长 沙 学 院
数电课程设计说明书
题系
(
部
目 )
数字电子技术课程设计 电子与通信工程系 光电信息工程
*** ***** *** 2012．6.11
专业(班级) 姓学指起
名 号
导止
教日
师 期
2010级光电信息工程专业课程设计任务书（课题一）
系（部）： 电子与通信工程系 专业： 光电信息工程
长沙学院课程设计鉴定表
摘 要 ................................................... 6 1. 八路集成电路智力竞赛抢答器电路的设计方案 ............... 6
1.1 1.2 1.3
设计任务与要求 ........................................................................................................... 6 设计思路与原理 ........................................................................................................... 6 单元电路设计与参数计算 ........................................................................................... 7 1.3.1 1.3.2 1.4
多谐振荡电路 ........................................................................... 7 控制电路 ................................................................................... 8
Multisim仿真元器件的选用 ....................................................................................... 8
2. 八路集成电路智力竞赛抢答器电路的设计与调试 ............. 9
2.1 2.2 2.3
控制单元电路 ............................................................................................................... 9 脉冲产生、分频单元电路 ........................................................................................... 9 电路Multisim整体仿真结果与调试 ....................................................................... 10 2.3.1 2.3.2
电路仿真结果 ......................................................................... 10 仿真脉冲信号 ......................................................................... 10
3. Protel原理图的绘制 ................................... 11
3.1 3.2
Protel原理图 ............................................................................................................ 11 PCB图 .......................................................................................................................... 11
4. 芯片介绍 ............................................. 12
4.1 4.2
74ls175 ....................................................................................................................... 12 74LS74 ......................................................................................................................... 14
5. 总结与体会 ........................................... 15 6. 参考文献 ............................................. 15
八路集成电路智力竞赛抢答器的设计
摘 要：抢答器在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观地判断
出抢答者的机器。通过抢答者的指示灯显示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答者。现在以八路集成电路智力竞赛抢答器为例，讲述一下抢答器的功能。该装置由控制电路、锁存器、矩形波震荡和分频电路组成。通过震荡电路产生时钟脉冲和控制电路实现电路的控制。
1. 八路集成电路智力竞赛抢答器电路的设计方案
1.1 设计任务与要求
1、 熟悉BP4511、74LS273芯片各引脚的功能，并逐个说明给出它们的主要技术参数，
并简要说明其在电路中的基本作用；
