数电课程设计

1)设计一个可供4名选手竞赛的抢答器。

2)设计一个小功率（12dc）降压稳压器。

1.2.1四人抢答器。

1) 四个选手进行抢答，若有选手按下抢答按钮时，数码管能显示第一个抢答选手的编号。

2）抢答器应具有互锁功能，即某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。

3）抢答器应限制抢答时间为9秒，抢答时间结束并无人抢答时有led灯提示时间结束。

4）抢答器应有一个复位开关供主持人使用。

1.2.1小功率（12dc）降压稳压器。

1）当输入电压大于12dc时，降压稳压器的输出电压稳定在12dc输出。

2）当输入电压小于12dc时，降压稳压器的输出电压等于输入电压。

整个电路原理图如上图所示，主要分为计时模块和抢答模块。抢答器电路由d触发电路，编码器电路，译码器电路，数码管显示电路组成，译码电路用来译出编码，数码管用来显示第一个按下按钮的选手编号；封锁电路由五个与非门组成，作用是只让先按下的按钮输出的信号有效，而后按下的无效。主持人按钮可将电路复位，输出清零和解除编码电路封锁。

一个555定时电路计数计时，另一个555定时电路输出脉冲。

2.2 小功率（12dc）降压稳压器的基本工作原理。

当输入端dc1输入的电压小于12dc时，电流流经稳压器317，电压比较器2端电压为5v，因为输入电压小于12dc，所以3端电压小于5v，比较结果1端为低电平，三极管不导通。即继电器的开关不动，则直接输出原电压；当输入端dc2输入的电压大于12dc时，电压比较器端口3电压大于5v，所以输出1为高，pn结导通，则继电器有电流通过，线圈得电，触点被吸合，稳压器导通，使电压稳定在12dc输出。

结构框图。抢答电路是抢答器设计的关键，它要完成以下功能：

1）当参赛选手按动抢答键时，灯泡发光，并显示相应的组号，抢答电路封锁和定时电路开始工作。

2）当设定的答题时间到，即灯泡第一次熄灭表示时间到，答题人不准再答题。

1）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（）复位输入（）、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元件图：

1)555定时器产生时间脉冲，选手按动抢答键时，即出现正脉冲，定时时间9s，当第一次出现低电平时，表示答题时间到，然后主持人即可按复位。

图3.2它基本原理是，由于电容c的两端的电压不能突变，定时器的2端电压低触发端为低电平，输出端3为高电平。电源经过r1、r2给电容c充电，当电容的电压充到电源电压的2/3时，555内部的mos管导通，输出为低电平。

接着电容通过r2和已经导通的mos管放电，当电容的两端电压下降到低于1/3的电源电压时，mos管截止电容放电停止，此时电源通过r1、r2再次向电容充电，如此反复，形成**，从而在3端得到时钟脉冲源输出。

555定时器引脚图。

555定时器功能表。

2)74ls160

74ls160同步可预置十进计数器在此电路中，提供倒数计时功能，当无人抢答直至抢答时间结束，会输出信号使得红灯亮绿灯灭。是由四个d型触发器和若干个门电路构成，内部有超前，进位，具有计数、置数、禁止、直接（异步）清零等功能。对所有触发器同时加上时钟，使得当计数使能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调一致而实现同步工作。

这种工作方式消除了非同步（脉冲时钟）计数器中常有的输出计数尖峰。缓冲时钟输入将在。

时钟输入上升沿触发四个触发器。

3）74ls20是双4输入与非门集成电路。

74ls20引脚图。

74ls20真值表。

4）74ls00是2输入四与非门集成电路。

74ls00引脚图。

74ls00真值表。

d触发器。当未按下主持人按钮时d触发器时钟信号端clk为高电平，主持人按钮将d触发器时钟信号端clk和555定时器相连，当按下按钮接地后时，d触发器的clk与555定时器相连，不再接收时钟脉冲，触发器不工作因而可以做出来到“00”停止计时的效果。

1）编码器采样74ls148作为编码芯片，将输入的信号进行编码，然后输出2二进制码，输出接到74279上，a0 ，a1 ，a2 均分别接到74279的s上，当输出均为高时表示无选手按下，ｓ为无效电平，rs触发器输出为低，即无编码输出。

74ls148引脚图。

74ls148真值表。

2）74ls48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器。74ls48具有实现7段显示译码器基本功能的输入（dcba）和输出（ya～yg）端，还引入了灯测试输入端（lt）和动态灭零输入端（rbi），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（bi/rbo）端。

74ls48引脚图。

74ls48真值表。

3）共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(com)的数码管，共阴数码管在应用时应将公共极com接到地线gnd上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮，当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。

数码管。4小功率（12dc）降压稳压器电路电路设计。

4.1比较电路。

利用393进行电压比较。当电压小于12v，输出为高电平；大于12v，输出为低电平。

1）lm393 是双电压比较器集成电路。输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上，不受 vcc端电压值的限制。此输出能作为一个简单的对地sps开路(当不用负载电阻没被运用)，输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β值所限制。

当达到极限电流(16ma)时，输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升。输出饱和电压被输出晶体管大约60ohm 的γsat限制。当负载电流很小时，输出晶体管的低失调电压(约1.

0mv)允许输出箝位在零电平。

图 lm393内部结构图。

4.2稳压电路。

利用lm317将大于12v的电压输出12v及以下恒定直流电压。

lm317是应用最为广泛的电源集成电路之一，它不仅具有固定式三端稳压电路的最简单形式，又具备输出电压可调的特点。此外，还具有调压范围宽、稳压性能好、噪声低、纹波抑制比高等优点。lm317是可调节3端正电压稳压器，在输出电压范围1.

2伏到37伏时能够提供超过1.5安的电流，此稳压器非常易于使用。

lm317外部引脚。

4.3继电器电路。

若输入电压大于12v，电流经继电器返回到lm317降压稳压；若小于12v，则直接输出。

继电器是一种电控制器件，是当输入量（激励量）的变化达到规定要求时，在电气输出电路中使被控量发生预定的阶跃变化的一种电器。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。

故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。

5.1.1抢答器电路。

multisim**图。

5.1.2小功率（12dc）降压稳压器电路。

降压稳压器电路。

5.2.1抢答器元件。

5.2.2小功率（12dc）降压稳压器元件。

5.3.1抢答器。

5.3.2小功率（12dc）降压稳压器。

尽管这次的课程设计对于我们小组成员都是极大的挑战，但最后我们还是基本实现了老师对课设的要求。临近考试，并且所拥有的时间比物联网专业的更少，使我们都不免浮躁，急切，担忧，生怕哪一步没注意就要全盘重新再来。从星期一到星期三，我们都小心谨慎地按部就班忙着边看电路图边插面包板的线还有焊接降压稳压器。

中间我们曾经历过面包板上的线全都排好但无论如何测试都有各种各样问题，不得已我们只有全拆了再重新按新的更简单一点的电路图来实现我们的抢答器这样的糟糕情况。甚至当我们开始做降压稳压器也出现了一次意外，泡电路板时，出去吃了趟饭，回来时电路板上连线的铜都泡过了产生大的许多裂纹，有些地方甚至看不清了，白忙了一上午。

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