2014-2015
电子电路设计课程说明书
学院 实验学院
专业 电子信息工程
题目 四路抢答器
姓名
日期 2015年 7 月 22 日
指导教师 崔金岭
摘要
抢答器很广泛的用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性， 在一定程上丰富了人们的业余生活。本文介绍一种数字式抢答器，能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，4个参赛台，分别为A号、B号、C号、D号参赛台.抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。数字抢答器由抢答电路,定时电路,计分电路组成。优先编码电路,锁存器,译码电路将参赛选手的输入信号在显示器上输，通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能。以上几部分组成主体电路，从而构成数字抢答器。
带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量，但将其他范围内的频率分量衰减到极低水平的滤波器。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。
关键词:四路抢答器 自锁 互锁 时序电路 带通滤波器
Abstract
Responder is widely used for television stations, businesses and schools, add the stimulation, entertainment for the competition, in the certain degree enrich the people's leisure life. In this paper, a digital vies to answer first. The four teams also participate in the contest, in court with a referee and Taiwan, four participating units, respectively, a number, B, C, D, participate Taiwan. Answer has the advantages of convenient operation, in a lot of places can be used, and to the visual effect is very good. By digital responder Responder circuit, timing circuit, counting circuit. Priority encoder circuit, latch and decoding circuit will be participants of the input signal on the display, through the timing circuit and decoding circuit will be second pulse signal in the display output to achieve timing function. Above the main circuit composed of several parts, which constitute the digital answering device.
The bandpass filter is a filter that can attenuate the frequency components of the other range to a very low level by means of a frequency component within a certain frequency range. These filters can be generated by a combination of low pass filter and high pass filter.
Keywords:four responder self-locking interlock bandpass filter
目录
1. 绪论 ....................................................... 1
1.1目的和意义 .............................................. 2
1.1.1 目的 ....................................................... 2 1.1.2 意义 ....................................................... 2
2. 任务和要求 .................................................. 3
2.1 四路抢答器设计 ............................................... 3 2.2 有源二阶滤波器设计 ........................................... 3
3 电路设计与分析 .............................................. 4
3.1 数字电路课程设计与分析（四路抢答器） .................... 4
3.1.1 方案 ....................................................... 4 3.1.2 单元电路设计 ............................................... 43.1.3 测试结果 ................................................... 7
3.2 模拟电路设计与分析（二阶带通滤波器） ..................... 10
3.2.1二阶带通滤波器的特点 ...................................... 10
3.2.2二阶带通滤波器的工作原理 .................................. 10
