数电课程设计报告-抢答器

课程设计报告
题目数字抢答器设计
课程名称数字电子技术院部名称龙蟠学院
专业自动化
班级M11自动化学生姓名王栋明
学号1121112015指导教师赵国树
金陵科技学院教务处制
目录
第一章设计要求 (5)
第二章总体参考方案
2.1 总体参考方案框图 (5)
2.2 总体参考时序逻辑 (6)
第三章单元电路设计
3.1 定时电路
3.1.1 电路设计 (6)
3.1.2 元件说明 (7)
3.2 开关阵列电路
3.2.1 电路设计 (8)
3.3 门控电路
3.3.1 电路设计 (8)
3.2.2 元件说明 (9)
3.4 编码电路
3.4.1 电路设计 (11)
3.4.2 元件说明 (12)
3.5 报警电路
3.5.1 电路设计 (13)
3.5.2 元件说明 (13)
3.6 显示电路
3.6.1 电路设计 (13)
3.6.2 元件说明 (13)
第四章整体电路图 (15)
第五章各部分功能的实现
5.1 按下S1启动定时30S，开始抢答，LED灯亮 (15)
5.2 某位选手抢答有效 (16)
5.3 清零、灭灯、复位 (16)
第六章心得体会
第一章设计要求
1. 数字抢答器应具有数码锁存、显示功能，抢答组数分为八组，即序号0、1、
2、3、4、5、6、7，优先抢答者按动本组开关，组号立即锁存到LED显示器上，同时封锁其它组号。

2. 系统设置外部清除键，按动清除键，LED显示器自动清零灭灯。

3. 数字抢答器定时为30秒，启动起始键后，要求：①30秒定时器开始工作；
②蜂鸣器要短暂报警；③发光二极管亮灯。

4. 抢答者在30秒内抢答，抢答有效，终止定时；30秒定时到，无抢答者本次抢答无效，系统短暂报警，发光二极管灭灯。

第二章总体参考方案
2.1、总体参考方案框图
2.2、总体参考时序逻辑
它包括定时电路、门控电路、译码显示电路、8线-3线优先编码器、RS锁存器和报警电路等六个部分组成。

其中定时电路、门控电路、译码显示电路及8线-3线优先编码器三部分的时序配合尤为重要，当启动外部操作开关（起始键）时，定时器开始工作，同时打开门控电路，输出有效，8线-3线优先编码器等待
数据输入，在定时时间内，优先按动开关的组号立即被锁存到LED显示器上，与此同时，门控电路输出无效，8线-3线优先编码器禁止工作；若定时到而无抢答者，定时电路立即关闭门控电路，输出无效，封锁8线-3线优先编码器，同时发出短暂报警信号。

第三章单元电路设计
3.1 定时电路
3.1.1 电路设计
本电路模块采用555定时器来实现30s的定时，由555定时器构成单稳态触发器采用适合的RC的值可以实现30s较为精确的定时，采用电容C=100uF，电阻R=2.7K。

电路中选用了J9和J10两个按钮开关分别控制触发输入端和复位输入端，J9、J10分别通过10K的电阻与5v的电源相连以及GND连接。

J10按下时，TRI（2脚）为低电平，555定时器开始工作，30s定时开始，输出端（3脚）输出高电平，发光二极管亮起，表示抢答开始；J9按下时，RST（4脚）为低电平，555定时器复位，数码管清零灭灯。

555定时器构成的30s定时电路
3.1.2 元件说明
电路图中555定时器为NE555，它是一种集模拟、数字于一体的中规模集成电路，其应用极为广泛。

555定时器的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 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。

若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，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，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置0，使输出为 0 电平。

其功能表如下：
3.2 开关阵列电路
3.2.1 电路设计
本部分电路由开关阵列组成，供给选手抢答用，开关为可弹出式按钮开关，常开，当有人按下开关时，开关闭合，对应的该路输出一个高电平，提供给后面的编码、锁存电路作为脉冲信号或者使能信号；松开后，开关断开。

