課程設(shè)計--八路數(shù)字搶答器設(shè)計

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

2、p>　　班 級： 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 </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競賽場合。本設(shè)計以八路智力競賽搶答器為基本概念，從實際應(yīng)用出

3、發(fā),利用電子設(shè)計自動化( EDA)技術(shù),用數(shù)字、模擬電子器件設(shè)計具有擴充功能的搶答器。該搶答器具有數(shù)字顯示、倒計時顯示、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 實驗目的：4</p><p>　　1.2 設(shè)計要求：5</p><p>　　1.2.1 運用數(shù)字電路設(shè)計一個能夠滿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行仿真，并畫出正確的波形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)計功能：5</p><p>　　2 電路原理圖設(shè)計和分析：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 倒計時模塊（包括數(shù)碼管顯示和計時燈）：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 仿真過程分析:10</p><p&g

7、t;　　3.1 搶答電路10</p><p>　　3.2 倒計時電路11</p><p>　　4 PCB設(shè)計分析：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 畫禁止布線區(qū)，排版，自動布線：12</p><p>　　4.5 PCB圖如下（打印預覽）：12</p><p><b>　　5 總結(jié)：12</b></p><p><b>　　參考文獻:13</b></p><p><b>　　1 緒論：　

9、</b></p><p>　　1.1 實驗目的：</p><p>　　通過八路數(shù)字搶答器的設(shè)計實驗，要求學生回顧所學數(shù)字電子技術(shù)的基礎(chǔ)理論和基礎(chǔ)實驗，掌握組合電路、時序電路、編程器件和任意集成電路的綜合使用及設(shè)計方法，熟悉掌握優(yōu)先編碼器、觸發(fā)器、計數(shù)器、單脈沖觸發(fā)器、555 電路、譯碼/驅(qū)動電路的應(yīng)用方法，熟悉掌握時序電路的設(shè)計方法。達到數(shù)字實驗課程大綱所要求掌握的基本內(nèi)容。

10、</p><p>　　1.2 設(shè)計要求：</p><p>　　1.2.1 運用數(shù)字電路設(shè)計一個能夠滿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行仿真，并畫出正確的波形</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)計功能：</p><p>　　設(shè)計制作一個可容納8組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)置一個搶答按鈕供搶答者使用。</p><p>　　電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人系統(tǒng)發(fā)出搶答指令后，若參賽者按搶答開關(guān)，則搶答指示燈(發(fā)光二極管)亮同時顯示電路顯示出搶答者的組別。此時，電路應(yīng)具備自鎖存功能，使別組的搶答開關(guān)不起作用。</p><p>　　1.3.3

12、在主持人沒有按下開始搶答按鈕前，參賽者的搶答開關(guān)無效；當主持人按下開始搶答按鈕后，開始進行30秒倒計時。此時，若有組別搶答，顯示該組別并使搶答指示燈亮來表示“已有人搶答”；當計時時間到，仍無組別搶答，則計時指示燈滅表示“時間已到”，主持人清零后開始新一輪搶答。</p><p>　　2 電路原理圖設(shè)計和分析：</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確判斷出第一位搶答者，并且通過數(shù)碼管顯示讓人們得知誰是搶答成功者。搶答有30秒時間限制，讓搶答者在規(guī)定時間內(nèi)搶答，所以設(shè)計的搶答器需要搶答鑒別及鎖存模塊、計時模塊、指示模塊（燈）、數(shù)碼管顯示模塊。設(shè)計框圖如下：</p><p><b>　　主持人</b></p><p>　　2.2電路設(shè)計和分析：</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、RS觸發(fā)器74LS279一個、3輸入或非門CD4025一個、二輸入與門CD4081一個、顯示譯碼器74LS47一個、七段數(shù)碼管一個、開關(guān)九個、10KΩ電阻九個、發(fā)光二極管一個。</p><p><b>　　具體電路如下：</b></

