課程設(shè)計(jì)--八路數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)

1、<p>　　《電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化》 課程論文（設(shè)計(jì)）</p><p>　　題目：八路數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)</p><p>　　學(xué)生姓名： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　院 系： 電子與信息工程學(xué)院</p><

2、p>　　班 級(jí)： 電子信息工程1班 </p><p>　　任課教師： </p><p>　　二Ｏ一三年十二月十五日</p><p>　　八路數(shù)字搶答器設(shè)計(jì) </p><p>　　摘要：搶答器作為一種工具，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)以八路智力競(jìng)賽搶答器為基本概念，從實(shí)際應(yīng)用出

3、發(fā),利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化( EDA)技術(shù),用數(shù)字、模擬電子器件設(shè)計(jì)具有擴(kuò)充功能的搶答器。該搶答器具有數(shù)字顯示、倒計(jì)時(shí)顯示、編碼譯碼功能，應(yīng)用效果良好。</p><p>　　關(guān)鍵詞：八路數(shù)字搶答器；EWB；PROTEL；PCB</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 緒論：4</b>&

4、lt;/p><p>　　1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)要求：5</p><p>　　1.2.1 運(yùn)用數(shù)字電路設(shè)計(jì)一個(gè)能夠滿(mǎn)足特定要求的八路搶答器5</p><p>　　1.2.2 利用EWB繪制電路原理圖并進(jìn)行仿真，并畫(huà)出正確的波形5</p><p>　　1.2.3 利用PROTE

5、L繪制原理圖并生成PCB圖5</p><p>　　1.3 設(shè)計(jì)功能：5</p><p>　　2 電路原理圖設(shè)計(jì)和分析：5</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)：5</p><p>　　2.2電路設(shè)計(jì)和分析：6</p><p>　　2.2.1搶答鑒別及鎖存模塊（包括數(shù)碼管顯示和搶答燈）：6</

6、p><p>　　2.2.2 倒計(jì)時(shí)模塊（包括數(shù)碼管顯示和計(jì)時(shí)燈）：7</p><p>　　2.3 總體電路原理圖：7</p><p>　　2.3.1 EWB原理圖：7</p><p>　　2.3.2 PROTEL原理圖：9</p><p>　　3 仿真過(guò)程分析:10</p><p&g

7、t;　　3.1 搶答電路10</p><p>　　3.2 倒計(jì)時(shí)電路11</p><p>　　4 PCB設(shè)計(jì)分析：11</p><p>　　4.1 電氣規(guī)則檢查：11</p><p>　　4.2 生成網(wǎng)表文件:11</p><p>　　4.3 在PCB文件中裝入網(wǎng)表文件：11</p>

8、<p>　　4.4 畫(huà)禁止布線區(qū)，排版，自動(dòng)布線：12</p><p>　　4.5 PCB圖如下（打印預(yù)覽）：12</p><p><b>　　5 總結(jié)：12</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn):13</b></p><p><b>　　1 緒論：　

9、</b></p><p>　　1.1 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?lt;/p><p>　　通過(guò)八路數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生回顧所學(xué)數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，掌握組合電路、時(shí)序電路、編程器件和任意集成電路的綜合使用及設(shè)計(jì)方法，熟悉掌握優(yōu)先編碼器、觸發(fā)器、計(jì)數(shù)器、單脈沖觸發(fā)器、555 電路、譯碼/驅(qū)動(dòng)電路的應(yīng)用方法，熟悉掌握時(shí)序電路的設(shè)計(jì)方法。達(dá)到數(shù)字實(shí)驗(yàn)課程大綱所要求掌握的基本內(nèi)容。

10、</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)要求：</p><p>　　1.2.1 運(yùn)用數(shù)字電路設(shè)計(jì)一個(gè)能夠滿(mǎn)足特定要求的八路搶答器</p><p>　　1.2.2 利用EWB繪制電路原理圖并進(jìn)行仿真，并畫(huà)出正確的波形</p><p>　　1.2.3 利用PROTEL繪制原理圖并生成PCB圖</p><p>　　1.3

11、 設(shè)計(jì)功能：</p><p>　　設(shè)計(jì)制作一個(gè)可容納8組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)置一個(gè)搶答按鈕供搶答者使用。</p><p>　　電路具有第一搶答信號(hào)的鑒別和鎖存功能。在主持人系統(tǒng)發(fā)出搶答指令后，若參賽者按搶答開(kāi)關(guān)，則搶答指示燈(發(fā)光二極管)亮同時(shí)顯示電路顯示出搶答者的組別。此時(shí)，電路應(yīng)具備自鎖存功能，使別組的搶答開(kāi)關(guān)不起作用。</p><p>　　1.3.3

