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我的完美校花
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六路抢答器
唐 山 学 院 数字电子技术 课 程 设 计题 系 班 姓 学目 (部) 级 名 号数字抢答器设计 信息工程系指导教师2012年 7月2 日至 7月 6日共1周2012 年7月 8 日《数字电子技术》一、设计题目、内容及要求设计题目：数字抢答器设计 设计内容：课程设计任务书1、设计一个可同时供 6 位选手参加的 6 路数字显示抢答器，选手每人一个抢答按钮， 抢答开始后，抢答器具有优先抢答的功能，最先抢答成功的选手编号能被显示，并有音 响提示，当有选手抢答成功时，禁止其他选手抢答，直到主持人将系统清零为止； 2、主持人有控制开关，可以手动清零复位，当主持人按下开始按键是才可以抢答，显 示倒计时 9 秒，在规定时间抢答有效，同时倒计时停止，直到主持人将系统清零为止。 3、如果抢答时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，禁止选手超时后抢答。 设计要求： 1、根据任务要求设计中的各个电路模块； 2、给出 multisim 仿真结果； 3、设计说明书要包含设计总结；二、设计原始资料Multisim 仿真软件三、要求的设计成果（课程设计说明书、设计实物、图纸等）1、课程设计说明书 2、multisim 仿真图四、进程安排―― 根据设计要求设计电路，并用 multisim 进行仿真 ―― 撰写课程设计说明书，答辩五、主要参考资料[1].王鸿明，段玉生.《电工与电子技术》.高等教育出版社，].阎石.《数字电子技术基础》.高等教育出版社，].吴俊芹.《电子技术实训与课程设计》.机械工业出版社，2009.4指导教师（签名） ：教研室主任（签名） ：课程设计成绩评定表出勤 情况 出勤天数 缺勤天数 出勤情况及设计过程表现（20 分） 成 绩 评 定 课设答辩（20 分） 说明书（20 分） 设计成果（40 分） 总成绩（100 分）提问 （答辩） 问题 情况综 合 评 定指导教师签名： 年 月日目录1 引言 ................................................................................................................................ 1 1.1 设计题目、内容及要求 ....................................................................................... 1 1.2 设计目的及意义 .................................................................................................. 1 2 仿真软件介绍 ................................................................................................................ 2 2.1 Multisim 发展简介................................................................................................ 2 2.2 Multisim 10 概述................................................................................................... 2 2.3 界面基本操作 ....................................................................................................... 3 2.4 使用注意事项 ...................................................................................................... 4 3 系统的组成及工作原理 ................................................................................................ 5 3.1 系统的组成框图 ................................................................................................... 5 3.2 系统的工作原理 ................................................................................................... 5 4 单元电路设计 ................................................................................................................. 7 4.1 抢答电路的设计 ................................................................................................... 7 4.2 定时电路的设计 ................................................................................................... 