1、課程設計說明書課程名稱：數字電子技術、模擬電子技術設計題目：四人搶答器院系:電子信息與電氣工程學院學生姓名：曹光宇學號:201002020021專業班級：電子信息工程2010級1班指導教師：胡萬里張久眾卷2012年5月25日課程設計任務書設計題目四人搶答器學生姓名曲勒宀缶右（宀刁 電子信息與電 #仕如工|工電子信息工程曹光于所在院系氣程學院專業、年級、班201201。級1 1班設計要求：1、 設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；2、 設置一個搶答開始按鍵，同時設置搶答定時電路，且計時起點與搶答命令同步，計時終點是第 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

2、具有第一搶答信號鑒別和鎖存功能，主持人發布搶答命令后，第一搶答者按下搶答鍵后， 電路應記下第一搶答者的組別，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；4、 系統采用聲光指示第一搶答者： 用揚聲器提示第一搶答者產生；用發光二極管指指示第一搶答者。學生應完成的工作：設計一個四人搶答器的電路，并利用Multisim軟件進行電路仿真。利用DXP軟件繪制電路原理圖，并設計制作電路的 PCB板。根據設計原理對電路進行安裝、調試，完成課程設計工作，并提交課 程設計報告。參考文獻閱讀：1童詩白模擬電子技術基礎M.北京：高等教育出版社，2005.2臧春華電子線路設計與應用M.北京：高

3、等教育出版社，2005.3邱關源，羅先覺.電路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4閻石.數字電子技術（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.5張陽天，韓異凡 Protel DX P電路設計M.北京：高等教育出版社，2005.工作計劃：5 月14號 16號完成原理圖的設計；5月17號 28號進行PCB設計；5月21號 23號制作PCB 板；5月24號一25號電路板安裝與調試，提交課程設計報告。任務下達日期：2012年5月14日任務完成日期：2012年5月25日指導教師（簽名）：學生（簽名）：四人搶答器摘 要：設計了一個四人搶答器控制電路，該電路具有計時起點與搶答命令 同步，計時

4、終點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；主持人發布搶答命令后，第一搶答者按下搶答鍵后，電路應記下第一搶答者 的組別，并封鎖其他各組的搶答信號；用揚聲器提示第一搶答者產生；用發 光二極管指指示第一搶答者等特點（功能）。其中，搶答電路用4D觸發器（74LS175）,二輸入四與非門74LS00,四輸入雙與門（74LS21） ,555定時 器實現；報警電路用上拉電阻，發光二極管和蜂鳴器組合來實現；顯示電路用七段共陽極數碼管和譯碼器 （74LS47）來實現；時鐘電路用555定時器和 十進制加減計數器（74LS192）來實現。利用Multisim 10對設計的電路進行 仿真，可以得到設計

5、要求的結果。關鍵詞：四人搶答器；搶答信號；聲光報警；定時電路1設計背景. 11.1學習并進一步了解數字電路 . 11.2脈沖發生電路基本構成及作用. 12設計方案. 12.1任務分析. 12.2方案論證. 13.方案實施 . 23.1原理圖設計. 23.2電路仿真. 53.3 PCB制作. 63.4安裝與調試 . 64.結果與結論 . 75.收獲與致謝 . 76.參考文獻 . 87.附件 . 97.1電路原理圖. 97.2 PCB布線圖 . 107.3元器件清單. 1011.設計背景1.11.1學習并進一步了解數字電路學習了數字電子技術基礎，了解數字電路中的門電路、組合邏輯電路、觸發器、時 序

6、邏輯電路和脈沖的產生與整形等知識。 不僅明白它們功能而且知道它們內部的工作原 理，為靈活運用這些器件打下了堅實的基礎。 也讓我們對數字電子技術有了整體的認識， 它一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時鐘電路和電源等。通過數電實驗的練習讓我們更深入了解各個器件的功能，把課本上的理論知識應用 于實踐，更加清楚的明白了各個器件的功能和用法（包括接口技術），使我們具備了一 定的數字電路設計的能力。也為各種器件的綜合運用打下了基礎。1 12 2脈沖發生電路基本構成及作用脈沖發生電路是數字電路系統中的核心，根據系統的要求首先確定主時鐘的頻率， 通過調節電路中電容電阻值，來調節出我們需要的時鐘脈沖。在時鐘

7、脈沖及經分頻后形 成各種時鐘脈沖電路的作用下來控制整個系統，是整個系統都在它的控制下按一定的規律工作。本次課程設計中我們采用的是用 555555定時器構成的多諧振蕩器提供倒計時脈沖 和掃描電路的脈沖。2.設計方案2.12.1任務分析任務是一個四人搶答器：它分為脈沖、報警、搶答、計時、顯示等幾部分組成。我 們小組采用了先局部后整體的模塊化設計思想，根據本次課程設計所提供的器件來設計 電路。首先我們要分析各個模塊要實現它的功能需要哪些器件，然后再思考怎樣連接這 些器件。最后通過邏輯分析設計如何實現其整體功能。2.22.2方案論證1 1、怎樣得到所需脈沖？我們采用了用 555555定時器構成的多諧振

