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1、中北大学课 程 设 计 说 明 书学生姓名:学 号：学 院:电子与计算机科学技术学院专 业:微电子学题 目:电子抢答器的设计指导教师： 职称: 2011 年 1 月 5 日目 录1、设计目的32、课程设计内容和要求：32.1、设计内容32.2、设计要求33、设计方案43.1、设计思路43.2、工作原理及硬件框图43.3、硬件电路原理图53.4、PCB版图设计94、课程设计总结135、参考文献14电子抢答器设计说明书1、设计目的掌握译码器、十进制加/减计数器的逻辑功能和工作原理，设计可预置时间的定时电路；分析与设计时序控制电路。画出定时抢答器的整机逻辑电路图，掌握智力抢答器的工作原理及其设计方法
2、，并对各种元器件的功能和应用有所了解。并能对其在电路中的作用进行分析。另外还要掌握电路原理和分析电路设计流程。学习使用PROTEL软件绘制电路原理图及印刷板图；掌握应用EWB对所设计的电路进行仿真，通过仿真结果验证设计的正确性。2、课程设计内容和要求：2.1、设计内容 设计一个电子抢答器系统要求如下：1. 设计一个可以容纳四组参赛队进行比赛的电子抢答器。2具有第一抢答信号高的鉴别和锁存功能。3具有计时功能4具有记分功能。5. 具有犯规设置电路。2.2、设计要求1，抢答组数分为四组每组序号分别为1、2、3、4，按钮的编号与选手的编号相对应，按键S1 S4分别对应四个组，抢答者按动本组按键组号立即
3、在LED显示器上显示，同时封锁其他组的按键信号。2，给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答器的开始。3，抢答者在30s内进行抢答，抢答有效，如果30s定时已到但无抢答者，则本次抢答无效系统短暂报警。4，设计一个由主持人控制的计分器给每组计分来实现计分功能。3、设计方案3.1、设计思路电子抢答器的组成框：该设计抢答器的电路主要是由抢答开关电路、触发电路、触发锁存电路、编码器、七段显示译码器几部分构成。3.2、工作原理及硬件框图 工作原理为： 接通电源后，主持人将开关拨到清零状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状
4、态，宣布开始抢答器工作。定时器计时，扬声器给出声响提示。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。图1：抢答器原理框图如图1：该方案系统主要中由定时电路，8线-3线优先编码器，RS锁存器，译码显示和报警电路等几个部分组成。其中定时电路、8线-3线优先编码器及RS锁存器三部分的时序配合非常重要。当主持人按下控制按键时，锁存器清零计数器置数。当主持人释放控制键时发光二极管点亮，定时器开始工作，同时锁存器的输出使8线-3线优先编码器使能，编
5、码器等待数据输入，在30s内首先按动序号开关的做好立即被锁存到LED显示器上。与此同时8线-3线优先编码器禁止工作，封锁其他组的按键信号。若定时时间30s已到而无抢答者，锁定编码器抢答按键信号无效，同时定时器输出信号使报警电路发出短暂报警信号说明本次抢答无效，发光二极管熄灭。抢答完毕后由主持人确定答案正确与否在计分器上给予加分或减分。3.3、硬件电路原理图分块电路设计（一） 编码/锁存电路 编码/锁存电路如图2所示：图中74LS148是8线-3线优先编码器，它的EI、Gs及EO分别是输入、输出使能端及优先标志端。当ST=0时，编码器进入工作状态，如果这时输入端至少有一个编码请求信号（逻辑0）输
6、入时，在输出端有编码信号输出，同时Gs为0，否则为一；当EI=1时优先标志和输出使能端均为一，编码器处于禁止状态。先给出74LS148（8线-3线优先编码器）真值表： 当主持人按动清除/开始键（SB5闭合）时将RS锁存器74LS279全部清零，译码驱动电路的输出为0，这时LED显示器灯灭。同时由4Q于端输出为低电平使得 N14A输出为0，则EI=0，编码器使能，输入有效。但由于此时74LS279为清零状态，输出全部为零，不管SB1SB4有无按键按下，显示组号的显示器显示结果为0，当然计数器也不工作，输出为0，也就是说抢答还未正式开始，当主持人释放清除/开始键（SB5打开）后，锁存器清零状态，由
7、于EI依然为0，编码器使能，而N15A的输出为1，发光二极管D点亮，计数器开始计时，抢答开始。在这期间只要按动任意输入抢答键，编码器输出经RS锁存器锁存，由显示器显示组号；与此同时由于有有效输入信号输入EI由1翻转为04Q端输出为1，即EI=1,编码器输入禁止，停止编码，封锁其他组的按输入信号，LED显示最先按动按键的那个组对应的组号，实现优先抢答功能。图一中N5（74121）与R9、C1构成单稳态电路，将主持人按下按键SB5释放后SB5在N13A的输入端产生的上升沿脉冲转换成一定宽度（ tw = 0.69 R9 C1 ）的脉冲输出。合理选择R9、C1，使tw = 0.69 R9 C1 30s
8、，就可以保证使主持人将SB5释放后发光二极管D点亮以表示计时开始，而30S后D熄灭。N6(74121)与R10、C3构成单稳态电路将30s计数器的输出B1端转换成一定宽度（tw=0.69 R10C3）的输出脉冲。其作用使保证30s到后禁止编码器编码，R9C1要选得足够大。图2：编码/锁存电路（二）定时电路 30s定时电路可以采用如图4所示电路：图中当主持人按下SB5时，一方面为74LS279清零，另一方面为30s计数器送入置数信号，计数器完成置数。当释放SB5后计数器进行递减计数，当计数器为0时（N=00000000），高位计数器（N9）的BO端输出为0，封锁秒脉冲，计数器停止计时。图中1HZ