3.2.3方案 ...................................................... 10
3.2.4相关参数 .................................................. 10
3.2.5电路图 .................................................... 11
3.2.6仿真图 .................................................... 11
3.2.7测试结果 .................................................. 14 3.2.8 实验数据表格.............................................................................................17
4 心得体会 .................................................. 19
参考文献 ................................................................. 20
附录一 元件清单表 ....................................................... 21 附录二 芯片管脚图...............................................................21
绪论
1、目的与意义
1.1目的：
① 根据课堂讲授内容，学生做相应的自主练习，消化课堂所讲解的内容。 ② 通过调试典型例题或习题积累调试程序的经验。
③ 通过完成辅导教材中的编程题，逐渐培养学生的编程能力，用计算机解决实际问题的能力。
1.2 意义：
① 有助于加深我们对操作系统这门课程的理解，我们在课堂上学的都是基础理论知识，对于如何用程序语言来描述所学知识还是有一定难度。通过课程设计，我们可以真正理解其内涵。
② 有利于我们逻辑思维的锻炼，程序设计能直接有效地训练学生的创新思维、培养分析问题、解决问题能力。即使是一个简单的程序，依然需要学生有条不理的构思。 ③ 有利于培养严谨认真的学习态度，在程序设计过程里，当我们输入程序代码的时候，如果不够认真或细心，那么可能就导致语法错误，从而无法得出运行结果。那么，这个我们反复调试，反复修改的过程，其实也是对我们认真严谨治学的一个锻炼。
2、任务和要求
2.1 四路数字式抢答器设计
一般最多容纳4名选手或4个代表队。主持人复位。
任务：
① 设计一个可容纳4组参赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。 ② 抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。 ③ 设置一个主持人“复位”按钮。
④ 主持人复位后，开始抢答，第一信号鉴别锁存电路得到信号后，有指示灯显示抢答组别，扬声器发出2～3秒的音响。
⑤ 设置一个记分电路，每组开始预置100分，主持人记分，答对一次加10分，答错一次减10分。
2.2 有源二阶带通滤波器
二阶有源带通滤波器的设计、仿真与性能实测。
* 基本内容：
根据基本要求完成设计。包括电路形式、元器件参数。
进行上机仿真得出幅频特性、相频特性。 给出曲线和表格的数据表达方式。写出设计说明书。
* 提高内容：前面提到的其它特性仿真。
在指定电路板上，用指定型号的运放器(LM358/TLC2262CP/LM741)，按指定的外部引线方式搭接电路供自己调试和实际测评。
电路形式，元件参数和内部接线方式不限。
*（1）题测试评价内容：
中心频率fo=10KHz，以最接近1KHz为最佳。
3db带宽不小于400Hz
带内平整度小于1db
矩形系数K=幅度降至0.707的带宽与0.1处带宽之比。
* 测试条件：
通带内电路信号不失真。
外加测试信号源内阻50欧姆。
电路输出负载10K欧姆。
单电源供电12伏。
3、电路设计与分析
3.1数字电路课程设计与分析
3.1.1 方案
抢答电路选用74ls74来完成，当clr端置0时，74ls74清零，即主持人复位按钮，四组选手对应四个开关接到74的四个输入端，四个输出端对应四个显示灯来表示抢答胜利者，显示组别电路选用门电路来实现，分别将四中不同组别的优胜信号接到数码管上，即可显示优胜组，锁存功能靠与非门74ls00和74ls20实现，计分电路选用74ls190来实现，74ls190为十进制加减计数器，通过控制U/D端的高低来调整电路的加减，并通过数码管来实现分数显示，倒计时电路同样由190来实现，并由或门74ls32和与非门来组成锁存电路。
3.1.2 单元电路设计
图 1.1 抢答、组别显示电路
图 1.2 计分器电路
图 1.3 倒计时电路
图 1.4 完整电路
3.1.3测试结果
图 1.4 1号抢答
图 1.5 自锁功能（2号抢答无效）
图 1.6 互锁功能（4号抢答后1号抢答无效）
图 1.7 置数
图1.8 加分
图1.9 减分
3.2 模拟电路设计与分析（二阶带通滤波器）
3.2.1二阶带通滤波器的特点
带通滤波器是由低通RC环节和高通RC环节组合而成的。要将高通的下限截止频率设置的小于低通的上限截止频率。调节R4、R5,可调整增益，中心频率不变，带宽改变。
3.2.2 二阶带通滤波器的工作原理
带通滤波器的作用是只允许在某一个同通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频
率和上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。
3.2.3 方案
通过参考模电书，二阶带通滤波器可由一个低通滤波器和一个高通滤波器串联组成。 通过使高通滤波器的下限截止频率小于低通滤波器的上限截止频率来实现。
3.2.4 相关参数
中心角频率为：
通带带宽为：
其中，
3.2.5 电路图
图2.1 有源二阶带通滤波器
3.2.6 仿真
图 2.2 当输入频率为10KHz
图 2.3 输入频率为100Khz
图2.4 输入频率1khz
图2.5 波特图示仪显示结果
图 2.6 交流分析结果
3.2.7测试结果
图 2.7 整体电路图
图 2.8 频率为11.60khz（中心频率）时的波形
图2.9 频率为14.46khz时的波形
图 2.10 频率为20.40khz时的波形
图 2.11 频率为8.60时的波形
