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1、目录四路竞赛抢答器设计与仿真2一、设计目的2二、设计要求2三、题目分析2四、总体方案2五、具体实现3六、各部分定性说明及定量计算5七、实验仿真6八、元器件清单8九、设计心得体会10十、参考文献11四路竞赛抢答器设计与仿真一、设计目的1、巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。2、培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力。3、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。4、学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高学生动手能力和进行数字电子电路实验的
2、基本技能。5、熟悉和学会使用Multisim10.0这个仿真软件，画出仿真电路图。二、设计要求设计并仿真能容纳四组参赛队参赛的声光显示抢答器，要求：1）主持人按下复位后，允许开始抢答，2）有人抢答成功，即发出光、声报警信号，并封锁其他参赛队抢答信号的输入主要器件：1）74LS175、74LS04、74LS20；2）发光二极管、风鸣器、三极管等。三、题目分析设计一台可供4名选手参加比赛的四路竞赛抢答器：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。2、每个参赛者控制一个按钮，用按动按钮发出抢答信号。3、设置一个系统清零和抢答控制开关，该
3、开关由竞赛主持人控制，用于将电路复位。4、抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,该选手编号立即锁存,并在对应的发光二极管上显示,蜂鸣器提示,同时封锁输入编码电路,禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。四、总体方案用一片四D触发器74LS175、一片反相器74LS04、三片与非门74LS20以及一个蜂鸣器、四个发光二级管、四个抢答器来实现。如图1，四D触发器输出经四输入与非门到四路抢答按键开关，加到触发器的四个输入端，同时经四输入与非门作为四D触发器的时钟信号，四D触发器清零端经上拉电阻接电源，同时经过清零控制开关到地。电路简单成本低，稍
4、加扩展就能达到实用化。图1五、具体实现图2是四人（组）参加智力竞赛的抢答器电路。 抢答前先清零，1Q4Q均为“0”，相应的发光二极管LED1LED4都不亮；均为“1”，“与非”门G1输出为“0”，蜂鸣器不响。同时，G2输出为“1”，将G3打开，时钟脉冲C可以经过G3进入D触发器的C端。此时，由于S1S4均未按下，1D4D均为“0”，所以触发器的状态不变。抢答开始，若S1首先被按下，1D和1Q均变为“1”，相应的发光二极管LED1亮；变为“0”，G1的输出为“1”，扬声器发响。同时，G2输出为“0”，将G3封闭，时钟脉冲C便不能经过G3进入D触发器。由于没有时钟脉冲，因此再接着按其它按钮，就不起
5、作用了，触发器的状态不会改变。抢答判断完毕，清零，准备下次抢答。图2图3图3是四人抢答器加驱动后，连接译码管可分别显示出数字“1、2、3、4”的电路。六、各部分定性说明及定量计算由一片4D触发器74LS175，一片反相器74LS04，三片与非门74LS20，4个抢答按键，1个清零复位按键，一个蜂鸣器和4个发光二极管LED1、LED2、LED3、LED4组成。抢答开始前，主持人按动清零键清零复位，作好抢答准备，抢答选手开始抢答。若1选手按下，对应的指示灯LED1点亮，蜂鸣器发出一声“滴”的响声，此时，若2选手、3选手、4选手纷纷都按下，均不改变显示状态，维持LED1灯亮，1选手回答完问题后，开始