9、秒脉冲信号采用555定时电路设计即可，555定时电路是一种电路简单且多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而要波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等等许多领域中都得到了广泛的应用。如图3： 图3：1HZ秒脉冲产生电路图4：30s定时电路（二） 报警电路 报警电路可以采用图5所示电路：它的工作原理是由555构成多谐振荡器，产生的矩形波（频率f = 1.43 / ( R13+2R14 ) C2 ），控制晶体三极管构成的推动级，使扬声器发出报警信号。单稳态触发器74121与电阻R12和电容C4构成报警定时电路，用于控
10、制报警状态持续的时间。当30进制剑法计数器计满后，高位计数器BO端输出脉冲的下降沿触发单稳态电路，使得74121的Q端输出一个正脉冲，启动报警电路，正脉冲的宽度tw = 0.69 R12 C4，因此通过选择R12 和C4的取值，确定报警持续时间。 SB6用于手动消除报警，SB6按下，多谐振荡器停止震荡；反之，振荡器工作。图5：报警电路（四）计分器电路 （计分部分与抢答器分开单独设计） 因设计计分功能由主持人单独控制，所以计分部分与抢答器分开单独设计；计分功能电路由根据抢答组数分四组，每组由3个74LS48芯片和显示器以及8421拨码开关组成。 计分功能电路图如下图所示： 一组 二组 三组 四组
11、图6：计分器功能电路框图计分器原理图图7：计分器电路图3.4、PCB版图设计用PROTEL软件完成PCB的设计。 步骤如下： 1电气规则检查图8：电气规则检查2、生成元件报告表文件 图9 报告文件图10：材料清单3、生成的网路表格文件：图11：生成的网络表4、在PCB中导入生成的网络表：将网络表导入PCB板之后点击Execute就可以生成PCB板，经过调整及自动布线即可调整布线。如（图13）即为电子抢答器的PCB板（图14、图15分别为分别为电子抢答器的顶层PCB板和底层PCB板）。图12 电子抢答器PCB板 图13：计分器PCB板4、课程设计总结这次课程设计历时二个星期左右，通过课程设计，发
12、现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。这次的课程设计也让我看到了知识的力量。刚开始的时候，大家各自做自己的课题，但是当遇到问题时便互相帮助，不断解决出现的各种问题，我从同学的身上学到了很多东西。在课程设计中只有一个人自己是不行的，必须有老师和同学们的帮助，团结协作是我们成功的一项非常重要保证。而这设计也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。在这个过程中，我也曾经因为实践经验的缺乏失落过，也曾经设计的成功而热情高涨。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒变的话题。虽然这只是一次的极简单的课程制作（四路抢答器
13、），可是平心而论，也耗费了我不少的心血，这就让我不得不佩服专门搞开发的技术前辈，才意识到老一辈对我们社会的付出，为了人们的生活更美好，他们为我们社会所付出多少心血啊！通过这次课程设计，我想说：为完成这次课程设计我们确实很辛苦，但苦中仍有乐，和同学们这十几天的一起学习的日子，让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的实习，我感觉我和同学们之间的距离更加近了。这个工程确实很累，但当我们实验成功的时候，当我们连好线，按下按钮，LED亮了起来，喇叭响起的是我一生以来最好听的声音，我的心中就不免兴奋，不免激动。以前种种艰辛这时就变成了最甜美的回忆！对我
14、而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜美的回忆！对我而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。让我知道了学无止境的道理。我们每一个人永远不能满足于现有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面还有更高的山峰在等着你。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次课程设计必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！感谢这两个星期来老师和同学对我的帮助和支持！5、参考文献 童诗白模拟电子技术基础北京：高等教育出版社，2002 张建华数字电子技术北京：机械工业出版社，2004 陈汝全电子技术常用器件应用手册北京：机械工业出版社，2005 毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业出版社，2005 潘永雄电子线路CAD实用教程西安：西安电子科技大学出版社，2002 张亚华电子电路计算机辅助分析和辅助设计北京：航空工业出版社，2004
