2022年数电课程分析方案数字电路抢答器.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 课 程 设 计 报 告数学与物理科学学院数电课程设计报告课程名称：智力竞赛抢答装置 专业班级：学 号: 姓 名：指导老师：名师归纳总结 设计时间： 2022年 12 月 28 日第 1 页,共 10 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 摘要抢答器作为一种工具,已经广泛应用于各种智力和学问竞赛场合；本设计以四路智力竞赛抢答器为基本概念,从实际应用动身, 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洁的组合连接而成,能使四个队同时参与抢答 , 赛场中设有 1 个裁判台, 4 个参赛台,分别为A号、 B 号、 C号、 D号参赛台 . 抢答操作便利,在许多的场所都可以使用,并且给人的视觉成效特别好；该抢答器的设计利用Multisim11完成了原理图设计和电路仿真,具有发光二极管显示功能,应用成效良好；关键词 : 数字电子技术；抢答装置；multisim 11仿真2 / 10 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 目 录一、设计的目的及要求 1.1 设计的目的 1.2 设计的任务及要求二、电路设计总方案及原理框图 2.1 原理框图 2.2 电路元器件介绍 2.2.1 抢答器 74LS175 2.2.2 抢答器 74LS74 2.2.3 抢答器 74LS20 2.2.4 抢答器 74LS00 三、各单元电路的工作原理 3.1 四位 D触发器 3.2 多谐振荡器 3.3 分频电路3.4 显示电路 四、电路仿真 4.1 设计的总电路图 五、电路的安装及调试六、电路的试验结果七、试验总结八、参考文献3 / 10 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 一、设计的目的及任务1.1 设计的目的1.把握四人智力竞赛抢答器电路的设计、组装与调试方法；2.熟识数字集成电路的设计和使用方法；3.熟识把握时序电路的设计方法；4.利用 Multisim 11 进行模拟仿真；5.明白一些基本元器件的功能及用法；6.学会焊接电路；1.2 设计的任务及要求1、设计任务设计一台可供 4 名选手参与竞赛的智力竞赛抢答器；抢答后显示抢到回答权的选手面前的灯；主持人负责对抢答清零；2、设计要求1>4 名选手编号为：1, 2, 3,4；各有一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号对 应,也分别为 1,2,3, 4；选手面前的灯也分别编号 1,2,3,4；2>给主持人设置一个掌握按钮,用来掌握系统清零 开头；<抢答显示数码管灭灯）和抢答的3>抢答器具有数据锁存和显示的功能；抢答开头后,如有选手按动抢答按钮,该选 手编号立刻锁存,并且选手面前的灯亮,抢答选手的编号对应的灯始终保持到主持人将系统清零为止；二、电路设计总方案及原理框图2.1 原理框图图 1 系统原理框图2.2 电路元件介绍依据推任务要求,采纳D触发器以及锁存器来完成抢答部分；虽然元件较多,但在实现锁存功能时可以简洁的实现；表 1 所列举的为本设计所用的元器件清单；表 1 仪器外说明细清单类型商品名称数量 <个）4D触发器74LS175 1 双 D触发器74LS74 1 四输入端双与非门74LS20 1 二输入四与非门74LS00 1 电阻1K 欧姆5 电容0.1uf 1 滑动变阻器最大阻值 5K 欧姆1 发光二极管LED发光二极管4 开关微动开关5 4 / 10 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2.1 抢答器 74LS175图 2 74LS175 内部原理图图 3 74LS175 参数介绍本电路是单向正沿触发的四D触发器,互补输出,有公用的时钟和公用的清零；在时钟脉冲正跃变的沿上,满意建立时间的 D输入信息可传至输出；时钟的触发产生于特定的电压电平上,同脉冲的正跃变时间无直接关系；不管时钟输入的电平是高或是低,D输入信号不影响输出；电路同其它 TTL和DTL完全相容；5 / 10 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 2.2.2 抢答器 74LS74 在TTL电路中,比较典型的 d触发器电路有74ls74 ； 74ls74 