图 2.12 频率为4.413khz时的波形
3.2.8 实验数据表格
表1 带通滤波器仿真/测试表
下面介绍表中数据的由来
1.中心频率
如表1中所示，其中的理论计算在3.2.4中都有公式，直接代入即可；仿真结果中的中心频率通过看波特图，找到最高点所对应的频率，即为中心频率；而在实物电路上，通过调节信号源，使示波器的幅值最大的那个频率，即为中心频率。可以看出三个结果中心频率差距不大。说明实验比较成功。
2.3db时的带宽
在仿真电路中，查看左右3db的带宽，相减，数值接近1khz；在实物电路中， 出来的幅值，再将上述两个频率相减，所得即为3db带宽。
3.带内平整度（增益平坦度）
公式为G=（gmax-gmin）/2db，即为理论计算值；仿真电路中，找出中心频率和3db对应的频率，分别查出他们所对应的输出电压幅值，然后代入上式；实际电路中，找到中心频率的幅值，和3db的幅值代入上式即可。
4.矩形系数K
参考模电教科书p223，通过公式即可计算；而仿真结果是测量结果，只需将表第二行的计算过程中的0.707换成0.1，再将两个计算结果相除，即可得出最终结果。
4、心得体会
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数字电路和模拟电路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于成功解决。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，只有这样，才能成功的做成想做的事，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，也永远不可能得到社会及他人对你的认可。
课程设计也是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了电阻的识别和测试；熟悉了74ls190的使用方法；了解了示波器，信号源的使用方法等等，我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。
参考文献
[1]童诗白、华成英.《模拟电子技术基础》第四版 高等教育出版社 2006.5
附录一 元件清单
74LS190 3片 74LS32（或门） 2片 74LS74（D触发器） 2片 74LS20（四输入与非门） 2片 74LS00（双输入与非门） 2片
附录二 芯片引脚图
74LS190引脚图
74ls00
74ls74
2014-2015
电子电路设计课程说明书
学院 实验学院
专业 电子信息工程
题目 四路抢答器
姓名
日期 2015年 7 月 22 日
指导教师 崔金岭
摘要
抢答器很广泛的用于电视台、商业机构及学校，为竞赛增添了刺激性、娱乐性， 在一定程上丰富了人们的业余生活。本文介绍一种数字式抢答器，能使四个队同时参加抢答,赛场中设有1个裁判台，4个参赛台，分别为A号、B号、C号、D号参赛台.抢答操作方便，在很多的场所都可以使用，并且给人的视觉效果非常好。数字抢答器由抢答电路,定时电路,计分电路组成。优先编码电路,锁存器,译码电路将参赛选手的输入信号在显示器上输，通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能。以上几部分组成主体电路，从而构成数字抢答器。
带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量，但将其他范围内的频率分量衰减到极低水平的滤波器。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生。
关键词:四路抢答器 自锁 互锁 时序电路 带通滤波器
Abstract
Responder is widely used for television stations, businesses and schools, add the stimulation, entertainment for the competition, in the certain degree enrich the people's leisure life. In this paper, a digital vies to answer first. The four teams also participate in the contest, in court with a referee and Taiwan, four participating units, respectively, a number, B, C, D, participate Taiwan. Answer has the advantages of convenient operation, in a lot of places can be used, and to the visual effect is very good. By digital responder Responder circuit, timing circuit, counting circuit. Priority encoder circuit, latch and decoding circuit will be participants of the input signal on the display, through the timing circuit and decoding circuit will be second pulse signal in the display output to achieve timing function. Above the main circuit composed of several parts, which constitute the digital answering device.
The bandpass filter is a filter that can attenuate the frequency components of the other range to a very low level by means of a frequency component within a certain frequency range. These filters can be generated by a combination of low pass filter and high pass filter.