8、蕩器，通過調節與它 相連的電容和電阻值來得到我們想要的頻率（采用555555向導做的）2 2、報警如何實現？由于要求是聲光報警，我們采用的是發光二極管和蜂鳴器并聯的形式，當有高電平時發 光二極管和蜂鳴器同時工作，就實現了聲光報警。3 3、如何顯示倒計時？我們采用七段共陽極的數碼管，用74LS4774LS47來驅動數碼管顯示數字。4 4、計時部分如何實現？首先要 有一個脈沖信號（555555定時器構成的多諧振蕩器）調節它的頻率為 1HZ1HZ,來得到我們所23 36 6R3-WV1002要的時間信號，用此信號來驅動十進制加減計數器來記錄脈沖的個數（即時間），再將此時間用顯示電路顯示就實現了計時功

9、能。5 5、搶答部分如何實現第一搶答者按下搶答 鍵后，電路應記下第一搶答者的組別，并封鎖其他各組的搶答信號？首先需要四個獨立 的按鍵開關供四位搶答者用，其次要想鎖存信號就用4D4D觸發器來實現，最后，要想達到第一搶答者按下搶答鍵后，電路應記下第一搶答者的組別，并封鎖其他各組的搶答信 號，我們采用的是四輸入雙與門來判斷是否有人搶答，用一個555555定時器構成的多諧振蕩器的脈沖與四輸入雙與門經與門后連到 4D4D觸發器的CLKCLK （鎖存控制端），由于多諧 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CLKCLK被鎖，第一個搶答者的信號也被鎖存住，再有其它信號來時4D4D觸

10、發器就不會工作來鎖存其它信號了。3.方案實施3.13.1原理圖設計選擇合適的數字器件，multisimmultisim軟件繪制各單元的邏輯電路圖。1 1、顯示電路設計CA74LS47N_vcc5V圖1顯示電路3顯示電路是提醒搶答者倒計時時間，并能記錄下搶答的時刻，因此要將倒計時模塊447kCR25354DI5KW10nF 10nFCCf555_ VIRTUALTimer連接到顯示電路。顯示電路是用七段譯碼器來驅動數碼管顯示倒計時時間2 2、多諧振蕩器電路設計圖2555定時器構成的多諧振蕩器電路表1555定時器的功能表輸入輸岀RDUTHUTRUOTD0XX低電平導通12X/VCC31 x/V C

11、C3低電平導通123VCC1pvcc不變不變1詣VCC31-LCLR圖3由LED和蜂鳴器構成的報警電路報警電路實際連接時0 0端沒有直接接地，而是由4D4D觸發器的四個QQ端口進行與運 算后的端口，當有搶答者搶答時，此端口變成低電平，出現聲光報警。4 4、時鐘電路設計圖4時鐘電路時鐘電路由555555定時器組成的多諧振蕩器發出1Hz1Hz的時鐘脈沖接至預置數為9 9的計 數器74LS19274LS192的倒計數脈沖輸入端。當倒計時為0 0時借位信號輸出，將借位端接至雙D D 觸發器的CLKCLK端，從74LS7474LS74的QQ的端口輸出低電平。將此低電平信號與 1Hz1Hz的時鐘 脈沖經過

12、與非門連接到倒計時脈沖輸入端，從而封鎖了倒計時模塊。整個過程恰好實現了 1010秒倒計時，實現了時鐘設計5 5、搶答電路設計VCLED7U1247 k：VCCk555.TimR14 UP &CWCU13D LS192N SOONCLR=10nF Cf=10uFC67*1 口：化：圖5搶答電路搶答電路的四個搶答開關接至4D4D觸發器的四個輸入端，由555555定時器構成的多諧 振蕩器發出高頻脈沖信號接觸發器的脈沖輸入端。當有搶答開關閉合時，觸發器將其信 號鎖存，相應的Q Q端變成高電平，與其相連的LEDLED發光。同時QQ端口輸出低電平和高 頻脈沖信號經過兩個與非門后接至 4D4D觸發器的CLK

13、CLK脈沖輸入端，使得CLKCLK端一直為 低電平，從而封鎖了搶答電路，實現了只有第一個搶答信號有效。3.23.2電路仿真在各單元電路設計的基礎上，用MultisimMultisim軟件把各單元電路連接起來，畫出符合軟 件要求的系統整體邏輯電路圖。系統整體電路設計完成后，對系統整體進行仿真，驗證 設計的正確性。驗證結果表明完全符合電路的設計要求。即主持人開關閉合時，開始進 行倒計時，當有人搶答時，對應的 LEDLED發光二極管亮，并出現相應的報警。完成總體 設計的要求。7WCp*= IWE.VTRTUAlTlrner圖6電路仿真圖3.33.3 PCBPCB制作1 1、單位采用公制單位（mmmm