8 4.3 报警电路的设计 .................................................................................................. 9 4.4 时序电路的设计 ................................................................................................ 10 4.5 相关元器件的介绍 ............................................................................................. 12 4.5.1 74LS148 优先编码器 ................................................................................ 12 4.5.2 555 定时器 ................................................................................................ 13 4.5.3 十进制同步加减计数器 74LS190 ........................................................... 14 4.5.4 74LS48 译码器 .......................................................................................... 15 5 系统仿真与测试 .......................................................................................................... 18 5.1 仿真步骤 ............................................................................................................. 18 5.2 仿真结果及分析 ................................................................................................. 18 6 心得体会 ...................................................................................................................... 20 参考文献 .......................................................................................................................... 21 附录一 元件清单 ............................................................................................................ 22 附录二 总体电路 ............................................................................................................ 23课程设计说明书1 引言1.1 设计题目、内容及要求设计题目：数字抢答器设计 设计内容： 设计一个可同时供 6 位选手参加的 6 路数字显示抢答器，选手每人一个抢答按 钮， 抢答开始后， 抢答器具有优先抢答的功能， 最先抢答成功的选手编号能被显示， 并有音响提示，当有选手抢答成功时，禁止其他选手抢答，直到主持人将系统清零 为止； 主持人有控制开关， 可以手动清零复位， 当主持人按下开始按键是才可以抢答， 显示倒计时 9 秒，在规定时间抢答有效，同时倒计时停止，直到主持人将系统清零 为止； 如果抢答时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，禁止选手超时后抢 答。 设计要求： 根据任务要求设计中的各个电路模块； 给出 multisim 仿真结果； 设计说明书要包含设计总结；1.2 设计目的及意义设计目的： 6 路数字显示抢答器设计，组装及调试；熟悉数字集成电路的设计和使用方法； 通过课程设计提高和巩固了所学的专业知识。 设计意义： 今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了耗费 很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参 赛者的编号能通过指示灯显示出来，避免不合理的现象发生，人们对他的认识也逐 步加深。人们也利用了电子技术以及相关的知识解决一些实际问题。如：智能抢答 器的设计与制作。抢答器是竞赛问答中一种常用的必备装置,从原理上讲,它是一种 典型的数字电路。 数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。 优先编码电路、 锁存器、 译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；主持人按开始按钮示意开始，以上 两部分组成主体电路。通过定时电路实现计时功能，构成扩展电路。在抢答电路中 利用一个优先编码器译出最先抢到答题权的选手的编号并经 LED 显示器显示出来， 同时还要封锁电路以防其他选手再抢答。当选手问答完成后，主持人将系统恢复。1课程设计说明书2 仿真软件介绍2.1 Multisim 发展简介工程师们可以使用 Multisim 交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。 