2、 根据测试数据，简要说明电路的工作原理及本电路能达到的实用功能； 3、 采用应用设计软件完成电路设计，要求仿真通过；并简要说明工作原理；
1.2 设计思路与原理
如图1所示为总体方框图。其工作原理为：通电源后，抢答器处于工作状态，灯灭，主持人宣布“开始”，选手开始抢答，抢答器完成：优先判断、编号锁存。当一轮抢答之后，禁止二次抢答。如果再次抢答必须由主持人操作“复位”开关。
图 1 电路原理框图
1.3 单元电路设计与参数计算
1.3.1多谐振荡电路 1、电路结构
多谐振荡器由门电路和阻容元件构成，它没有稳定状态，只有两个暂稳态，通过电
容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。如要求输出振荡频率很稳定的矩形脉冲时，则可采用石英晶体振荡器。由于矩形脉冲含有丰富的谐波分量，因此，常将矩形脉冲产生电路称作多谐振荡电路。
图 2
图 3
2、工作原理
设uO1为低电平0、uO２为高电平1时，称为第一暂稳态；uO1为高电平1、uO２为低电平0时，称为第二暂稳态。
设接通电源后，由于某种原因使uI1产生了很小的正跃变，经G1放大后，输出uO1产生负跃变，经C1耦合使uI２随之下降，G２输出uO２产生较大的正跃变，通过C２耦合，使uI1进一步增大，于是电路产生正反馈过程。
正反馈使电路迅速翻到G1开通、G２关闭的状态。输出uO1负跃到低电平UOL，uO２（uO）正跃到高电平UOH，电路进入第一暂稳态。
G2输出uO２的高电平经C2、RF1、G1的输出电阻对电容C2进行反向充电，使uI1下降。同时，uO2的高电平又经RF2、C1、C1的输出电阻对C1充电，uI2随之上升，当uI2上升到G2的阈值电平UTH时，电路又产生另一个正反馈过程。
正反馈的结果使G2开通，输出uO由高电平UOH跃到低电平UOL，通过电容C2的耦合，使uI1迅速下降到小于G1的阈值电压UTH，使G1关闭，它的输出由低电平UOL跃到了高电平UOH，电路进入第二暂稳态。
接着，G1输出的高电平uO1经C1、RF2和G2的输出电阻对C1进行反向充电，uI2随之下降，同时，G1输出uO1的高电平经RF1、C2和G2的输出电阻对C2进行充电，uI1随之升高。当uI1上升到G1的UTH时，G1开通、G2关闭，电路又返回到第一暂稳态。 3、振荡频率的估算
如多谐振荡器采用CT74H系列与非门组成，当取RF1＝RF2＝RF、C1＝C2＝C、UTH＝1.4V、UOH＝3.6V、UOL＝0.3V时，则振荡周期Ｔ可用下式估算：T＝2tW≈1.4RFC
当取RF＝1KΩ、C＝100 pF～100 μF时，则该电路的振荡频率可在几赫到几兆赫的范围内变化。这时tＷ１＝tＷ２＝tＷ≈0.7RＦC。输出矩形脉冲的宽度与间隔时间相等。
1.3.2控制电路
下图所示为4路触发锁存电路。图中，74LS175为4D触发器，74LS20D为双-4输入与非门，74LS00D为六-反相器。开关阵列电路连接在锁存器 1D~4D输入端，当所有开关均未按下时，锁存器输出全为低电平，1Q~4Q的输出经4输入与非门和非门后的反馈信号为高电平，作用于触发器使能端，使锁存器处于等待接受触发输入的状态；当任一开关按下时，输出信号 ~1Q ~ ~4Q 中相应一路为低电平，则反馈信号变为低电平，作用于锁存器使能端，使锁存器被封锁，不再继续接受触发输入，输出保持在封锁前的状态。
图 4
1.4 Multisim仿真元器件的选用
表 1
2. 八路集成电路智力竞赛抢答器电路的设计与调试
2.1 控制单元电路
图 5
2.2 脉冲产生、分频单元电路
图 6
2.3 电路Multisim整体仿真结果与调试
2.3.1
电路仿真结果
图 7
2.3.2 仿真脉冲信号
图 8
3. Protel原理图的绘制
3.1 Protel原理图
图 9
3.2 PCB图
图 10
4. 芯片介绍
4.1 74ls175
74ls175是常用的六D触发器集成电路，里面含有6组d触发器，可以用来 构成寄存器,抢答器等功能部件，下面给大家介绍一下74ls175的相关资料。
74ls175
引脚图
图 11
74ls175管脚功能和内部结构图
图 12
功能真值表
表 2
4.2 74LS74
74LS74内含两个独立的D上升沿双d触发器，每个触发器有数据输入（D）、置位输入（~SD）复位输入（~RD）、时钟输入（CP）和数据输出（Q、~Q）。、的低电平使输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。当、均无效（高电平式）时，符合建立时间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输出端。
74ls74功能表:
表 3
图 13
5. 总结与体会
经过一个星期的课程设计，从中学到了很多，也遇到了很多问题。不过，所幸的是遇到不懂的问题可以在书上找和到网络上搜索答案。再不然，还可以请教同学。
开始的时候，只是在理论上对D触发器有一定的了解，基本上不知道它有什么类型、型号的芯片，也不知道它在实际中有什么作用，能干什么。课程设计中，通过不断的翻阅书籍，到网上查找资料，慢慢开始对D触发器有了更深入的了解。以前只知道D触发器的逻辑表达式，知道它可以结合逻辑门构成JK触发器、T触发器、T’触发器等。D触发器芯片分为共脉冲源和独立脉冲源。D触发器可以用做数字信号的寄存、移位寄存和波形发生器等，还可以实现分频。
除了对D触发器有了更多的了解，通过将门电路与D触发器配合使用，使自己对门电路的作用也更加深入的了解。同时，学会了更加熟练的使用门电路。
总而言之，通过这次的课程设计，不但提高了实践动手能力，还学会了将理论知识运用到实际当中。并且，通过实践，更好的深入理解理论知识。
6. 参考文献
(一)康华光．电子技术基础模拟部分(第五版) 高等教育出版社, 2006.1
(二)杨拴科．模拟电子技术基础（第2版） 高等教育出版社 2010.11
(三)陈松、 金鸿. 电子设计自动化技术：Multisim 2001 & protel 99se 东南大学出版
社 2003
(四)曹丙霞、赵艳华．Protel99se电路原理图与PCB设计及仿真．电子科技大学出版社，2007.5