14、）。2 2、電源線和地線采用0.6mm,0.6mm,如果從兩個焊盤中間穿過時用 0.4mm0.4mm。. .3 3、信號線采用0.5mm0.5mm。如果從兩個焊盤中間穿過時用 0.4mm0.4mm。4 4、焊盤的內徑用0.9mm0.9mm。外徑根據需要進行修改，一般為X X方向1.61.6 mm,Ymm,Y方向2.0mm2.0mm， 或是X X方向2.02.0 mmmm，丫方向1.6mm1.6mm。5 5、過孔的大小和焊盤的設置一樣。6 6、數碼管的封裝采用上下的封裝形式。7 7、PCBPCB板制作的大小緊湊、美觀。PCBPCB大小選用10*1510*15 （單位CMCM）（實際布線范圍應比所

15、選規格要?。?。3.43.4安裝與調試安裝元件時極性不要接反例如發光二極管，極性電容，蜂鳴器等。還有集成器件也 應注意，不要插反。電路焊制過程中不要和銅融合以防止短路，另外本次試驗中時鐘脈沖開關采用六角封裝，信信號脈沖開關采用四角封裝，因此在安裝過程中一定要與 PCBPCB 呼= D= 1O* Spi&n* ccr才輕il7N1 F7.TV VLEX 立疽ndOTA:強8板上的電路接法相吻合。電路完成安裝后，進行第一次調試，發現電路工作不穩定，仔 細檢查后發現電路中存在短路。認為是銅和焊錫少量接觸，于是吸錫后重新焊接，進行 調試后成功。進行調試發現電路工作狀態不穩定，有些功能時好時壞，又經反復調

16、試后經分析發現是2D2D觸發器的問題，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2D2D觸發器去掉后倒計時恢復正常，搶答功能也恢復正常。又反復檢查 電路無誤后，經分析我們認為是2D2D觸發器的CLRCLR清零端沒有起到清零作用，剛上電Q Q 端就是高電平，就出現聲光報警 。經多次調試后發現是接觸不良造成的，只有多次調 節主持人開關才能使電路正常工作。4.結果與結論在電路設計的過程中，用MultisimMultisim仿真各個模塊的功能都正常，整體電路的的仿真 也能實現，按照仿真電路畫 DXPDXP的原理圖，并且仿真成功。然后成功導入 PCBPCB，并正確 進行布線，成功制成電

17、路板。正確安裝上元器件后進行電路調試電路出現不正常狀態， 經檢查后發現板子上有一處短線。故障排除后電路正常工作了一次然后又不正常了。然后又進行調試發現電路工作狀態不穩定，有些功能時好時壞，又經反復調試后經分析發現是2D2D觸發器的問題，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2D2D觸發器去掉后倒計時恢復正常，搶答功能也恢復正常。又反復檢查電路無誤 后，經分析我們認為是2D2D觸發器的CLRCLR清零端沒有起到清零作用，剛上電 Q Q端就是 高電平，就出現聲光報警。經多次調試后發現是接觸不良造成的，只有多次調節主持 人開關才能使電路正常工作。最終沒能夠穩定的達到設計的要求的

18、效果。5.收獲與致謝經過兩個星期的電子技術課程設計，雖然短暫但是讓我得到多方面的提高：1 1、這次課程設計我們采用三人一組，讓我們學會了團結一致，在交流中取得進步，從問題中 提高自己。2 2、讓我學會了 multisimmultisim和DXPDXP的運用為以后的學習打下了基礎。3 3、讓我 學會了科學地分析實際問題，在與小組成員成員和小組之間交流的過程中，打破了我的 思維局限，開拓了視野。4 4、在設計和制作的過程中也培養了我認真嚴謹的態度，因為 任何一個環節出錯都有可能導致失敗。5 5、通過數電課程設計讓我對數電有了更深的認識，提高了我們的邏輯思維能力，使我們在邏輯電路的分析與設計上有了很大的進步。 加深了我們對組合邏輯電路與時序邏輯電路的認識，進一步增進了對一些常見邏輯器件97 7、的了解。6 6、我們在設計電路時，遇到很多不理解的東西，有的我們通過查閱參考書弄 明白，有的通過網絡查到，在實踐中學習，讓我對所學的知識有了更深刻的理解。讓我認識到了數電的學習不是紙上談兵，應該在實踐中學習，在學習中聯系實際增強自 己的動手能力。感謝老師在課程設計中給我們的指導，感謝學校為我們提供實踐的機會和條件，讓 我明白了學習的方法和方向即理論聯