15、p><p><b>　　分析：</b></p><p>　　當主持人控制開關(guān)（S）處于清零（接地）位置時，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)，此時鎖存電路不工作。當主持人將開關(guān)（S）撥到開始位置時，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(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，當有選手將鍵按下時（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。當按下的鍵松開后，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仍不會被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。當優(yōu)先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復位，以便進行下一輪搶答</p><p>　　搶答燈是利用74LS47的輸入端，當1-7組有人搶答時，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0組搶答時CD4081輸出低電平，發(fā)光二極管亮。</p><p>　　2.2.2 倒計時模塊（包括數(shù)碼管顯示和計時燈）：</p><p>　　使用元件：555一個、非門74LS04一個、三輸入與門74LS11一個、十進制可逆計數(shù)器74LS192兩個、顯示譯碼器74LS47兩個、四輸入或門CD4072一個、二輸入或門CD4071一個、七段數(shù)碼管兩個、發(fā)光二極管一個、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，分為兩個部分，一是由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路，根據(jù)公式振蕩周期為T=0.7（R1+2R2）C，可計算出該振蕩器的振蕩周期為1秒。另一部分是可

20、預置時間的減計數(shù)器，對于預置端可以采用十進制8421BCD碼設(shè)置，當555振蕩器發(fā)出一個脈沖時，74LS192的CP端就接受一個信號，在cp脈沖的上升沿預置數(shù)就開始自減，當各位減少到0時，BO2就會輸出一個負脈沖，cp2就會開始減少1，然后74LS192二開始再自減1，直到預置數(shù)最后變成00，最后在BO2輸出一個周期的負脈沖。在時間未到時，BO2一直到是輸出正脈沖，除非最后變成00時，才會輸出負脈沖，這就可以作為定時到的信號，如果是時間

21、到了，輸出是零，時間不到，輸出是1。另外，假如有選手按鍵的話，則最后不會計數(shù)器不會因為自減為00而最后輸出負脈沖，而是應(yīng)為秒脈沖輸出與1Q的非相與后當作脈沖輸入74LS192的。當沒有選手按鍵時，1Q的非為0，所以cp脈沖就會停止輸入，時間就會停止，所顯示的時間就是該選手搶答的時間，但此時的定時到信號還是1，這樣就完成了倒計時。74LS192的9，10，1，15引腳完成時間設(shè)定功能，本設(shè)計要求定時30</p><p&

22、gt;　　主持人開關(guān)S不接地時，開始倒計時，倒計時燈在計時時亮，計時結(jié)束時滅。計時燈是接在了74LS47的輸入端，當兩個數(shù)碼管都顯示0時，兩個74LS74的八個輸入端都為0，此時CD4071的輸出端才為低電平，計時燈熄滅。</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，同時發(fā)光二極管指示燈發(fā)光，如下圖：</p><p>　　3.2 倒計時電路</p><p>　　4 PCB設(shè)計分析：</p>

24、<p>　　4.1 電氣規(guī)則檢查：</p><p>　　在PROTEL中繪制完原理圖后，我進行了電氣規(guī)則檢查，發(fā)現(xiàn)了一些連線問題，并及時改正。</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)表文件的過程中，我遇到了不少問題，第一次檢查有150多個錯誤，有找不到元件，找不到節(jié)點等等，在查閱資料后，我發(fā)現(xiàn)是我沒有進行正確的元件封裝。所以我又返回原理圖中，進行正確的封裝，封裝完之后發(fā)現(xiàn)錯誤基本都解決了，只有個別錯誤了，是二極管的元件庫中的管腳號與封裝中的管腳號不匹配，所以我將二極管的管腳號從A，K改為了1,2，解決了問題，順利通過了檢查。</p><p&g

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

27、S為主持人開關(guān)，左上的DS1數(shù)碼管用來顯示搶答者，右上的DS2和DS3是顯示30秒搶答倒計時用的。</p><p><b>　　5 總結(jié)：</b></p><p>　　這次課程設(shè)計的電路是比較復雜的。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設(shè)計上，在多種方案的選擇中，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通多次對電路的改進，上

28、機仿真以及接線調(diào)試，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復實踐，其過程很可能相當煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p><

29、;b>　　參考文獻:</b></p><p>　　[1] 潘永雄 沙河．《電子線路CAD實用教程》．西安．西安電子科技大學出版社．2007．7（2011.11重?。?lt;/p><p>　　[2] 張秀娟 陳新華．《EDA設(shè)計與仿真實踐》．北京．機械工業(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)