Multisim 提炼了 SPICE 仿真的复杂内容， 这样工程师无需懂得深入的 SPICE 技术就 可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过 Multisim 和虚拟仪器技术，PCB 设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到 原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。 目前在各高校教学中普遍使用 Multisim10.0，网上最为普遍的是 Multisim 10.0，NI 于 2007 年 08 月 26 日发行 NI 系列电子电路设计软件，NI Multisim v 10 作为其中一个组成部分包含于其中。2.2 Multisim 10 概述Multisim10 是美国 NI 公司推出的以 Windows 为基础的仿真工具，适用于板级 的模拟、数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述 语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。有了 Multisim 软件，就相当于拥有了 一个设备齐全的实验室，可以非常方便的从事电路设计、仿真、分析工作。此软件 可以为你提供以下便利： 通过直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路； 通过交互式 SPICE 仿真, 迅速了解电路行为； 借助高级电路分析, 理解基本设计特征； 通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试； 通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间； NI Multisim 软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高 效地对电路进行设计和验证。凭借 NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库 的电路图，并利用工业标准 SPICE 模拟器模仿电路行为。借助专业的高级 SPICE 分 析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模 循环。与 NI LabVIEW 和 SignalExpress 软件的集成，完善了具有强大技术的设计 流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。 Multisim10 是一款知名的 EDA 仿真软件，由加拿大 IIT、公司于 2007 年推出 最新版本。在 Windows 环境下，Multisim10 软件有一个完整的集成化设计环境，它 将原理图的创建、 电路的测试分析、 结的图表显示等全部集成到同一个电路窗口中。 在搭建实际电路之前，采用 Multisim10 仿真软件进行虚拟测试，可使实验方法和 实验手段现代化，扩展实验容量，使实验内容更完备，提高了实验效率，节省大量2课程设计说明书 的实验资源。Multisim10 软件进行设计仿真分析的基本步骤为：设计创建仿真电路 原理图→电路图选项的设置→使用仿真仪器→设定仿真分析方法→启动 Multisim10 仿真。 因此本次课设能深入了解交通信号灯的应用原理，更好的掌握所学知识，将理 论联系实际，而且在实际操作中培养自己的实际动手能力，将理论应用与实际生活 中。2.3 界面基本操作启动 Multisim 10 双击桌面上的 Multisim 快捷方式或选择程序菜单中的 Multisim 选项，即可进 入图 2-1 Multisim10 界面3课程设计说明书 Multisim 界面菜单工具栏 仪表工 具栏 电路窗口 设计工具盒 激活电路标 签数据表格视图 图 2-2 Multisim 界面元器件库的操作 取用元件： 从元器件库中取用所需元件； 摆放元件：调整元件的位置与方向； 线路连接：连接元件的引脚。2.4 使用注意事项不要长时间使软件处于仿真状态，以免死机； 删除元件、仪器、连线等，一定要在断开仿真开关的情况下； 注意数字地与模拟地的差别，使用标准符号； LED 数码管的极性； 分模块调试，最后综合调试。4课程设计说明书3 系统的组成及工作原理3.1 系统的组成框图定时抢答器的总体框图如下图 3-1：抢答按钮 锁存器 编码器 显示驱动器数码管显示 主持人控 制开关控制电路计时器译码显示秒脉冲产生电路 报警电路 计分电路 译码显示图 3-1 系统组成图3.2 系统的工作原理抢答器由输入电路，判别电路，显示电路，秒脉冲发生器，计时电路和报警电 路等组成。计数器选用十进制加/减计数器，计数输入由秒脉冲发生器提供。 如图所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基本的抢答 功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同 时封锁输入电路， 其他选手抢答无效。 扩展电路完成定时抢答的功能以及报警功能。 图 2.1 所示电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处， 此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（9s） ， 当主持人将控制开关置于 “开始”时，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒 计时。当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能： 优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电 路在数码管上显示抢答者的编号； 扬声器发出短暂声响； 控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；5课程设计说明书 控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，当选手将问题 回答完毕， 主持人操作控制开关使系统回复到禁止工作状态， 以便进行下一轮抢答。 