Keywords:four responder self-locking interlock bandpass filter
目录
1. 绪论 ....................................................... 1
1.1目的和意义 .............................................. 2
1.1.1 目的 ....................................................... 2 1.1.2 意义 ....................................................... 2
2. 任务和要求 .................................................. 3
2.1 四路抢答器设计 ............................................... 3 2.2 有源二阶滤波器设计 ........................................... 3
3 电路设计与分析 .............................................. 4
3.1 数字电路课程设计与分析（四路抢答器） .................... 4
3.1.1 方案 ....................................................... 4 3.1.2 单元电路设计 ............................................... 43.1.3 测试结果 ................................................... 7
3.2 模拟电路设计与分析（二阶带通滤波器） ..................... 10
3.2.1二阶带通滤波器的特点 ...................................... 10
3.2.2二阶带通滤波器的工作原理 .................................. 10
3.2.3方案 ...................................................... 10
3.2.4相关参数 .................................................. 10
3.2.5电路图 .................................................... 11
3.2.6仿真图 .................................................... 11
3.2.7测试结果 .................................................. 14 3.2.8 实验数据表格.............................................................................................17
4 心得体会 .................................................. 19
参考文献 ................................................................. 20
附录一 元件清单表 ....................................................... 21 附录二 芯片管脚图...............................................................21
绪论
1、目的与意义
1.1目的：
① 根据课堂讲授内容，学生做相应的自主练习，消化课堂所讲解的内容。 ② 通过调试典型例题或习题积累调试程序的经验。
③ 通过完成辅导教材中的编程题，逐渐培养学生的编程能力，用计算机解决实际问题的能力。
1.2 意义：
① 有助于加深我们对操作系统这门课程的理解，我们在课堂上学的都是基础理论知识，对于如何用程序语言来描述所学知识还是有一定难度。通过课程设计，我们可以真正理解其内涵。
② 有利于我们逻辑思维的锻炼，程序设计能直接有效地训练学生的创新思维、培养分析问题、解决问题能力。即使是一个简单的程序，依然需要学生有条不理的构思。 ③ 有利于培养严谨认真的学习态度，在程序设计过程里，当我们输入程序代码的时候，如果不够认真或细心，那么可能就导致语法错误，从而无法得出运行结果。那么，这个我们反复调试，反复修改的过程，其实也是对我们认真严谨治学的一个锻炼。
2、任务和要求
2.1 四路数字式抢答器设计
一般最多容纳4名选手或4个代表队。主持人复位。
任务：
① 设计一个可容纳4组参赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。 ② 抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。 ③ 设置一个主持人“复位”按钮。
④ 主持人复位后，开始抢答，第一信号鉴别锁存电路得到信号后，有指示灯显示抢答组别，扬声器发出2～3秒的音响。
⑤ 设置一个记分电路，每组开始预置100分，主持人记分，答对一次加10分，答错一次减10分。
2.2 有源二阶带通滤波器
二阶有源带通滤波器的设计、仿真与性能实测。
* 基本内容：
根据基本要求完成设计。包括电路形式、元器件参数。
进行上机仿真得出幅频特性、相频特性。 给出曲线和表格的数据表达方式。写出设计说明书。
