数字电子技术课程设计-四人抢答器.doc

课 程 设 计 说 明 书课程名称： 数字电子技术 设计题目： 四人抢答器 院 系： 电子信息与电气工程系 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 2011年5月26日课 程 设 计 任 务 书设计题目四人抢答器学生姓名高勇所在院系电子信息与电气工程学院专业、年级、班2009级电子信息工程1班设计要求：1、设计制作一个可容纳四个组参赛的抢答器，每组一个抢答开关；2、设置一个抢答开始按键，同时设置抢答定时电路，且计时起点与抢答命令同步，计时终点是第一个抢答者的抢答信号到来，超时而无人抢答题目作废；3、系统具有第一抢答信号鉴别和锁存功能，主持人发布抢答命令后，第一抢答者按下抢答键后，电路应记下第一抢答者的组别，并封锁其他各组的抢答信号，即其他任何一组的抢答信号都不会使电路响应；4、系统采用声光指示第一抢答者：用扬声器提示第一抢答者产生；用发光二极管指指示第一抢答者。学生应完成的工作：设计四人抢答器的工作原理，并利用Multisim软件进行电路仿真。利用DXP 软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB板。根据设计原理对电路进行安装、调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。参考文献阅读：1童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2005. 2臧春华.电子线路设计与应用M.北京:高等教育出版社,2005.3邱关源 罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.5张阳天 韩异凡Protel DXP电路设计M.北京：高等教育出版社，2005.工作计划： 5月16号18号完成原理图的设计；5月19号22号进行PCB设计；5月23号25号制作PCB板；5月26号27号电路板安装与调试，提交课程设计报告。任务下达日期： 2010 年 5 月 16 日任务完成日期： 2010 年 5 月 27 日指导教师（签名）： 学生（签名）： 四人抢答器摘 要： 用74ls08，74ls00及74ls04组合实现判别第一个抢答信号的到来。用74ls74锁存器实现抢答信号的锁存，并反馈到74ls08封锁其它后来的抢答信号。用555定时器与74ls192实现计时电路十秒时输出脉冲信号点亮红色发光二极管提示十秒到时且同时触发74ls175，抢答信号由74ls175保存并点亮绿色发光二极管。关键词： 555计时器；74ls192；74ls175；芯片；信号的锁存 目 录1.设计背景 11.1了解数字电路系统的定义及组成11.2掌握时钟电路的作用及基本构成12.设计方案12.1任务分析12.2方案论证13.方案实施 23.1原理图设计23.2电路仿真33.3 PCB制作 34.结果与结论54.1设计出的原理图55.收获与致谢56.参考文献57.附件 57.1电路原理图57.2 PCB布线图 67.3元器件清单71. 设计背景1.1了解数字电路系统的定义及组成数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。1.2掌握时钟电路的作用及基本构成时钟电路是数字电路系统中的灵魂，它属于一种控制电路，整个系统都在它的控制下按一定的规律工作。时钟电路包括主时钟振荡电路及经分频后形成各种时钟脉冲的电路。比如多路可编程控制器中的 555 多谐振荡电路，数字频率计中的基准时间形成电路等都属于时钟电路。设计时钟电路，应根据系统的要求首先确定主时钟的频率，并注意与其他控制信号结合产生系统所需的各种时钟脉冲。1.3 了解组合逻辑电路掌握组合逻辑电路的设计及触发器的使用在组合逻辑电路中，任意时刻的输出仅仅取决于该时刻的输入，与电路原来的状态无关。可以通过各种简单逻辑单元实现各种逻辑关系从而可以设计出判断抢答信号的先后并同时封锁其它信号的到来。触发器能够存储1位二值信号，由此可以设计出锁存抢答信号的电路。2. 设计方案2.1任务分析计时十秒需要555产生脉冲信号并与十进制计数器连接可实现十秒计时；抢答信号的判断可以用组合逻辑电路判断；信号的封锁需要触发器；用发光二极管提示抢答者是谁，并提示十秒计时的结束。2.2方案论证可以用555定时器与接成周期为1秒的多谢振荡器作为可逆十进制计数器的脉冲触发实现计时十秒的电路。两片74ls00二输入四与非门组成sr锁存器并与两片双d触发器74ls74连接可以实现抢答信号的判断。