当定时时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时 后抢答。6课程设计说明书4 单元电路设计4.1 抢答电路的设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的的先后，并锁存优先抢答者 的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码 74LS148 和 RS 锁存器 74LS279 可以完成上述功能。 工作过程：开关 S 置于&清除&端时，RS 触发器的 端均为 0，4 个触发器输出置 0，使 74LS148 的 =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， 当有选手将键按下时 （如按下 S5） 74LS148 的输出 经 RS 锁存后， Q1=1, ， =1,74LS48 处于工作状态， Q4Q3Q2=101,经译码显示为&5&。 此外， Q1=1， 74LS148 使 的 ET 为高电平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， 此 时由于仍为 Q=1，所以 74LS148 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。如有再次抢答需由主持人将 S 开关重新置，然后再进行下 一轮抢答。 其电路组成如图 3-1 所示：GND GND CK U1A B C D E F G123456713 12 11 10 9 15 14 OA OB OC OD OE OF OGVCCA B C D5V7 1 2 60 308 31 U7A 74LS279D7 ~1R1 ~1S3 6 1Q2 1 547VCC 5V VCC1Q11Q2U6A~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2 ~1S1 ~1S2 ~1R22 31659 20 J8A0 A1 A2 9 7 62 31Q143 5 4~LT ~RBI ~BI/RBOU2 74LS48DVCC5428 2914 15 GS EO21Key = Space 0 VCC 5VU8 74LS148D10 11 12 13 1 2 3 4 5D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 EIVCC1627 26 2524 23 22 VCC VCC 5V0图 3-1 抢答电路7课程设计说明书4.2 定时电路的设计该部分主要由 555 定时器秒脉冲产生电路、十进制可逆计数器 74LS190，译码 电路，7 段数码管等相关电路组成。 定时电路如下:14U4 VCC 015 1 10 9 A B C D QA QB QC QD 3 2 6 710 1112 134 ~CTEN 11 ~LOAD 5 ~U/D ~RCO MAX/MIN 14 CLKU9A13 1251 74ALS04BN 4674LS190D VCC 5V LED2 42 R5 55k? ? 36 R4 34 68k? ?4 7 6 2 5 RST DIS THR TRI CON GND 1 8 VCC OUT 3R6 1? ? U5 43U12A 74LS08J15 C4 10uF 33C3 100nFLM555CM45图 44-2 定时电路8课程设计说明书 工作过程为：抢答开始前，74LS190 置数端为低电位，处于初始状态，数码管 显示为 9，5 引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时， 同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的 CP 信号推动左边的芯片倒记时，完成十 进制的倒记时功能。当有人抢答后 1Q 的输出为 1，经过非门后变为 0，通过与门屏 蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。当倒计时 0 秒时，左边的芯片 产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为 0。 当有人抢答时，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 9s 时间到时， 输出低电平到时序控制电路，之后选手抢答无效,并报警。4.3 报警电路的设计VCC 5V VCC VCC 5V R1 VCC 1k? ? R12 15k? ?RSTA1VCC OUTQ1 17 R14 18 510? ? 2N 100uF R15 510? ? 32 U1337 R13 68k? ?DIS THR TRI CON GND38 C1 100nF555_VIRTUALBUZZER 500 Hz 00图 4-3 报警电路其中 555 构成多谐振荡器，振荡频率为： f0=1/(R12+2R13)*C*ln2=1.43/(R12+2R13)*C1 其输出信号经三极管推动扬声器。 ，555 芯片的 4 号管脚（RST）作为控制端， 当 4 号管脚，蜂鸣器发出声音；当 4 号管脚为高电平时，蜂鸣器不发声。使 4 号管 脚为高电平有两种情况，即十秒内有人抢答，或时间到没人抢答。和 4 号管脚相连9课程设计说明书 的为 74LS148 的 ET 端。4.4 时序电路的设计这是抢答器设计的关键，它要完成以时序控制电路下三项功能： 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工 作状态， 当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。 当设定的抢答时间到，无人抢答时，抢答电路和定时电路停止工作。 