数电实训报告——五路抢答器.docx

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1、报告编号:冬料用名不外幌逐层吃数字电子技术基础综合课程设计报告五路数字抢答器学生姓名：章杨敏焦晨晨指导教师：曹喜珠所在系：电子工程系所学专业：电子信息工程年级：2011级电子二班2013年6月14日目录一、实验目的1二、设计要求与内容1三、设计及原理23.1 总体方案设计23.1.1 设计思路23.2 各模块设计方案及原理说明33.2.1 抢答电路33.2.2 倒计时电路63.2.3 报警电路8四、电路仿真84.1 抢答电路84.2 倒计时电路94.3 报警电路10五、实验结果及分析IO六、收获、体会和建议I11 .总电路图122 .元件引脚图133 .元器件清单15五路数字抢答器抢答器作为一

2、种工具，已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。本设计以八路智力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MUItiSiinI1完成了原理图设计和电路仿真，具有数字显示、倒计时显示、编码译码功能，应用效果良好。关键词：电子设计自动化数字电子技抢答器仿真一、实验目的通过五路数字抢答器的设计实验，要求学生回顾所学数字电子技术的基础理论和基础实验，掌握组合电路、时序电路、编程器件和任意集成电路的综合使用及设计方法，熟悉掌握优先编码器、触发器、计数器、单脉冲触发器、555电路、译码/驱动电路的应用方法，熟悉掌握

3、时序电路的设计方法。达到数字实验课程大纲所要求掌握的基本内容。二、设计要求与内容在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光或音响等多种手段指示出第一抢答者。1）可供5名选手或者团队比赛，选用S0S4五个按钮表示。2）设置一个系统清除和抢答开关S,并由主持人控制。3）抢答器具有锁存与显示功能，即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出响声提示，并在数码管上显示选手号码。4）选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。5）抢答器具有定时抢答功能，即主持人根据题目的难易程度可设置抢答时间（如10秒）。当主持人启动“开始”键

4、后，定时器进行减计时。参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。三、设计及原理3.1 总体方案设计3.1.1 设计思路本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等。在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光

5、二极管直接指示出组别。在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行io秒倒计时，此时，若有组别抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无组别抢答，则计时指示灯灭表示“时间己到”，主持人清零后开始新一轮抢答。、3.1.2总电路框图3.2 各模块设计方案及原理说明3.2.1 抢答电路此部分电路主要完成的功能是实现5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741S148和锁存器741S297来完成。该电路主要完成两个功能：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

6、（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。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741S148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）,741S148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO=1,七段显示电路741S48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外,CTR=1,使741S148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，741S148的此时由于仍为CTR=1,使优先编码工作

7、标志端=1,5所以741S148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741S48译码器使抢答组别数字显示0-4o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:图3-2抢答模块原理图RS触发器：1.终持状态。当输入端接入F=A=I的电平时，如果基本SR触发器型态0=1、Q=o,则触发器次态=1、Q=o；若基本SR触发器的现态Q=0、Q=,则触发器次态Q=0、2=io即S=斤=1时，触发器保持原状态不变。_2,置0状杳。当A=O时，如果基本SR触发器现态为Q=1、

8、2=0,因元=0,会使e=1二而E=I与M=I共同”使Q端翻转为0；如果基本SR触发器现态为2=0、0=1,同理会使Q=o,=io只要输入信号M=I,反=0,无论基本SR触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为0态。3 .置1状态。当S=0、A=I时，如果触发器现态为Q=o、Q=1因M=O,会使G1的输出端次态翻转为1,而Q=I和R=I共同使G2的输出端土=0；同理当0=1、=o,也会使触发器的次态输出为Q=I、0=0；只要S=0、A=I,无论触发器现态如何，均会将触发器置1。.不定状态。当M=n=o时，无论触发器的原状态如何，均会使。=1,=1o当脉冲去掉后，M和元同时恢复高电平后，触发器的