长 沙 学 院
数电课程设计说明书
题系
(
部
目 )
数字电子技术课程设计 电子与通信工程系 光电信息工程
*** ***** *** 2012．6.11
专业(班级) 姓学指起
名 号
导止
教日
师 期
2010级光电信息工程专业课程设计任务书（课题一）
系（部）： 电子与通信工程系 专业： 光电信息工程
长沙学院课程设计鉴定表
摘 要 ................................................... 6 1. 八路集成电路智力竞赛抢答器电路的设计方案 ............... 6
1.1 1.2 1.3
设计任务与要求 ........................................................................................................... 6 设计思路与原理 ........................................................................................................... 6 单元电路设计与参数计算 ........................................................................................... 7 1.3.1 1.3.2 1.4
多谐振荡电路 ........................................................................... 7 控制电路 ................................................................................... 8
Multisim仿真元器件的选用 ....................................................................................... 8
2. 八路集成电路智力竞赛抢答器电路的设计与调试 ............. 9
2.1 2.2 2.3
控制单元电路 ............................................................................................................... 9 脉冲产生、分频单元电路 ........................................................................................... 9 电路Multisim整体仿真结果与调试 ....................................................................... 10 2.3.1 2.3.2
电路仿真结果 ......................................................................... 10 仿真脉冲信号 ......................................................................... 10
3. Protel原理图的绘制 ................................... 11
3.1 3.2
Protel原理图 ............................................................................................................ 11 PCB图 .......................................................................................................................... 11
4. 芯片介绍 ............................................. 12
4.1 4.2
74ls175 ....................................................................................................................... 12 74LS74 ......................................................................................................................... 14
5. 总结与体会 ........................................... 15 6. 参考文献 ............................................. 15
八路集成电路智力竞赛抢答器的设计
摘 要：抢答器在竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，能准确、公正、直观地判断
出抢答者的机器。通过抢答者的指示灯显示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答者。现在以八路集成电路智力竞赛抢答器为例，讲述一下抢答器的功能。该装置由控制电路、锁存器、矩形波震荡和分频电路组成。通过震荡电路产生时钟脉冲和控制电路实现电路的控制。
1. 八路集成电路智力竞赛抢答器电路的设计方案
1.1 设计任务与要求
1、 熟悉BP4511、74LS273芯片各引脚的功能，并逐个说明给出它们的主要技术参数，
并简要说明其在电路中的基本作用；