* 提高内容：前面提到的其它特性仿真。
在指定电路板上，用指定型号的运放器(LM358/TLC2262CP/LM741)，按指定的外部引线方式搭接电路供自己调试和实际测评。
电路形式，元件参数和内部接线方式不限。
*（1）题测试评价内容：
中心频率fo=10KHz，以最接近1KHz为最佳。
3db带宽不小于400Hz
带内平整度小于1db
矩形系数K=幅度降至0.707的带宽与0.1处带宽之比。
* 测试条件：
通带内电路信号不失真。
外加测试信号源内阻50欧姆。
电路输出负载10K欧姆。
单电源供电12伏。
3、电路设计与分析
3.1数字电路课程设计与分析
3.1.1 方案
抢答电路选用74ls74来完成，当clr端置0时，74ls74清零，即主持人复位按钮，四组选手对应四个开关接到74的四个输入端，四个输出端对应四个显示灯来表示抢答胜利者，显示组别电路选用门电路来实现，分别将四中不同组别的优胜信号接到数码管上，即可显示优胜组，锁存功能靠与非门74ls00和74ls20实现，计分电路选用74ls190来实现，74ls190为十进制加减计数器，通过控制U/D端的高低来调整电路的加减，并通过数码管来实现分数显示，倒计时电路同样由190来实现，并由或门74ls32和与非门来组成锁存电路。
3.1.2 单元电路设计
图 1.1 抢答、组别显示电路
图 1.2 计分器电路
图 1.3 倒计时电路
图 1.4 完整电路
3.1.3测试结果
图 1.4 1号抢答
图 1.5 自锁功能（2号抢答无效）
图 1.6 互锁功能（4号抢答后1号抢答无效）
图 1.7 置数
图1.8 加分
图1.9 减分
3.2 模拟电路设计与分析（二阶带通滤波器）
3.2.1二阶带通滤波器的特点
带通滤波器是由低通RC环节和高通RC环节组合而成的。要将高通的下限截止频率设置的小于低通的上限截止频率。调节R4、R5,可调整增益，中心频率不变，带宽改变。
3.2.2 二阶带通滤波器的工作原理
带通滤波器的作用是只允许在某一个同通频带范围内的信号通过，而比通频带下限频
率和上限频率高的信号均加以衰减或抑制。典型的带通滤波器可以从二阶低通滤波器中将其中一级改成高通而成。
3.2.3 方案
通过参考模电书，二阶带通滤波器可由一个低通滤波器和一个高通滤波器串联组成。 通过使高通滤波器的下限截止频率小于低通滤波器的上限截止频率来实现。
3.2.4 相关参数
中心角频率为：
通带带宽为：
其中，
3.2.5 电路图
图2.1 有源二阶带通滤波器
3.2.6 仿真
图 2.2 当输入频率为10KHz
图 2.3 输入频率为100Khz
图2.4 输入频率1khz
图2.5 波特图示仪显示结果
图 2.6 交流分析结果
3.2.7测试结果
图 2.7 整体电路图
图 2.8 频率为11.60khz（中心频率）时的波形
图2.9 频率为14.46khz时的波形
图 2.10 频率为20.40khz时的波形
图 2.11 频率为8.60时的波形
图 2.12 频率为4.413khz时的波形
3.2.8 实验数据表格
表1 带通滤波器仿真/测试表
下面介绍表中数据的由来
1.中心频率
如表1中所示，其中的理论计算在3.2.4中都有公式，直接代入即可；仿真结果中的中心频率通过看波特图，找到最高点所对应的频率，即为中心频率；而在实物电路上，通过调节信号源，使示波器的幅值最大的那个频率，即为中心频率。可以看出三个结果中心频率差距不大。说明实验比较成功。
2.3db时的带宽
在仿真电路中，查看左右3db的带宽，相减，数值接近1khz；在实物电路中， 出来的幅值，再将上述两个频率相减，所得即为3db带宽。
3.带内平整度（增益平坦度）
公式为G=（gmax-gmin）/2db，即为理论计算值；仿真电路中，找出中心频率和3db对应的频率，分别查出他们所对应的输出电压幅值，然后代入上式；实际电路中，找到中心频率的幅值，和3db的幅值代入上式即可。
4.矩形系数K
参考模电教科书p223，通过公式即可计算；而仿真结果是测量结果，只需将表第二行的计算过程中的0.707换成0.1，再将两个计算结果相除，即可得出最终结果。
4、心得体会
通过此次课程设计，使我更加扎实的掌握了有关数字电路和模拟电路方面的知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正，不断领悟，不断获取。在设计中遇到了很多问题，最后在老师的指导下，终于成功解决。在今后社会的发展和学习实践过程中，一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，只有这样，才能成功的做成想做的事，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，也永远不可能得到社会及他人对你的认可。
课程设计也是一门专业课，给我很多专业知识以及专业技能上的提升。同时，设计让我感触很深。使我对抽象的理论有了具体的认识。通过这次课程设计，我掌握了电阻的识别和测试；熟悉了74ls190的使用方法；了解了示波器，信号源的使用方法等等，我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。实验过程中，也对团队精神的进行了考察，让我们在合作起来更加默契，在成功后一起体会喜悦的心情。团结就是力量，只有互相之间默契融洽的配合才能换来最终完美的结果。
参考文献
[1]童诗白、华成英.《模拟电子技术基础》第四版 高等教育出版社 2006.5
附录一 元件清单
74LS190 3片 74LS32（或门） 2片 74LS74（D触发器） 2片 74LS20（四输入与非门） 2片 74LS00（双输入与非门） 2片
附录二 芯片引脚图
74LS190引脚图
74ls00
74ls74