 译码 电路 显示 电路 主持人 控制开关 控制电路 报警电路 主 电 路 预制 计分电路 译码电路 显示电路 加分 减分 图 1 抢答器总体框图 扩展功能电路 4
    2.1.2 抢答器总体设计思路 定时抢答器的总体框图如图 1 所示，它由主体电路和扩展电路两部分构成，主体电路完 成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁 输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成各选手的得分显示功能。 定时抢答器的工作过程是：接通电源时，主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于 禁止工作状态，编号显示器灭灯；抢答开始时，主持人将控制开关拨到“开始”位置，扬声 器给出声响提示，抢答器处于工作状态，这时，抢答器完成以下工作：（1）优先编码器电路 立即分辨出抢答者编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；（2）扬声器 发出短暂声响，提醒主持人注意；（3）控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手 再次进行抢答；（4）当选手将问题回答完毕，主持人操作计分开关，计分电路采用十进制加 /减计数器、数码管显示。本轮抢答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状 态，以便进行下一轮抢答。 2.2 各模块设计方案及原理说明： 2.2.1 抢答电路 抢答电路包括抢答按钮、优先编码电路、锁存器、译码显示电路。抢答电路的功能有两 个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要 使其他选手的按键操作无效。此部分电路主要完成的功能是实现 8 路选手抢答并进行锁存， 同时有相应发光二极管点亮和数码显示。 使用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。工作过程：开关 S 置于"清除" 端时，RS 触发器的 R、S 端均为 0，4 个触发器输出置 0，使 74LS148 的优先编码工作标 志端＝ 0，使之处于工作状态。当开关 S 置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有 选手将抢答按键按下时（如按下 S5），74LS148 的输出经 RS 锁存后，CTR=1,RBO =1, 七 段显示电路 74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR ＝1，使 74LS148 优先编码工作标志端＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即 按下时，74LS148 的 此时由于仍为 CTR＝1，使优先编码工作标志端＝1， 5 所以 74LS148 仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。只要有一组选 手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。通过 74LS48 译码器使抢答 组别数字显示 0-7。如有再次抢答需由主持人将 S 开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢 答。 原理图如下： 5
    图 2 抢答器模块原理图 74LS148 的输入端和输出端低电平有效。 0I ~ 7I 是输入信号， 2Y ~ 0Y 为三位二进制 编码输出信号， SI ＝1 时，编码器禁止编码，当 SI ＝0 时，允许编码。 SY 是技能输出端， 只有在 SI ＝0，而 0I ~ 7I 均无编码输入信号时为 0。 EXY 为优先编码输出端，在 SI ＝0 而 0I ~ 7I 的其中之一有信号时， EXY ＝0。 0I ~ 7I 各输入端的优先顺序为： 7I 级别最高， 0I 级别最低。如果 7I ＝0（有信号），则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出 只按 7I 编码， 2Y 1Y 0Y ＝000。优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申请 中断时，优先编码器总是给优先级别高的设备先编码。 6
    2.2.2 控制和报警电路 控制和报警电路主要完成以下功能：主持人将控制开关拨到“开始”位置时，控制扬声 器发声，使抢答电路进入正常抢答工作状态；当参赛选手按动抢答键时，让扬声器发声，并 使抢答电路停止工作。 图 3 报警模块原理图 555 定时器的原理图和功能表分别如图 4 和图 5 所示。它是由 3 个阻值为５K 欧的电阻组成 的分压器，两个电压比较器 C1 和 C2，基本 RS 触发器，放电 BJT TD 以及缓冲器 G4 组成. 定时器的主要功能取决于比较器,比较器的输出控制 RS 触发器和放电 TD 的状态。图中 Rd 为复位输入端,当 Rd 为低电平时,不管其他输入端的状态如何,输出 Vo 为低电平。由图可知, 当 5 脚悬空时,比较器 C1 和 C2 和比较电压分别为 2/3Vcc 和 1/3Vcc。由图 4 可知： 当 VI1>2/3Vcc，VI2>1/3Vcc 时，比较器 C1 输出低电平，比较器 C2 输出高电平，基本 RS 触发器被置 0，放电三极管 TD 导通，输出端 Vo 为低电平.。 当 VI1<2/3Vcc，VI2<1/3Vcc 时，比较器 C1 输出高电平，比较器 C2 输出低电平，基本 RS 触发器被置 1，放电三极管 TD 截止，输出端 Vo 为高电平。 当 VI1<2/3Vcc，VI2>1/3Vcc 时，基本 RS 触发器 R=1，S=1，触发器状态不变，电路亦 保持原状态不变。 7
    图 4 555 定时器功能表 用 555 定时器可以组成单稳态触发器和多谐振荡电路，如图 5 所示： 图 5 多谐振荡器电路图 由 555 组成的多谐振荡电路如图 5 所示。 电阻和电容构成一个 积分电路，其输 入端接施密特触发器的输出端，其输出端接施密特触发器的输入端。用 555 定时器构成多谐 振荡器就是这个思路。于是，先用 555 定时器构成一个施密特触发器，再把这个施密特触发 器改接成多谐振荡器。 与 555 定时器内部的放电管 构成了一个反相器。逻辑上，这个 反相器的输出与 555 定时器的输出完全相同。因此，这个施密特触发器有两个输出端，分别 为 555 定时器的 3 号脚和 7 号脚。我们看到，电阻 和电容 构成了 积分电路，施密 特触发器的一个输出端（7 号脚）接 积分电路的输入端， 积分电路的输出端接施密 特触发器的输入端。如此，就构成了一个多谐振荡器。 多谐 振荡器 用在报 警电 路中,主要 是用于 控制喇 叭声 响频率.在这 里将它 设置为 1.8KHz，由此可计算得到相关参数为：R1=450.9Ω R2=36.08KΩ C1=10nF C2=10nF。 集成单稳态触发器有两种类型：可重触发的和不可重触发的。在暂稳态期间，前者受 触发脉冲的影响而后者不受触发脉冲的影响。假设单稳态触发器的输出脉冲宽度为 秒，两 个相隔 秒的触发脉冲先后到达， ，那么，它在第一个触发脉冲的作用下进入暂稳态， 这个暂稳态还没有结束，第二个触发脉冲就到达了。对于可重触发的单稳态触发器来说，电 8
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