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 課 程 設 計 任 務 書設計題目四人搶答器學生姓名所在院系電子信息與電氣工程學院專業、年級、班電子信息工程2010級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

2、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：

3、高等教育出版社，2005. 5張陽天，韓異凡Protel DXP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：利用Multisim 10對設計的電路進行仿真，可以得到設計要求的結果。關鍵詞： 目 錄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

4、.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101. 設計背景1.1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。1.2脈沖發生電路基本構成

5、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555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2.1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

6、分析設計如何實現其整體功能。2.2方案論證1、怎樣得到所需脈沖？我們采用了用555定時器構成的多諧振蕩器，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555向導做的）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 、如何顯示倒計時？我們采用七段共陽極的數碼管，用74LS47來驅動數碼管顯示數字。4 、計時部分如何實現？首先要有一個脈沖信號（555定時器構成的多諧振蕩器）調節它的頻率為1HZ，來得到我們所要的時間信號，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

7、電路顯示就實現了計時功能。5、搶答部分如何實現 3. 方案實施3.1原理圖設計 選擇合適的數字器件，multisim軟件繪制各單元的邏輯電路圖。 1、顯示電路設計 圖1 圖2 555定時器構成的多諧振蕩器電路表1 555定時器的功能表輸 入輸 出UTHUTRUOTD01111××低電平低電平不變高電平高電平導通導通不變截止截止由555定時器組成的多諧振蕩器的原理是將它的THR端口和TRI端口短接構成施密特觸發器。將VOD與R2和C組成的積分電路接到施密特觸發器輸入端構成多諧振蕩器。由于電容C上的電壓在VT+與VT-之間往復振動，知電容C的充放電時間T1和T2。T1=(R1+

8、R2)*C*ln2，T2=R2*C*ln2，又因為T=T1+T2,振蕩頻率為f=1/T。輸出脈沖的占空比為q=T1/T。由于設計要求為f=1Hz，占空比為2/3，故R1=R2=48K。由于本次設計提供的是47K的電阻，故有偏差。 3、報警電路設計 圖3 圖4 時鐘電路時鐘電路由555定時器組成的多諧振蕩器發出1Hz的時鐘脈沖接至預置數為9的計數器74LS192的倒計數脈沖輸入端。當倒計時為0時借位信號輸出，將借位端接至雙D觸發器的CLK端，從74LS74的Q的端口輸出低電平。將此低電平信號與1Hz的時鐘脈沖經過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10秒倒計時，

9、實現了時鐘設計。5、搶答電路設計 圖5 搶答電路 搶答電路的四個搶答開關接至4D觸發器的四個輸入端，由555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端變成高電平，與其相連的LED發光。同時Q端口輸出低電平和高頻脈沖信號經過兩個與非門后接至4D觸發器的CLK脈沖輸入端，使得CLK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。3.2 電路仿真 在各單元電路設計的基礎上，用Multisim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。

10、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LED發光二極管亮，并出現相應的報警。完成總體設計的要求。 圖6 電路仿真圖3.3 PCB制作3.4 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PCB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

11、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2D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2D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2D觸發器的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，按照仿真電路畫DXP的原理圖，并且仿真成功。然后成功導入PCB，并正確進行布線，成功制成電路板。

12、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2D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2D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2D觸發器的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效果。 5. 收獲與致謝 經過兩

13、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、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、讓我學會了multisim和DXP的運用為以后的學習打下了基礎。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、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、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

14、邏輯器件的了解。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。7、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系實際，也讓我清楚地認識到了自己的不足。6. 參考文獻 7.1電路原理圖 電路原理圖如圖7所示。 圖7 電路原理圖7.2 PCB PCB布線圖如圖8所示。7.3 元器件清單元器件清單如表2所示。 表2 元件清單 名稱 功能 個數 74LS192 可逆十進制計數器 1 74LS47 七段譯碼器 1 共陽數碼管 數碼顯示 1 555定時器 定時 2 發光二極管 紅、綠 6 74LS175 4D觸發器 1 74LS74 2D觸發器 1 74LS00 二輸入四與非門 1 74LS21 四輸入二與門