12、在主持人沒(méi)有按下開(kāi)始搶答按鈕前，參賽者的搶答開(kāi)關(guān)無(wú)效；當(dāng)主持人按下開(kāi)始搶答按鈕后，開(kāi)始進(jìn)行30秒倒計(jì)時(shí)。此時(shí)，若有組別搶答，顯示該組別并使搶答指示燈亮來(lái)表示“已有人搶答”；當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到，仍無(wú)組別搶答，則計(jì)時(shí)指示燈滅表示“時(shí)間已到”，主持人清零后開(kāi)始新一輪搶答。</p><p>　　2 電路原理圖設(shè)計(jì)和分析：</p><p>　　2.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)：</p><p&

13、gt;　　要求搶答器必須能夠準(zhǔn)確判斷出第一位搶答者，并且通過(guò)數(shù)碼管顯示讓人們得知誰(shuí)是搶答成功者。搶答有30秒時(shí)間限制，讓搶答者在規(guī)定時(shí)間內(nèi)搶答，所以設(shè)計(jì)的搶答器需要搶答鑒別及鎖存模塊、計(jì)時(shí)模塊、指示模塊（燈）、數(shù)碼管顯示模塊。設(shè)計(jì)框圖如下：</p><p><b>　　主持人</b></p><p>　　2.2電路設(shè)計(jì)和分析：</p><p>

14、　　2.2.1搶答鑒別及鎖存模塊（包括數(shù)碼管顯示和搶答燈）：</p><p>　　使用元件：8線-3線優(yōu)先編碼器74LS148一個(gè)、RS觸發(fā)器74LS279一個(gè)、3輸入或非門(mén)CD4025一個(gè)、二輸入與門(mén)CD4081一個(gè)、顯示譯碼器74LS47一個(gè)、七段數(shù)碼管一個(gè)、開(kāi)關(guān)九個(gè)、10KΩ電阻九個(gè)、發(fā)光二極管一個(gè)。</p><p><b>　　具體電路如下：</b></

15、p><p><b>　　分析：</b></p><p>　　當(dāng)主持人控制開(kāi)關(guān)（S）處于清零（接地）位置時(shí)，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端（4Q～1Q）全部為低電平，于是74LS47的BI=0，顯示器滅燈。74LS148的選通輸入端ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人將開(kāi)關(guān)（S）撥到開(kāi)始位置時(shí)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，既搶答器

16、處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號(hào)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時(shí)74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS47譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開(kāi)后，74LS1

17、48的YEX高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號(hào)仍不會(huì)被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，主持人操作控制開(kāi)關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答</p><p>　　搶答燈是利用74LS47的輸入端，當(dāng)1-7組有人搶答時(shí)，74LS47的輸入端ABC一定有一位為1，這樣CD4025輸出低電平，CD4081輸出低電平

18、，發(fā)光二極管亮，當(dāng)0組搶答時(shí)CD4081輸出低電平，發(fā)光二極管亮。</p><p>　　2.2.2 倒計(jì)時(shí)模塊（包括數(shù)碼管顯示和計(jì)時(shí)燈）：</p><p>　　使用元件：555一個(gè)、非門(mén)74LS04一個(gè)、三輸入與門(mén)74LS11一個(gè)、十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192兩個(gè)、顯示譯碼器74LS47兩個(gè)、四輸入或門(mén)CD4072一個(gè)、二輸入或門(mén)CD4071一個(gè)、七段數(shù)碼管兩個(gè)、發(fā)光二極管一個(gè)、電阻（

19、15KΩ，68Ω）、電容（10uF，0.1uF）。</p><p><b>　　具體電路如下：</b></p><p><b>　　分析：</b></p><p>　　如圖所示，分為兩個(gè)部分，一是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路，根據(jù)公式振蕩周期為T(mén)=0.7（R1+2R2）C，可計(jì)算出該振蕩器的振蕩周期為1秒。另一部分是可

20、預(yù)置時(shí)間的減計(jì)數(shù)器，對(duì)于預(yù)置端可以采用十進(jìn)制8421BCD碼設(shè)置，當(dāng)555振蕩器發(fā)出一個(gè)脈沖時(shí)，74LS192的CP端就接受一個(gè)信號(hào)，在cp脈沖的上升沿預(yù)置數(shù)就開(kāi)始自減，當(dāng)各位減少到0時(shí)，BO2就會(huì)輸出一個(gè)負(fù)脈沖，cp2就會(huì)開(kāi)始減少1，然后74LS192二開(kāi)始再自減1，直到預(yù)置數(shù)最后變成00，最后在BO2輸出一個(gè)周期的負(fù)脈沖。在時(shí)間未到時(shí)，BO2一直到是輸出正脈沖，除非最后變成00時(shí)，才會(huì)輸出負(fù)脈沖，這就可以作為定時(shí)到的信號(hào)，如果是時(shí)間