6、下一题抢答前，主持人必须按动清零键清零。同样，其他2、3、4任何一个选手首先按下抢答器抢答时，剩余的选手按下的抢答器的LED灯都不会亮，只有首先按下的选手的LED灯会亮，就这样，四路竞赛抢答器能够工作起来。七、实验仿真上图中的74LS175为一四路的锁存器，当CLK引脚输入上升沿时，1D-4D被锁存到输出端（1Q-4Q）。在CLK其他状态时，输出与输入无关。电路通电后，按下复位按键，1Q、Q2、Q3、Q4输出高电平，与之相连接的指示用的四个LED全熄灭。同时用它们作为输入的与非门U6A输出为低电平。电路进入准备状态。这时，假设有按键S2被按下，与非门U7A的输出将由低变成高电平，形成一个上升沿
7、经过两个非门的延迟后作为175 CLK的输入。CLK得到上升沿后会将1D上的数据锁存，这时由于S2 是按下的，1D上应为高电平，故175的1Q输出为低电平。对应的LED 被点亮，同时与非门U6A的输出也变为高电平。它为高电平后，按键的两端都为高电平，故按下除复位之外的任何的按键都将不会发生电路状态的变化，即输入被锁定。达到了既定的功能目标。 然后发光二极管发光原理作出下图就可以使LED灯发光了。八、元器件清单名称数量管脚图说明74LS041集成的非门电路。实现非逻辑关系，具备条件时不发生，而条件不具备时发生。NPN三极管1在电路中起放大器作用，放大高频信号，使蜂鸣器发出声音。74LS175N1
8、集成4D触发器发光二极管4红黄绿蓝4种颜色LED作为灯光显示。蜂鸣器1当有参赛者按抢答按钮，蜂鸣器会发出声响，作为报警器电阻器5有四个阻值为50和一个阻值为4.7K的电阻器。电源45V的直流电源。与门1实现与逻辑关系，当输入信号满足某种条件时才有输出。时钟脉冲产生时钟脉冲使D触发器工作双掷开关4作为A、B、C、D四位参赛者抢答的按钮九、设计心得体会通过抢答器的课程设计，使我对与非门以及触发器等芯片有了更深的了解，对课本上的知识有了进一步的掌握。本课题在Multisim10.0环境下仿真能够实现课题要求。 四人抢答器由四个指示灯“LED1”、“LED2”、“LED3”、“LED4”组成。主持人首
9、先提出问题，在抢答前，主持人按一下清零键清零，为抢答做好准备。若有人抢答，选手甲乙丙丁可以分别按下抢答按键,则对应的指示灯点亮，选手答题。在这个过程中，其他人即使按键，也不能改变指示灯的状态，不会给答题人造成影响。通过这次课程设计,我学到了很多书本上没有的实际的知识,熟悉了一些元器件、芯片在工程中的灵活运用，比如4D触发器74LS175、反相器74LS04，与非门74LS20， 清零复位键，蜂鸣器的使用。在设计及制作过程中，遇到过一些困难，比如对书的不熟悉、对电路图设计没有头绪、不知怎么安装仿真软件、不知怎样使用仿真软件Multisim等等，不过通过上网和去图书馆查资料都一一的解决之，并且在网
10、上搜集到了一些元器件及电路的相关资料，通过自己的分析与思考，用于自己的设计报告书中。我相信这些对我以后的学习及工作是非常有帮助的，还有最重要的是我学会了自学的方法，不懂和不清楚的地方我会自己去寻找答案，这对我今后离开学校，踏上社会是相当有帮助的。其次是进一步熟练地掌握和运用了相关的专业软件，比如Multisim10.0仿真软件，又让我懂得了一个电路作图软件，提高了我们自身的专业素质，这也是我们工科学生所必须掌握的基础技能。同时也深深的体会到，我们书本上所学的知识和实际的东西相差甚远，我们所不懂的知识还有很多，因此今后我们要更加注重实际方面的锻炼和运用。完成这次电子课程设计后，让我获益匪浅的同时
11、又为我这学期期末考试的复习作了很好的铺垫，但是这次设计我发现自己存在很多不足，设计过程也有很多不是那么满意的地方，请老师多多指出，我会认真改正，并在以后的学习中汲取教训。最后感谢老师给我提供这样一次受益匪浅的机会，让我学到很多以前从不了解的知识。十、参考文献1 李中发主编 电子技术 北京：中国水利水电出版社，2005。2 李中发主编 电子技术基础 北京：中国水利水电出版社，2004。3 张钦双主编 实用电子电路200例 北京： 机械工业出版社，2003。4 汤勉刚主编 公共课实验教程 成都：西南交通大学出版社，2010。5 王彦朋主编 大学生电子设计与应用 北京：中国电力出版社，2007。6 王连英主编 基于Multisim10.0的电子仿真实验与设计 北京：北京邮电大学出版社，2006。成绩明细表格考核成绩设计仿真成绩（20分）课程设计报告成绩（70分）答辩（10分）考核成绩仿真电路仿真效果方案论证设计计算、绘图、说明报告格式