2、 根据测试数据，简要说明电路的工作原理及本电路能达到的实用功能； 3、 采用应用设计软件完成电路设计，要求仿真通过；并简要说明工作原理；
1.2 设计思路与原理
如图1所示为总体方框图。其工作原理为：通电源后，抢答器处于工作状态，灯灭，主持人宣布“开始”，选手开始抢答，抢答器完成：优先判断、编号锁存。当一轮抢答之后，禁止二次抢答。如果再次抢答必须由主持人操作“复位”开关。
图 1 电路原理框图
1.3 单元电路设计与参数计算
1.3.1多谐振荡电路 1、电路结构
多谐振荡器由门电路和阻容元件构成，它没有稳定状态，只有两个暂稳态，通过电
容的充电和放电，使两个暂稳态相互交替，从而产生自激振荡，输出周期性的矩形脉冲信号。如要求输出振荡频率很稳定的矩形脉冲时，则可采用石英晶体振荡器。由于矩形脉冲含有丰富的谐波分量，因此，常将矩形脉冲产生电路称作多谐振荡电路。
图 2
图 3
2、工作原理
设uO1为低电平0、uO２为高电平1时，称为第一暂稳态；uO1为高电平1、uO２为低电平0时，称为第二暂稳态。
设接通电源后，由于某种原因使uI1产生了很小的正跃变，经G1放大后，输出uO1产生负跃变，经C1耦合使uI２随之下降，G２输出uO２产生较大的正跃变，通过C２耦合，使uI1进一步增大，于是电路产生正反馈过程。
正反馈使电路迅速翻到G1开通、G２关闭的状态。输出uO1负跃到低电平UOL，uO２（uO）正跃到高电平UOH，电路进入第一暂稳态。
G2输出uO２的高电平经C2、RF1、G1的输出电阻对电容C2进行反向充电，使uI1下降。同时，uO2的高电平又经RF2、C1、C1的输出电阻对C1充电，uI2随之上升，当uI2上升到G2的阈值电平UTH时，电路又产生另一个正反馈过程。
正反馈的结果使G2开通，输出uO由高电平UOH跃到低电平UOL，通过电容C2的耦合，使uI1迅速下降到小于G1的阈值电压UTH，使G1关闭，它的输出由低电平UOL跃到了高电平UOH，电路进入第二暂稳态。
接着，G1输出的高电平uO1经C1、RF2和G2的输出电阻对C1进行反向充电，uI2随之下降，同时，G1输出uO1的高电平经RF1、C2和G2的输出电阻对C2进行充电，uI1随之升高。当uI1上升到G1的UTH时，G1开通、G2关闭，电路又返回到第一暂稳态。 3、振荡频率的估算
如多谐振荡器采用CT74H系列与非门组成，当取RF1＝RF2＝RF、C1＝C2＝C、UTH＝1.4V、UOH＝3.6V、UOL＝0.3V时，则振荡周期Ｔ可用下式估算：T＝2tW≈1.4RFC
当取RF＝1KΩ、C＝100 pF～100 μF时，则该电路的振荡频率可在几赫到几兆赫的范围内变化。这时tＷ１＝tＷ２＝tＷ≈0.7RＦC。输出矩形脉冲的宽度与间隔时间相等。
1.3.2控制电路
下图所示为4路触发锁存电路。图中，74LS175为4D触发器，74LS20D为双-4输入与非门，74LS00D为六-反相器。开关阵列电路连接在锁存器 1D~4D输入端，当所有开关均未按下时，锁存器输出全为低电平，1Q~4Q的输出经4输入与非门和非门后的反馈信号为高电平，作用于触发器使能端，使锁存器处于等待接受触发输入的状态；当任一开关按下时，输出信号 ~1Q ~ ~4Q 中相应一路为低电平，则反馈信号变为低电平，作用于锁存器使能端，使锁存器被封锁，不再继续接受触发输入，输出保持在封锁前的状态。
图 4
1.4 Multisim仿真元器件的选用
表 1
2. 八路集成电路智力竞赛抢答器电路的设计与调试
2.1 控制单元电路
图 5
2.2 脉冲产生、分频单元电路
图 6
2.3 电路Multisim整体仿真结果与调试
2.3.1
电路仿真结果
图 7
2.3.2 仿真脉冲信号
图 8
3. Protel原理图的绘制
3.1 Protel原理图
图 9
3.2 PCB图
图 10
4. 芯片介绍
4.1 74ls175
74ls175是常用的六D触发器集成电路，里面含有6组d触发器，可以用来 构成寄存器,抢答器等功能部件，下面给大家介绍一下74ls175的相关资料。
74ls175
引脚图
图 11
74ls175管脚功能和内部结构图
图 12
功能真值表
表 2
4.2 74LS74
74LS74内含两个独立的D上升沿双d触发器，每个触发器有数据输入（D）、置位输入（~SD）复位输入（~RD）、时钟输入（CP）和数据输出（Q、~Q）。、的低电平使输出预置或清除，而与其它输入端的电平无关。当、均无效（高电平式）时，符合建立时间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输出端。
74ls74功能表:
表 3
图 13
5. 总结与体会
经过一个星期的课程设计，从中学到了很多，也遇到了很多问题。不过，所幸的是遇到不懂的问题可以在书上找和到网络上搜索答案。再不然，还可以请教同学。
开始的时候，只是在理论上对D触发器有一定的了解，基本上不知道它有什么类型、型号的芯片，也不知道它在实际中有什么作用，能干什么。课程设计中，通过不断的翻阅书籍，到网上查找资料，慢慢开始对D触发器有了更深入的了解。以前只知道D触发器的逻辑表达式，知道它可以结合逻辑门构成JK触发器、T触发器、T’触发器等。D触发器芯片分为共脉冲源和独立脉冲源。D触发器可以用做数字信号的寄存、移位寄存和波形发生器等，还可以实现分频。
除了对D触发器有了更多的了解，通过将门电路与D触发器配合使用，使自己对门电路的作用也更加深入的了解。同时，学会了更加熟练的使用门电路。
总而言之，通过这次的课程设计，不但提高了实践动手能力，还学会了将理论知识运用到实际当中。并且，通过实践，更好的深入理解理论知识。
6. 参考文献
(一)康华光．电子技术基础模拟部分(第五版) 高等教育出版社, 2006.1
(二)杨拴科．模拟电子技术基础（第2版） 高等教育出版社 2010.11
(三)陈松、 金鸿. 电子设计自动化技术：Multisim 2001 & protel 99se 东南大学出版
社 2003
(四)曹丙霞、赵艳华．Protel99se电路原理图与PCB设计及仿真．电子科技大学出版社，2007.5