根据上面的功能要求以及图 4-1,图 4-2 和图 4-3，设计的时序控制电路需要看 总体电路，如图 4-6 所示。 电路整体思路：整个电路其关键点在于的使能端 ET，以此为中心展开电路模块 之间的连接,使能端 ET 有两方面控制， 由锁存器中的锁存信号， 4-4 中的 U7A 一： 图 中的 7 管脚；二：由 74LS190 的借位输出端控制。当有人抢答或倒计时时间到，都 会使 ET 为高电平，最终达到抢答选手被锁定后其他选手选择无效和倒计时时间到 后选手不可再抢答的目的。U7A 74LS279D4 7 4 7 1Q1 1Q2 1Q1 1Q28 VCC 4 7 6 RST DIS THR TRI CON GND 1 OUTU53U6A~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2 ~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R22 5U12A 45 74LS08J2 31652 316528 209 7 62914 1521LM555CMA0 A1 A2GS EOU8 74LS148DVCC 5V VCC图 4-5 部分电路图 4-4 部分电路时序电路是整个电路的灵魂，它将部分电路逐一连接起来，需要达到设计的要 求；即有选手抢答，抢答器停止倒计时，同时其他选手抢答无效，保证了优先性， 同时响铃；倒计时时间到，选手抢答无效，同时响铃。中间主要依靠与门，非门，1010 11 12 13 1 2 3 4 5D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 EI课程设计说明书 或门等将其连接，达到功能。下面用整体电路来展示其整体思路。 （如图 4-6）GND GND CK U1A B C D E F G123456713 12 11 10 9 15 14 OA OB OC OD OE OF OGVCCA B C D5V~LT ~RBI ~BI/RBOU2 74LS48D 147 1 2 60 308 31 U7A 74LS279D7 1Q247VCC 5V VCC1Q11Q21Q143 5 4VCC54U6A~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2 ~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2U4 VCC 015 1 10 9 4 11 5 14 A B C D QA QB QC QD 3 2 6 710 1112 132 31652 3169 20 J89 7 6 A0 A1 A2528 2914 1521~CTEN ~LOAD ~U/D ~RCO MAX/MIN CLKU9A13 1251 74ALS04BN 46GS EOKey = Space 0 VCC 5VU8 74LS148D VCC 1674LS190D10 11 12 13 1 2 3 4 5D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 EIVCC5V LED2 42 R5 R6 1? ?8 VCC27 26 2524 23 22 VCC VCC 5V55k? ? 36 R4 34 68k? ?4 7 6 2 5 RST DIS THR TRI CONU5OUT 343U12AGND 10 C4 10uF 3315C3 100nFLM555CM74LS08J45VCC 5V VCC VCC 5V R1 VCC 1k? ? R12 15k? ?RSTA1VCC OUTQ1 17 R14 18 510? ? 2N 100uF R15 510? ? 32 U1337 R13 68k? ?DIS THR TRI CON GND38 C1 100nF555_VIRTUALBUZZER 500 Hz 00图 4-6 总体电路ET 得到的信号经非门，和 555 定时器的脉冲信号经与门，可控制脉冲的产生当 ET 得到高电平时，非门后为低电平，使脉冲处于低电平，计数器 74LS190 不再计数 （如图 4-6 所示）。 报警电路的连接在报警器部分已做详解。11课程设计说明书4.5 相关元器件的介绍4.5.1 74LS148 优先编码器下图为 74LS148 的功能介绍， 为使能端， ST 控制芯片的工作； 当无输入时， YEX=1， 有输入时，YEX=0。其功能真值表如下： 由功能表可知，在 8 个输入端均无低电平输入信号和只有输入 0 端（优先级别 最低位）有低电平输入时，A2A1A0 均为 111，出现了输入条件不同而输出代码相同 的情况，这可由 GS 的状态加以区别，当 GS＝1 时，表示 8 个输入端均无低电平输 入，此时 A2A1A0=111 为非编码输出；GS＝0 时，A2A1A0=111 表示响应输入 0 端为 低电平时的输出代码（编码输出） 。EO 只有在 EI 为 0，且所有输入端都为 1 时，输 出为 0，它可与另一片同样器件的 EI 连接，以便组成更多输入端的优先编码器。 从功能表不难看出，输入优先级别的次为 7，6，??，0。输入有效信号为低 电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时， 输出端才输出相对应的输入端的代码。例如 5 为 0。且优先级别比它高的输入 6 和 输入 7 均为 1 时，输出代码为 010，这就是优先编码器的工作原理。 由74148真值表可列输出逻辑方程为： A2 = (I4+I5+I6+I7)IE A1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)?IEA0 = (I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)?IE 使能输出端 OE 的逻辑方程为： OE =I0?I1?I2?I3?I4?I5?67?IE 当使能输入 IE=1时，禁止编码、输出(反码)： A2,A1,A0为全1。