抢答器电路课程设计说明书

中北大学

课程设计说明书

学生姓名:学号：

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题目: 抢答器电路设计

指导教师：职称: 副教授

2015 年 1 月 30 日

目录

1、课程设计目的 (1)

2、课程设计与要求 (1)

2.1、设计内容 (1)

2.2、设计要求 (1)

3、设计方案及实现情况 (1)

3.1、设计思路 (1)

3.2、工作原理及框图 (2)

3.2.1设计所用器件简介 (2)

3.2.2Multisim电路原理图 (4)

3.3、硬件电路原理图 (5)

3.4、PCB版图设计 (8)

4、课程设计总结 (10)

5、参考文献 (10)

1、课程设计目的

（1）掌握电子电路的一般设计方法和设计流程；

（2）学习简单电路系统设计，掌握Protel99或其它工具软件的使用方法；（3）了解抢答器电路设计的基本实现原理；

（4）学习掌握硬件电路设计的全过程。

2、设计内容和要求

2.1 设计内容

（1）查阅所用器件技术资料，详细说明设计的抢答器电路工作流程；

（2）抢答器电路采用与非门、三极管等电子器件构成，参加组数四组以上。2.2 设计要求

（1）电路可以实现由选手按键先后判断谁获得答题权；抢答成功时点亮相应的指示灯，并伴有音乐触发。

（2）主持人没有按抢答开始按键时，若有人抢答，抢答无效；

（3）整理设计内容，编写设计说明书。

3、设计方案实现情况

3.1设计思路

抢答器具有锁存、彩灯提示和声音提示，当主持人按下复位键后才可以正常工作，否则抢答无效，因此可以加入一个或非门由主持人来控制一个输入端的输入是高电平还是低电平，从而达到控制整个电路的目的。当抢答开始后，第一个选手抢到后，可以瞬间锁住其他选手的抢答输入端，因此可以用到D触发器的置零功能来充当一个锁存器，一直到主持人复位后才可以进行下一轮的抢答。而且在抢答成功的时候，自己的输出为高电平使得彩灯和蜂鸣器正常工作，而且输出的高电平要和其他选手的每一个或非门的一个输入端相连，使或非门输出为低电平，再把或非门的输出端与D触发器的置零端CLR相连，当置零端为零时D触发器的输出为低电平，此时其他选手的彩灯和蜂鸣器都不能工作，从而达到锁存的目的。

3.2 工作原理及框图

图1

工作框图

3.2.1

设计所用器件简介

首先，下图为D

触发器的工作原理图：

图2 D

触发器原理图

该触发器由六个与非门组成，其中G1

、G2

构成基本RS 触发器，G3、G4组成时钟控制电路，G5、G6组成数据输入电路。Rd 和Sd 分别是直接置0和直接置1端，有效电平为低电平。分析工作原理时，设和均为高电平，不影响电路的工作。

CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出为1，触发器的状态不变。同时，由于Q3至G5和Q4至G6的反馈信号将这两个门G5、G6打开，因此可接收输入信号D ，使Q6=（NOT ）D ，Q5=D 。

当CP 由0变1时，门G3和G4打开，它们的输出Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。Q3=(NOT)Q5=(NOT)D,Q4=(NOT)Q6=D 。由基本RS 触发器的逻辑功能可知，Q=D 。

触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状态是互补的，即必定有一个是0，若Q4为0，则经G4输出至G6输入的反馈线将G6封锁，即封锁了D 通往基本RS 触发器的路径；该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用，故该反馈线称为置0维持线，置1阻塞线。G3为0时，将G4和G5封锁，D 端通往基本RS 触发器的

路径也被封锁；G3输出端至G5反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线；G3输出端至G4输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用，称为置0阻塞线。因此，该触发器称为维持阻塞触发器。

由上述分析可知，维持阻塞D触发器在CP脉冲的上升沿产生状态变化，触发器的次态取决于CP脉冲上升沿前D端的信号，而在上升沿后，输入D端的信号变化对触发器的输出状态没有影响。如在CP脉冲的上升沿到来前D=0，则在CP脉冲的上升沿到来后，触发器置0；如在CP脉冲的上升沿到来前=1，则在CP 脉冲的上升沿到来后触发器置1。维持阻塞触发器的逻辑功能表如表所示。

图3 D触发器原理

图4 D触发器图图5四输入或非门图图6三极管图其次，是四输入或非门，只要有一个输入为高电平，其输出就为0，反馈到D触发器的置0端后，使得D触发器的输出为0，因此，此时的D触发器具有锁存的作用。

还有三极管放大电路，当选手A按下开关后，可以通过三极管给D触发器的CLK一个上升沿使其工作，当CLR和PR都为高电平时D触发器的输出在CLK为上升沿时输出与D的高、低电平状态相同，而此时的D由于主持人的复位作用为低电平，因此要接（NOT）D才能得到高电平。

3.2.2Multisim电路原理图

在本次试验中，我使用multisim软件进行硬件电路的设计。Multisim是一款著名的电子设计自动化软件，与NI Ultiboard同属美国国家仪器公司的电路设计软件套件。是入选伯克利加大SPICE项目中为数不多的几款软件之一。Multisim在学术界以及产业界被广泛地应用于电路教学、电路图设计以及SPICE 模拟。仿真的内容有：器件建模及仿真；电路的构建及仿真；系统的组成及仿真；仪表仪器原理及制造仿真。可以建模及仿真的器件：模拟器（二极管，三极管，功率管等）；数字器件（74系列，COMS系列，PLD，CPLD等）；FPGA器件。

图7总体的抢答器电路图