21、到了，輸出是零，時(shí)間不到，輸出是1。另外，假如有選手按鍵的話，則最后不會(huì)計(jì)數(shù)器不會(huì)因?yàn)樽詼p為00而最后輸出負(fù)脈沖，而是應(yīng)為秒脈沖輸出與1Q的非相與后當(dāng)作脈沖輸入74LS192的。當(dāng)沒(méi)有選手按鍵時(shí)，1Q的非為0，所以cp脈沖就會(huì)停止輸入，時(shí)間就會(huì)停止，所顯示的時(shí)間就是該選手搶答的時(shí)間，但此時(shí)的定時(shí)到信號(hào)還是1，這樣就完成了倒計(jì)時(shí)。74LS192的9，10，1，15引腳完成時(shí)間設(shè)定功能，本設(shè)計(jì)要求定時(shí)30</p><p&

22、gt;　　主持人開(kāi)關(guān)S不接地時(shí)，開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)燈在計(jì)時(shí)時(shí)亮，計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)滅。計(jì)時(shí)燈是接在了74LS47的輸入端，當(dāng)兩個(gè)數(shù)碼管都顯示0時(shí)，兩個(gè)74LS74的八個(gè)輸入端都為0，此時(shí)CD4071的輸出端才為低電平，計(jì)時(shí)燈熄滅。</p><p>　　2.3 總體電路原理圖：</p><p>　　2.3.1 EWB原理圖：</p><p>　　2.3.2 PROTEL

23、原理圖：</p><p>　　3 仿真過(guò)程分析:</p><p><b>　　3.1 搶答電路</b></p><p>　　第2 路搶答器搶答后的顯示，同時(shí)發(fā)光二極管指示燈發(fā)光，如下圖：</p><p>　　3.2 倒計(jì)時(shí)電路</p><p>　　4 PCB設(shè)計(jì)分析：</p>

24、<p>　　4.1 電氣規(guī)則檢查：</p><p>　　在PROTEL中繪制完原理圖后，我進(jìn)行了電氣規(guī)則檢查，發(fā)現(xiàn)了一些連線問(wèn)題，并及時(shí)改正。</p><p>　　4.2 生成網(wǎng)表文件:</p><p>　　在電氣規(guī)則檢查后，我生成了網(wǎng)表文件，為裝入PCB文件做準(zhǔn)備。</p><p>　　4.3 在PCB文件中裝入網(wǎng)表文件：

25、</p><p>　　在裝入網(wǎng)表文件的過(guò)程中，我遇到了不少問(wèn)題，第一次檢查有150多個(gè)錯(cuò)誤，有找不到元件，找不到節(jié)點(diǎn)等等，在查閱資料后，我發(fā)現(xiàn)是我沒(méi)有進(jìn)行正確的元件封裝。所以我又返回原理圖中，進(jìn)行正確的封裝，封裝完之后發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤基本都解決了，只有個(gè)別錯(cuò)誤了，是二極管的元件庫(kù)中的管腳號(hào)與封裝中的管腳號(hào)不匹配，所以我將二極管的管腳號(hào)從A，K改為了1,2，解決了問(wèn)題，順利通過(guò)了檢查。</p><p&g

26、t;　　4.4 畫(huà)禁止布線區(qū)，排版，自動(dòng)布線：</p><p>　　由于我對(duì)PCB的繪制不熟悉，所以我采用了自動(dòng)布線，我先在KEEPOUT層繪制了邊框，然后設(shè)置原點(diǎn)裝入了網(wǎng)表文件，之后我進(jìn)行了元件的排版，排版結(jié)束后進(jìn)行自動(dòng)布線，完成了PCB圖的繪制。</p><p>　　4.5 PCB圖如下（打印預(yù)覽）：</p><p>　　右下角為搶答開(kāi)關(guān)S0-S7，左下腳的

27、S為主持人開(kāi)關(guān)，左上的DS1數(shù)碼管用來(lái)顯示搶答者，右上的DS2和DS3是顯示30秒搶答倒計(jì)時(shí)用的。</p><p><b>　　5 總結(jié)：</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)的電路是比較復(fù)雜的。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通多次對(duì)電路的改進(jìn)，上

28、機(jī)仿真以及接線調(diào)試，終于使整個(gè)電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計(jì)過(guò)程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過(guò)程很可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長(zhǎng)時(shí)間設(shè)計(jì)出來(lái)的電路還是需要重做，那時(shí)心中未免有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。</p><p><

29、;b>　　參考文獻(xiàn):</b></p><p>　　[1] 潘永雄 沙河．《電子線路CAD實(shí)用教程》．西安．西安電子科技大學(xué)出版社．2007．7（2011.11重?。?lt;/p><p>　　[2] 張秀娟 陳新華．《EDA設(shè)計(jì)與仿真實(shí)踐》．北京．機(jī)械工業(yè)出版社．2002.8(2010.9重印)．</p><p>　　[3] 余孟嘗．《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)