是一个边沿触发器数字电路器件,每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触发 d触发器电路；图 4 74LS74 内部原理及引脚图 2.2.3 抢答器 74LS20 图 5 74LS20 内部原理及引脚图 74LS20 为四输入端双与非门,在数字电路中起到特别重要的作用,其应用也特别广泛；2.2.4 抢答器 74LS00 图 6 74LS00 内部原理及引脚图 74LS00 内部集成了四个双输入端与非门,将亮输入端连接起来可组成非门,一切的 规律电路都可由与非门构成,与非门作为最基本的元件,在数字电路的实现中；6 / 10 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 三、各单元电路的工作原理3.1 四位 D触发器图 7 74LS175 连接电路图CLR是清零端,且是电路接通后,按下清零键A 后 74LS175 CLR 端输入为低电平,由于低电平有效,实现清零功能,数码管上显示为 0；再次按下复位按键 A,、输出高电平；电路进入预备状态；这时,假设有按键 F 被按下, 4D的输出 4Q将由低变成高电平,使 4Q输输出为高电平,LED4灯亮；同时使 4Q 非>输出为低电平经过与门 U4A输出为低电平,这个低电平与时钟脉冲经过与非门U2A形成一个上升沿脉冲作为 74LS175 CLK 的输入脉冲；由于74LS175 是下降沿触发的,当CLK输入为上升沿的脉冲时输入被锁定,故按下除了复位之外的任何的按键都将不会发生电路状态的变化,达到了既定的功能目标；假设有按键 E被按下, 3D的输出 3Q将由低变成高电平,使 3Q输输出为高电平, LED2灯亮,同时使 3Q 非>输出为低电平经过与门 U4A输出为低电平,这个低电平与时钟脉冲经过与非门 U2A形成一个上升沿脉冲作为 74LS175 CLK 的输入脉冲；达到锁存编号 2 的目的；假设有按键 D被按下, 2D 的输出 2Q将由低变成高电平,使 2Q输输出为高电平 LED2灯亮,同时使 2Q 非>输出为低电平经过与门 U4A输出为低电平,这个低电平与时钟脉冲经过与非门 U2A形成一个上升沿脉冲作为 74LS175 CLK 的输入脉冲；达到锁存编号 3 的目的；假设有按键 C被按下, 1D的输出 1Q将由低变成高电平,LED1灯亮,同时使 1Q 非>输出为低电平经过与门 U4A输出为低电平,这个低电平与时钟脉冲经过与非门 U2A形成一个上升沿脉冲作为 74LS175 CLK 的输入脉冲；达到锁存编号 1 的目的；3.2 多谐振荡器如上图所示, F3 是由三个非门 <74LS00 的三个与非门构成）、一只 10K 电位器及一只0.1u 的电容组成的非对称型多谐振荡器,其产生非对称型的矩形脉冲；7 / 10 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3.3 分频电路如上图所示, F4是由两只D 触发器 <由双 D 触发器 74LS74 供应）组成,其中每只D 触发器均转换成触发器,触发器仅具有唯独的翻转功能,因此一只触发器是二分频电路,两只触发器构成四分频电路；3.4 显示电路显示功能：可用发光二极管显示；LED从左到右依次对应开关 电路工作原理K1、K2、K3、K4,用于提示哪路具有抢答资格；<1）假设 F3 产生 1000Hz 的矩形脉冲,经四分频电路 F4 后,变成 250Hz,然后接到与非门“3” 的一个输入端；<2）先将复位开关 S 接到高电平,此时 74LS175 将产生清除信号,其输出、全为 0,全部发光二极管 LED均熄灭；<3）清零后,、均为低电平“0” ,、输出均为高电平,因此四输入端的与非门“1” 将输出一个低电平,经过非门“2” 后又变成高电平,这个高电平与四分频电路的输出 250Hz 脉冲连接到与非门“3” 的两个输入端,因此与非门“3” 将输出 250Hz 脉冲,故 74LS175 的 CP始终得上升沿脉冲,随时处于触发状态；<4）当抢答开头后,第一反应最快的参赛者立刻按下开关,假设开关 K1 第一闭合,其余开关稍为落后,那么,输出为高电平“1” ,对应的发光二极管 LED点亮,同时,输出为低电平“0” ,因此四输入端的与非门“1” 将输出一个高电平,经过非门“2” 后又变成低电平,这个低电平与四分频电路的输出 250Hz 脉冲连接到与非门“3” 的两个输入端后,将输出一个高电平,即 74LS175 的脉冲输入端 CP得到的是一个高电平,由于 74LS175是 