数电课程设计报告--数字电路抢答器

智力竞赛抢答装置报告书 摘要摘要 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 本设计以四路智力 竞赛抢答器为基本概念 从实际应用出发 利用数字电子器件设计具有抢答和清除功能的抢 答器 本设计利用基础的集成元器件简单的组合连接而成 能使四个队同时参加抢答 赛场 中设有 1 个裁判台 4 个参赛台 分别为 1 号 2 号 3 号 4 号参赛台 抢答操作方便 在 很多的场所都可以使用 并且给人的视觉效果非常好 该抢答器的设计利用 Multisim12 完 成了原理图设计和电路仿真 具有发光二极管显示功能 蜂鸣器发出声音提示 应用效果 良好 关键词 数字电子技术 抢答装置 multisim 12 仿真 2 一 一 设计的要求设计的要求 1 基本要求 基本要求 1 设计一个 4 路 1 4 智力竞赛抢答器 主持人可控制系统的清零和抢答的开始 控制电路可实现最快抢答选手按键抢答的判别和锁定功能 并禁止后续其他选手抢答 2 抢答选手确定后给出一声音响的提示和选手编号的显示 抢答选手的编号显示保持 到系统被清零为止 2 2 发挥部分 发挥部分 1 扩展为 10 路 1 10 智力竞赛抢答器 2 设计抢答最长时间 30 秒 限制和倒计时显示 2 2 电路设计总方案及原理框图电路设计总方案及原理框图 2 12 1 原理框图原理框图 系统原理框图系统原理框图 2 22 2 电路元件介绍电路元件介绍 根据推任务要求 采用 D 触发器以及锁存器来完成抢答部分 表表 1 1 仪器仪表明细清单仪器仪表明细清单 类型商品名称数量 个 译码器 CD45111 双 D 触发器 74LS741 二输入端或门 74LS321 二输入非门 74LS041 电阻多种欧姆 5 电容 100uf1 数码管数码管 1 发光二极管LED 发光二极管 1 蜂鸣器蜂鸣器 1 开关按键开关 5 三 各单元电路的工作原理三 各单元电路的工作原理 1 开关部分 3 电路中 R1 R2 R3 R4 用于分压 当任一开关按下时 相应的输出为高电平 否则为 低电平 电路直接把每个开关对应的 BCD8421 码中为 1 的隔着二极管连到对应的线上 只有一个为高电平的可省略二极管 其中二极管的作用是防止短路 当某个开关按下时 与 它相连的输出线将为高电平 其它输出线为低电平 输出既为这个开关的 8421 码 BCD 码 2 编码表 1 这部分电路要求将编码电路送入 8421 码 译为十进制数 对应各个抢答者的编号 并驱动七段数码显示管显示出答题者的编号 CD4511 是一块 BCD 十进制译码 驱动器 3 控制电路 4 1 这部分电路的作用完成三个任务 一是分辨出选手按键的先后 并锁存优先抢答者的 编号 同时译码显示电路显示编号 二是使其它选手按键操作无效 三是防止提前按键 按下未按下 开始 按钮前 CD4511BLANKING 引脚为低电平 CD4511 不工作 可防止抢答 者提前按键 当 开始 按下后 当所有抢答者开关均未按下时 锁存器输出全为低电平 该信号作为锁存器使能端 LD 的控制信号 使锁存器处于等待接收触发输入状态 当任一开 关按下时 输出信号中必有一路为高电平 经逻辑或运算后 U1A 输出为高电平 一但有高 电平输入 不管另一输入端状态如何 输出保持高电平不变 这个电平控制 CD4511 锁存端 使其它按键操作无效 当抢答完成后 按下 清除 按钮强行使 U1B 输出置零 CD4511 锁 存解除 开始新一轮抢答 4 蜂呜器发声电路 该电路主要负责当有抢答信号输入时 SP 发出声音以提醒其它人已经有人先抢答了 四 电路仿真四 电路仿真 4 14 1 设计的总电路图设计的总电路图 根据设计要求 在 multisim11 软件中进行电路仿真 给电路加 5V 电压 开关 E 打 开 然后运行电路 即打开电源开关 显示 LED 灯亮 CLR 端正常情况下接高电位 当需 要清零时接低点位即可 所以此处接一个开关 当一轮抢答结束时 主持人只需按下此 开关便可重新新的一轮抢答 当一个选手最先按下抢答按钮时 会瞬间发出一个脉冲 此时该选手面前的灯亮 锁存器锁存该地址 而其他选手后按下后 得不到上升沿 所 以没有率先按下按钮的选手面前的灯没有反映 总的原理图 5 五 电路的安装及调试五 电路的安装及调试 实践证明 新安装的电路板往往难以达到预期的效果 这是因为我们在设计的时候不 可能周全地考虑元件的误差 器件参数的分散性 寄生参数等各种各样的客观因素 此外 电路板的安装中仍存在有可能没有查出来的错误 通过电路板整体测试与调整 可发现和 纠正设计方案中的不足 并查出电路安装中的错误然后采取措施加以改进和纠正 就可以 使之达到预定的技术要求 电路安装完毕后 必须在不通电的情况下 对电路板进行认真细致的检查 以便纠正 安装错误 检查应特别注意 1 元器件引脚之间有无短路 尤其在焊接时 要严格按照焊接规则焊接 否则容易短 路 2 电源的正负 负极性有没有接反 正 负极之间有没有短路现象 电源线 地线是 否接触良好 关于电源正 负极问题主要是在本次设计中的单电源供电的导线插在功放电 路的插座上 在此应特别注意在测试极性的时候 应注意红 黑表笔不要弄反 红表笔接 正极 黑表笔接负极 不但满足制图制板的要求 而且使其极性区分明显 3 集成电路的型号及安插方向对不对 引脚连接处有无接触不良等 在安装的时候我 们查阅相关资料 在网上找出各个引脚的标号及参数 六 电路的实验结果六 电路的实验结果 将焊接好的电路加上 5V 直流稳压工作电源 摁下四位按钮中任意一位 LED 灯亮 摁下裁判开关 灯灭 与软件仿真结果相同 七 实验总结七 实验总结 6 这次的课程设计让我学会了很多 运用到了很多书本上的知识 比如分析与设计数字 抢答器 时序控制电路等 设计方法还有步骤在数电书上都有 而且还有例题 这个阶段 遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少 所以做设计的时候要常随手翻阅课本 除此之 外 对于元器件认识不足也是一件很纠结的事 像 74LS74 74LS32 74LS121 74LS04 CD4511 等器件 都是在网上查到了管脚分布以及工作 原理 明白了元器件的功能后就开始设计了 运用 multisim 12 软件进行电路连接与仿真 很方便 最后焊接电路确实是一个难题 因为设计的电路仿真方便 可焊接时就要非常小 心 因为一不小心就会导致两条线道通情况 而且焊接时也要非常小心 不能烫伤手 每 一次焊接都要认真检查管脚连接是否正确 最后导线还要合理的布局 这次的课程设计呢 暴露出我在知识上掌握不足等缺点 其次在此次设计过程中由于我们频繁的使用一电子设 计软件如 Multisim 等 因此使我熟悉了软件的使用 同时在电脑的电子设计和绘图操作 上有了进一步提高 加上在设计过程中遇到了一些问题 使得我得查找相关资料 从而增 长知识的同时增强解决问题和动手的能力 锻炼我做事细心 用心 耐心的能耐 另外 我焊接电路完成后却得不到想要的结果 花了好长时间用万用表一个个检查电路 最后发