9、新状态要看G1和G2两个门翻转速度快慢，所以称M=元=0是不定状态，在实际电路中要避免此状态出现。基本RS触发器的逻辑图、逻辑符号和波形图如图1-7所示。输出Is771/273?4Y1YxPoYEXYs1XXXXX11111011111111100XXXXX000010XXXXX001010XXXXX010010XXXX0011010XXX011000I0XX0111010I0X01111100100111111101表3-1741S148真值表41S148的输入端喳出端低电平有效。/。7是吆信号，后为三强二进制编码输出信号，八=1时，编码器禁止编码，当八=0时,允许编码。YS是技能输出端，只

10、有在s=0,而(均无编码输入信号时为0。心为优先编码输出端，在八=0而的其中之一有信号时，心=0。/。，7各输入端的优先顺序为：（级别最高，/。级别最低。如果17=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7编码，豆匕E=OO0。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。二进制译码器是将输入的二进制代码的各种状态按特定含义翻译成对应输出信号的电路。也称为变量译码器。若输入端有n位，代码组合就有不个，当然可译出乃个输出信号。显示译码器由译码输出和显示器配合使用，最常用的是BCD七段译码器。其输出是驱动七段字形的七个

11、信号，常见产品型号有741S48、741S47等。字符显示器：分段式显示是将字符由分布在同一平面上的若干段发光笔划组成。电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段式数字。而1ED数码显示器是最常见的。通常有红、绿、黄等颜色。1ED的死区电压较高，工作电压大约153V,驱动电流为几十毫安。图1-3是七段1ED数码管的引线图和显示数字情况。741S47译码驱动器输出是低电平有效，所以配接的数码管须采用共阳极接法；而741S48译码驱动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管须采用共阴极接法。数码管常用型号有BS201、BS202等。图1-4（a）是共阴式1ED数码管的原理图，使用时，公阴极接地，7个

12、阳极g由相应的BCD七段译码器来驱动。3.2.2倒计时电路原理图如下:图3-5倒计时模块原理图该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器741S192减法计数电路、741S48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行30s倒计时，到OS时倒计时指示灯亮。当有人抢答时，计时停止。两块741S192实现减法计数，通过译码电路741S48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。741S192的预置数控制端实现预置数30s,计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有

13、人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。图3-6555定时器连接E由555定时器和三极管构成报警电路。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo=1.43/1(RI2R2)C,其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号,当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。控制输入信号为经过编码的抢答选手的信号，当有人在有效时间内抢答时，定时时间到时无人抢答时，输入信号为高电平，报警电路发出报警信号；反之，输入信号为低电平时，报警器不工作。将连接好的555定时器的输出端接在示波器上，呈现如下符合要求

14、的方波。图3-7555定时器输出波形3.2.3报警电路抢答器具有锁存与显示功能，即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出响声提示；如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答；四、电路仿真4.1 抢答电路抢答器抢答后的显示，同时发光二极管指示灯发光，如下图:图4-1抢答电路仿真4.2 倒计时电路倒计时开始后开始计数，同时倒计时指示灯亮直到倒数到O秒熄灭，如下图:!:北gg我川I741S48DJII:hsH转:I斗P图4-2倒计时电路仿真4.3 报警电路如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答。Ibuher1t-r1bbHz五、实验结果及分析接通电源，开关打到预置端，倒计时数码管显示30。主持人拨动开关后，倒计时电路开始从30秒倒数，5路触点开关处于待命状态。若有选手按下所在开关（抢答），抢答电路显示选手所在编码（0-4）,倒计时电路停止计时。同时其他选手所在的开关被锁定，抢答无效。如果10秒倒计时结束后仍无人抢答，1ED灯熄灭，倒计时电路锁定为00,抢答不再有效。这时只需主持人重新将开关打到预置段，整个电路全部回到初态。准备进行下一轮抢答。六、收获、体会和建议这次课程设计的电路是比较复杂的。虽然以前在模电、ProteI课程设计中接触过一些电子电路，但在初期还是感到无从下手。接触mu1tisim软件，感觉它比P