电路图如下所示：
开关阵列电路图
3.3 门控电路
3.3.1 电路设计
门控电路用于控制编码器的使能端，以实现有键按下并且在30s定时时间内的时候，编码器工作，没有键按下的时候，编码器不工作。

电路采用一个8输入或门（CD4078），有键按下的时候，8输入或门输出高电平与555定时器输出端（3脚）输出的高电平一起进入与门电路（74LS08），与门输出为高电平，接到优先级编码器CD4532的使能端，让CD4532芯片工作。

电路图如下所示：
门控电路电路图3.3.2 元件说明
（1）8输入或门CD4078：
逻辑符号:
U12
OR8
8输入或门的逻辑符号
功能表：
由功能表可看出，当A为1时，不管其它输入端为任何电平，输出端都为1；当B为1时，无论其它输入端为何值，输出端都为1；C、D、E、F、G、H也为之一样，而当其输入端全为1时，输出端W为0，简而言之，“只要有1个输入端为1，其输出端为1；当输入端全为0时，输出端为0”。

其逻辑表达式为：W=A·B·C·D·E·F·G·H。

（2）2输入与门74LS08
逻辑符号：
7408的逻辑符号
功能表：
从功能表可以看出，当A或B中只要有一个为0时，Y为0；只有当A、B 都为1时，Y为1，则有“有0则0，全1为1”其逻辑表达式为：
3.4 编码电路
3.4.1 电路设计
编码电路采用CD4532优先级编码器来实现编码功能，当电路在30s的时间内，并且有键按下的时候，通过门控电路输出高电平让CD4532芯片使能，进入工作状态，为第一个按下的键进行编码。

电路图如下所示：
编码电路电路图
3.4.2 元件说明
8-3编码器CD4532:
从功能表可以看出，CD4532有8个信号输入端，3个二进制码输出端，输入和输出均以高电平作为有效电平，而且输入优先级别依次为I7，I6…,I0.当EI=1时，编码器工作：而当EI=0时，禁止编码器工作，此时不论8个输入端为何种状态，3个输出端的状态为0。

引脚图：
CD4532引脚图
功能表：
CD4532功能表
3.5 报警电路
3.5 电路设计
报警电路由三极管和蜂鸣器组成，三极管的基极通过限流电阻接到555定时器的阀值输入端，当主持人按下开始键，三极管的基极得到一个低电平，三极管导通，蜂鸣器报警。

电路图如下：
3.6 显示电路
3.6.1 电路设计
显示电路是由CD4511显示译码器接7段数码管译码显示输出。

其中CD4511的4D端和LE端接地，LT接地，BI接74LS175的4Q输出端以实现在没有组号按下时，数码管灭灯的效果。

3.6.2 元件说明
CD4511：
C D4511是一个用于驱动共阴极 LE
D （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动LED显示器。

CD4511 是一片 CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。

其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。

LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。

BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。

另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。

LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。

a～g是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。

引脚图：
功能表：
CD4511功能表
第四章整体电路图
整体电路图如下所示：
第五章各部分功能的实现（multisim仿真）5.1 按下S1启动定时30S，开始抢答，LED灯亮
5.2 某位选手抢答有效
当5号选手按下抢答键后，电路图如下：
通过与门输出高电平到8-3编码器的使能端，编码器开始进行编码
编码器输出高低电平到D锁存器
当D锁存器的clk端得到一个上升沿时，D锁存器开始锁存，使其他选手按键无效。

D锁存器输出到译码器
译码器输出到共阴极显示管，显示管显示出抢答选手号码：
5.3 清零、灭灯、复位
按下清零键后，数码管灭灯，555定时器复位
元件清单
第六章心得体会
通过这次的课程设计，我对数电又有了更深层次的理解。

这次的课程设计让我学会了几种芯片的应用和引脚图，能够更好的理清自己的思路，了解各个部分的功能。

刚开始，在仿真图画出来后，仿真没有结果，显示管不亮，然后通过查找资料和电路图，一根导线一根导线的看过去，最后找出了问题的所在，这个培养了我的坚持不懈的，不放弃的精神。

最后感谢下老师，教会了我们好多的知识。