CP为上升沿脉冲时触发,所以触发器将不会再触发,、始终输出低电平,LED始终熄灭,直到再次清零后再次抢答开头；四、电路仿真4.1 设计的总电路图依据设计要求,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LED3 灯亮； CLR 端正常情形下接高电位,当需要清零时接低点位即可,所以此处接一个开关,当一轮抢答终止时,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,会瞬时发出一个脉 冲,给 175 一个上升沿,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,所以没有领先按下按钮的选手面前的灯没有反映；8 / 10 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 图 8 四位竞猜抢答器五、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成效,这是由于我们在设计的时候不行能 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,可发觉和纠 正设计方案中的不足,并查出电路安装中的错误然后实行措施加以改进和订正,就可以使 之达到预定的技术要求；本次设计采纳的是较为复杂电路,步骤繁琐,流程较为复杂；所以在电路调整与测试的应 留意的问题较多,电路安装完毕后,必需在不通电的情形下,对电路板进行仔细细致的检 查,以便订正安装错误；检查应特殊留意：1. 元器件引脚之间有无短路,特殊在焊接时,要严格依据焊接规章焊接,否就简洁短路；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,在此应特殊留意在测试极性的时候,应留意红、黑表笔不要弄反；红表笔接正 极,黑表笔接负极；不但满意制图制板的要求,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、电路的试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,对应的LED 灯亮,摁下抚慰开关,灯灭,与软件仿真结果相同；七、试验总结 这次的课程设计让我学会了许多,运用到了许多书本上的学问,比如分析与设计数字 抢答器、时序掌握电路等,设计方法仍有步骤在数电书上都有,而且仍有例题；这个阶段 遇到的主要问题就是以前的学问遗忘不少,所以做设计的时候要常顺手翻阅课本；除此之外,对于元器件熟识不足也是一件很纠结的事,像74LS175,74LS74,74LS20,74LS00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头设计了,运9 / 10 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 用 multisim 11 软件进行电路连接与仿真很便利；最终焊接电路的确是一个难题,由于设 计的电路仿真便利,可焊接时就要特别当心,由于一不当心就会导致两条线道通情形,而 且焊接时也要特别当心,不能烫伤手,每一次焊接都要仔细检查管脚连接是否正确,最终 导线仍要合理的布局,由于电路多而复杂,所以以我们现在的才能,只能利用细导线跨过 交接的地方；这次的课程设计呢暴露出我在学问上把握不足等缺点；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,因此使我熟识了软件的使用,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,从而增长学问的同时增强解决问题和动手的才能,锤炼我做事细 心、专心、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,最终发觉原先是我焊的不够牢固,焊锡丝与导线之间没有完全连 接,存在电阻,重接后便得到了模拟仿真的结果；这一课程设计,使我向更高的精神和知 识层次迈向一大步；所以在以后的学习生活中,我会努力学习,培育自己独立摸索的能 力,积极参与多种设计活动,培育自己的综合才能,从而使得自己成为一个有综合才能的 人才而更加适应社会；八、参考文献 1 杨志忠、卫桦林 数字电子技术基础 <其次版）：高等训练出版社 2022 2 蒋黎红模电数电基础试验及 multisim7 仿真：浙江高校出版社,2007 10 / 10 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 10 页