12课程设计说明书表 4-1 74LS148 功能表 输入ST IN IN IN IN IN IN INY Y输出Y0IN1234567210YEXYs1 0 0 0 0 0 0 0 0 0X 1 X X X X X X X 0X 1 X X X X X X 0 1X 1 X X X X X 0 1 1X 1 X X X X 0 1 1 1X 1 X X X 0 1 1 1 1X 1 X X 0 1 1 1 1 1X 1 X 0 1 1 1 1 1 1X 1 0 1 1 1 1 1 1 11 1 0 0 0 0 1 1 1 11 1 0 0 1 1 0 0 1 11 1 0 1 0 1 0 1 0 11 1 0 0 0 0 0 0 0 01 0 1 1 1 1 1 1 1 1图 4-7 译码器管脚分布图4.5.2 555 定时器13课程设计说明书 555 定时器是一种多用途的数字/模拟混合集成电路，具有开关特性，可以构成 各种单元脉冲电路。 其功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电 管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相 输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为 VCC /3。若触发输入端 TR 的 电压小于 VCC /3， 则比较器 C2 的输出为 0， 可使 RS 触发器置 1， 使输出端 OUT=1。 如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3， 同时 TR 端的电压大于 VCC /3， C1 的 则 输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。图 4-8 555 定时器4.5.3 十进制同步加减计数器 74LS1901.芯片管脚介绍 74LS190 为可预置的十进制同步加/ 减计数器，74LS190 的预置数是异步的， 当置入控制端（Load）为低电平时，不管时钟（CP）的状态如何, 输出端（Q0～Q3） 即可预置成与数据输入端（D0～D3）相一致的状态。190 的计数是同步的，当计数 控制端（CTEN ）为低电平时，在 CP 上升沿作用下 Q0～Q3 同时变化，从而消除了 异步计数器中现的计数尖峰。当计数方式控制（U /D）为低电平时进行加计数，当 计数方式控制（U /D）为高电平时进行减计数。只有在 CP 为高电平时 CTEN 和 U /D 才可以跳变。190 有超前进位的功能，当计数溢出时，进位/错位输出端（CO/BO） 输出一低电平脉冲，其宽度为 CP 脉冲周期的高电平脉冲；行波时钟输出端（ RC ）14课程设计说明书 输出一个宽度等于 CP 低电平部分的低电平脉冲。利用 RC 端，可级联成 N 位同步 计数器。当采用并行 CP 控制时，则将 RC 接到后一级 CT ；当采用并行 CT 控制时， 则将 RC 接到后一级 CP。 2.引出管脚符号： CO/BO 进位输出/错位输出端； CLK 时钟输入端（上升沿有效） ； CTEN 计数控制端（低电平有效） ； D0～D3 并行数据输入端； LOAD 异步并行置入控制端（低电平有效） ； Q0～Q3 输出端； RC 行波时钟输出端（低电平有效） ； U /D 加/减计数方式控制端LD’CT’ U /D CP 0 1 1 1 X 0 0 1 X 0 1 X X ↑ ↑ X D0 D1 D2 D3 d0 d1 d2 d3 X X X X X X X X X X X X Q0 d0 加 减 保 图 4-8 74HC190 管脚图 表 4-2 74HC190N 的功能表 Q1 d1 法 法 Q2 d2 计 计 Q3 d3 数 数 持3 2 6 7 QA QB QC QDU2A B C D 15 1 10 9 4 11 5 1413 12~CTEN ~LOAD ~RCO ~U/D MAX/MIN CLK74HC190N_4VCT’ 0 1 1C0/B0 1 × ×CP ↓ × ×RC’ ↓ 1 14.5.4 74LS48 译码器74LS48N 是七段显示译码器，其管脚图如下图所示。现将各管脚功能介绍一下： 1. A、B、C、D 是 BCD 码的输入端；a b c d e f g 是输出端；试灯输入端 L T ：15课程设计说明书 低电平有效。当 L T ＝0 时，数码管的七段应全亮，与输入的译码信号无关。本输入 端用于测试数码管的好坏；动态灭零输入端 R B I ：低电平有效。当 L T ＝1、 R B I ＝ 0、且译码输入为 0 时，该位输出不显示，即 0 字被熄灭；当译码输入不全为 0 时， 该位正常显示。本输入端用于消隐无效的 0。如数据 0034.50 可显示为 34.5； 灭 灯输入/动态灭零输出端 R B O ：这是一个特殊的端钮，有时用作输入，有时用作输 出。当 R B O 作为输入使用，且 R B O ＝0 时，数码管七段全灭，与译码输入无关。 当 R B O 作为输出使用时，受控于 L T 和 R B I ：当 L T ＝1 且 R B I ＝0 时， R B O ＝0； 其它情况下 R B O ＝1。本按钮主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。 本设计将 R B I 、 L T 、 R B O 都置高电平。13 12 11 10 9 15 14VCC 5V VCCCA~LT ~RBI ~BI/RBOOA OB OC OD OE OF OGU3A B C D E F G7 1 2 6A B C D3 5 4图 4-9 74LS48 管脚图图 4-10 LED 显示器2. 共阴极七段 LED 显示器是较常用的显示数码管，但在使用时要注意的是： 我们自己用的数码管是共阴极还是共阳极的，因为所用为共阳极的，所以其管 脚 CA 端高电平；如果为共阴极极的，其管脚 COM 段要接低电平。数码管的主要作 用是为了显示译出的数字，在实验过程中应该慎重选择连接，切记不可以忘记将 CA 接地，可能会导致整个电路不正常工作。