判断出的抢答信号亦可反馈到前边电路将其它晚来的信号封锁。这就需要使抢答者抢答信号经过一片二输入四与门74ls08，并将判断好的抢答信号低电平反馈到74ls08从而封锁其它抢答信号。实现抢答信号的判断与封锁。将两片双d触发器与四d触发器74ls175连接，则抢答信号被封锁后经过十秒计时电路过来脉冲给四d触发器脉冲信号则抢答信号存入74ls175中，并与四个绿色发光二极管连接点亮发光二极管指示抢答者。可将74ls175的mr端口，两片74ls74的pr端口及74ls192的mr端口连接以实现电路的复位，并将此脉冲开关设为抢答开始键及计时起点。并用红色发光二极管与74ls192的7端口相连以则计时十秒时二极管将熄灭两秒提示十秒的到来。3. 方案实施3.1原理图设计3.1.1 555定时器组成多谐振荡器3.1.2 抢答并锁存电路3.1.3 后续控制led灯亮电路3.1.4 完成抢答器电路3.2电路仿真仿真电路计算振荡周期为1.03s，仿真结果为0.98s，其余led灯亮暗与预期相符合。3.3 PCB制作将原理图update到pcb中，首先规划元器件整体布局，元器件的布局可以按照功能模块分开布局，这样布线相对简单，地线连接比较规范。布线，线宽，过孔，焊盘，线间距.等规则设置都要符合要求，适当设置跳线。布线完毕打印到转印纸.。由于是单层板所以只答应底层。经转印机将打印纸上线路转印到电路板，经过腐蚀，打磨，打孔制成符合要求的电路板。3.4 安装与调试对照pcb图将跳线连接完毕。对照pcb图将元器件对应入位，并焊接。根据功能试验电路是否工作或工作是否正常。若不正常用万用表分模块测试看哪个模块儿工作与预期不符合，检查线路连接是否出现短路或断路。.调试过程出自己的板出现电源线未全部连接的情况。原因是画原理图的过程中vcc与vdd未加以区分导致update到pcb中时完全就是两根不同的线路，导致未连接。其中：.vdd为单极器件电源，vcc为双极器件电源。试用中应注意。4. 结果与结论4.1：经过两个星期的设计，画图，布线，做板，安装，调试，最终结果：成功。、电路工作正常，多谐振荡电路产生的周期信号与理论值存在0.1s细微误差，led灯的亮暗正常。4.2：设计过程中还是有很多问题值得注意:4.2.1：首先要理解自己要做的是什么要实现什么功能，在做的过程中要围绕这些设计自己的电路； 4.2.2：设计中不是一帆风顺的一个很大的原因就是软件不会用，以致制板的过程中最耗时的就是布线的过程。4.2.3：还有就是知识掌握的不是太熟练，设计的电路有点小复杂。5. 收获与致谢通过这次为期两周的课程设计，不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世，大大培养了我们的动手能力以及与同学的相互合作精神，加强了我们思考、动手和解决问题的能力，使我们的专业课程知识综合运用到实际中，这是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程。“千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义。我在今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。这次课程设计要特别感谢XXX老师的耐心辅导以及在设计中给出的宝贵建议和意见，老师们严谨细致、一丝不苟的作风一直是我学习的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次课程设计的每个实验细节，都离不开老师们的细心指导。而老师们开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够顺利的完成这次课程设计，在此我表示深深的感谢！ 6. 参考文献1童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2005. 2臧春华.电子线路设计与应用M.北京:高等教育出版社,2005.3邱关源 罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.5张阳天 韩异凡Protel DXP电路设计M.北京：高等教育出版社，2005. 7. 附件7.1 电路原理图 7.2 PCB布线图 7.3 元器件清单脉冲开关（五个）、1k电阻（七个）、47k电阻（两个）、74ls08（一片）、74ls00（两片）、74ls04（一片）、74ls74（两片）、74ls21（一片）、555定时器、74ls192