（如图 4-10） 3. 74LS48 的真值表如下表所示：（了解芯片的功能有助于更加熟练的连接电 路，更顺利的完成课设）16课程设计说明书表 4-3 74LS48 译码器真值表 输入 数字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 A 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 B 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 C 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 D 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 a 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 1 0 0 b 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 c 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 输出 d 1 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 e 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 1 0 f 1 0 0 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 G 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 017课程设计说明书5 系统仿真与测试5.1 仿真步骤根据自己所画好的电路图，在 Multisim 元器件库选择相应的元器件。 用导线将元器件按图连接好。 将元器件相应参数设置好。 进行电路仿真，根据仿真修改相应的参数。5.2 仿真结果及分析总体电路GND GND CK U1A B C D E F G123456713 12 11 10 9 15 14 OA OB OC OD OE OF OGVCCA B C D5V~LT ~RBI ~BI/RBOU2 74LS48D 147 1 2 60 308 31 U7A 74LS279D7 1Q247VCC 5V VCC1Q11Q21Q143 5 4VCC54U6A~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2 ~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2U4 VCC 015 1 10 9 4 11 5 14 A B C D QA QB QC QD 3 2 6 712 13 10 112 31652 3169 20 J89 7 6 A0 A1 A2528 2914 1521~CTEN ~LOAD ~U/D ~RCO MAX/MIN CLKU9A13 1251 74ALS04BN 46GS EOKey = Space 0 VCC 5VU8 74LS148D VCC 1674LS190D10 11 12 13 1 2 3 4 5D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 EIVCC5V LED2 42 R5 R6 1? ?8 VCC27 26 2524 23 22 VCC VCC 5V55k? ? 36 R4 34 68k? ?4 7 6 2 5 RST DIS THR TRI CONU5OUT 343U12AGND 10 C4 10uF 3315C3 100nFLM555CM74LS08J45VCC 5V VCC VCC 5V R1 VCC 1k? ? R12 15k? ?RSTA1VCC OUTQ1 17 R14 18 510? ? 2N 100uF R15 510? ? 32 U1337 R13 68k? ?DIS THR TRI CON GND38 C1 100nF555_VIRTUALBUZZER 500 Hz 00图 5-1 电路总体仿真图18课程设计说明书 下图显示抢答开始GND GND CK U1A B C D E F G123456713 12 11 10 9 15 14 OA OB OC OD OE OF OGVCCA B C D5V~LT ~RBI ~BI/RBOU2 74LS48D 147 1 2 60 308 31 U7A 74LS279D7 1Q247VCC 5V VCC1Q11Q21Q143 5 4VCC54U6A~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2 ~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2U4 VCC 015 1 10 9 4 11 5 14 A B C D QA QB QC QD 3 2 6 710 1112 132 31652 3169 20 J89 7 6 A0 A1 A2528 2914 1521~CTEN ~LOAD ~U/D ~RCO MAX/MIN CLKU9A13 1251 74ALS04BN 46GS EOKey = Space 0 VCC 5VU8 74LS148D VCC 1674LS190D10 11 12 13 1 2 3 4 5D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 EIVCC5V LED2 42 R5 R6 1? ?8 VCC27 26 2524 23 22 VCC VCC 5V55k? ? 36 R4 34 68k? ?4 7 6 2 5 RST DIS THR TRI CONU5OUT 343U12AGND 10 C4 10uF 3315C3 100nFLM555CM74LS08J45VCC 5V VCC VCC 5V R1 VCC 1k? ? R12 15k? ?RSTA1VCC OUTQ1 17 R14 18 510? ? 2N 100uF R15 510? ? 32 U1337 R13 68k? ?DIS THR TRI CON GND38 C1 100nF555_VIRTUALBUZZER 500 Hz 00图5-2 抢答开始电路此图表示：主持人喊开始抢答后倒计时到 8 秒时，第 4 号手抢答到了此题。19课程设计说明书6 心得体会本次电子课程设计实习将理论与实践相结合，目的是考查了我们对知识的综合 运用以及创新设计思维能力以及一个人的严谨态度。 针对课设题目抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计， 但通过上网查阅各种类似的设计，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片 功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证试验方案的可实严谨，虽说比较烦杂但 却对设计一个电路有了基本的经验。 这次课程设计的设计流程我采用分块的设计顺序，优化了设计流程使之更符合 逻辑性。但是需要注意的是，在其中每个环节必须认真进行，如果某模块电路没有 设计好，或者存在错误，则总的电路必然会受到影响，所以在设计时应该考虑到实 际情况。有时候会因为一个极小的疏忽而导致整个电路无法运行，例如，在仿真过 程中由于我忘记接地导致输出老是不对。另外，该课程设计也要求我具备扎实的理 论知识，刚开始由于理论知识掌握的不牢靠，在进行仿真设计时也一度使我碰壁， 浪费了很多时间。 通过这次课程设计，我基本掌握了用 Multisim 仿真分析，且初步掌握了电子 电路的设计方法， 在以后的学习中还需多加练习， 熟练掌握， 为以后的工作作准备。 回顾这次课程设计，从选题到定稿，从理论到实践，我懂得了理论与实践相结 合的重要性。在这次课程设计当中，我本来是抢答、定时、报警、时序控制电路都 有设计，但仿真做出来的只有定时和抢答两部分，而实物部分定时电路还无法正常 工作，由此可见即使课本知识掌握的很好，如果不会综合运用，也是一些支离破碎 的无用的知识，只有能把它运用到实践当中，才是真正属于你自己的知识。实践是 检验真理的唯一标准，这句话说的真不假啊。 每一份付出总有收获，当一次次碰壁，发愁后，换来的是更大的喜悦，还有 一些感动，还有小小的成就感，所以今后要好好努力，会换取更大的成功。20课程设计说明书参考文献[1]陈大钦《电子计数基础实验---电子电路实验设计仿真北京高等教育出版社，2000 年 [2]王永军 李景华《数字逻辑与数字系统》北京电子工业出版社，2006 年 [3]阎石《数字电路技术基础北》京高等教育出版社，1998 年 [4]王鸿明，段玉生.《电工与电子技术》.高等教育出版社，]吴俊芹《电子技术实训与课程设计》.机械工业出版社，2009.421课程设计说明书附录一 元件清单序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 元器件名称 8-3 优先编码器 R-S 锁存器 BCD 七段显示译码器 十进制同步加/减计数器 共阴极七段数码管 555 定时器 非门 或门 六反相器 与门 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电容 电容 电容 扬声器 开关 型号参数 74LS148 74LS279 74LS48 74LS190 BS201A CB555 74LS02 74LS32 74LS04 74LS08 10K 15K 55K 68K 1K 510 100nF 10uF 100uF 数 量 1 2 2 1 2 2 1 1 7 1 7 3 1 2 1 2 2 1 1 1 722课程设计说明书附录二 总体电路GND GNDCKU1A B C D E F G123456713 12 11 10 9 15 14 OA OB OC OD OE OF OGVCCA B C D5V~LT ~RBI ~BI/RBOU2 74LS48D 147 1 2 63 5 4VCC54 0 30 8 31 U10A 74LS32D474VCC 5V VCC1Q11Q21Q11Q27U6A~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2 ~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2U7A 74LS279D VCC 15 16 0A 1 B 10 C 9 DU4QA QB QC QD 3 2 6 710 1112 132 31652 3169 209 7 6528 2914 1521J84 ~CTEN 11 ~LOAD 5 ~U/D ~RCO MAX/MIN 14 CLKU9A13 1251 74ALS04BN 46A0 A1 A2GS EOD0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 EI0Key = Space VCC 5VU8 74LS148D VCC74LS190D10 11 12 13 1 2 3 4 5VCC5V LED2 42 R5 R6 1? ?8 VCC27 26 2524 VCC VCC23 22 5V55k? ? 36 R4 34 68k? ?4 7 6 2 5 RST DIS THR TRI CONU5OUT 343U12AGND 115 0 C4 10uF 33C3 100nFLM555CM74LS08J45VCC 5V VCC VCC 5V R1 VCC 1k? ? R12 15k? ?RSTA1VCC OUTQ1 17 R14 18 510? ? 2N 100uF R15 510? ? 32 U1337 R13 68k? ?DIS THR TRI CON GND38 C1 100nF555_VIRTUALBUZZER 200 Hz 0023
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