课程设计报告
题 目： 多路控制开关电路设计 课程名称：
学生姓名：
学生学号： 年 级： 专 业： 班 级： 指导教师：
电子工程学院制 2017年3月
目 录
1多路控制开关电路设计的任务与要求 ......................................................................................... 1
1.1 多路控制开关电路课程设计的任务 ................................................................................. 1 1.2 多路控制开关电路课程设计的要求 ................................................................................. 1 2 多路控制开关电路设计方案制定 ............................................................................................... 2
2.1多路控制开关电路设计的原理 ......................................................................................... 2 3 多路控制开关电路设计方案实施 ............................................................................................... 3
3.1多路控制开关电路单元模块功能及电路设计 ................................................................... 3 3.2多路控制开关电路电路参数计算及元器件选择 ................................................................ 6 3.3 多路控制开关电路系统整体电路图 ............................................................................... 11 3.4 元器件清单 .................................................................................................................... 11 4 多路控制开关电路设计的仿真实现（或者硬件制作与调试） ................................................. 11
4.2 多路控制开关电路设计仿真实现 ................................................................................... 13 4.4 多路控制开关电路设计数据分析 ................................................................................... 15 5.多路控制开关电路实物设计 ..................................................................................................... 15
5.1设计过程 ........................................................................................................................ 15 5.2硬件实现 ........................................................................................................................ 15
6.总结及心得体会 ....................................................................................................................... 16 7.参考文献 .................................................................................................................................. 16
8. 附录 ...................................................................................................................................... 17
多路控制开关电路设计
电子工程学院 电子信息工程专业
1多路控制开关电路设计的任务与要求 1.1 多路控制开关电路课程设计的任务
设计多路开关控制多路，用多个开关控制数码管 1.2 多路控制开关电路课程设计的要求
1 用多个开关控制，用不同的开关控制数码管显示不同的数字，实现不同的功能。
八组参赛者在进行抢答时，抢发先者按下面前的按钮时，抢答器能准确地判断 出抢先者，并以蜂鸣器声为标志。
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抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。 系统应具有一个总复位开关。
2 多路控制开关电路设计方案制定 2.1多路控制开关电路设计的原理
接通电源后，主持人将开关拨到\"清除\"状态，多路控制开关电路处于禁止状态主持人将开关置开始\"状态，宣布\"开始\"工作。扬声器给出声响提示。选手在定时时间内按键时。多路控制开关电路完成优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答。如果再次抢答必须由主持人再次操作\"清除\"和\"开始\"状态开关。 锁存器输入信号均为同一电平时，锁存器控制电路的输出信号使锁存器打开，这时锁存器输入端的信号送往相应的输出端。当有一输入端的电平发生条便是其对应输出端点评也随着发生变化，次变化的输出电平送入锁存器控制电路，控制电路立即产生控制信号封锁锁存器，让锁存器进入锁存工作状态。此时无论那个输入端电平发生变化，锁存器各个输出端电平保持不变。发生变化的输出端经过编码器编码之后，将相关信息由译码器送入数码显示器，显示相应的组别，并发出响声。
2.2 多路控制开关电路设计的技术方案
图一 总电路
图二 原理图
3 多路控制开关电路设计方案实施
3.1多路控制开关电路单元模块功能及电路设计 1.输入电路：
图三 输入电路
输入电路有锁存器和按键组成。当锁存器CD4511的LE端为高电平时，锁存
DA~DD
QA~QG
LE断变为低
电平时,锁存器封锁,即锁存器输入端的电平不能送到相应的输出端，各输出端保持封锁前的电平。
2. 锁存器控制电路：
图四 锁存器
锁存器控制电路由相应的门电路组成。当主持人控制开关S9关闭时,CD4511的
LE端为高电平,锁存器输入端DA~DD的高电平直接送到相应的输出端QA~QG,
随后主持人将开关S置于开启，LE控制端仍然保持高电平，抢答贮备工作已经完成。当8个抢答开关S1~S8中有一个先按下时，其对应的D端为低电平，次低电平送到锁存器对应的输出端，LE控制端为低电平,CD4511执行锁存功能,这时如果有按键按下锁存器的输出端也不会跟着改变,从而实现了自锁。 3.数码管显示电路：
图五 数码管
输出的高电平和低电平分别输入共阴极数码管a~g，显示0~8抢答者的编号。 脉冲发生器：
图六 脉冲
由555定时器产生时间基准信号秒脉冲。 3.2多路控制开关电路电路参数计算及元器件选择 1.CD4511
CD4511 是一片 CMOS BCD—锁存/7 段译码/驱动器，用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码-七段码译码器。
图七 译码器
A0~A3：二进制数据输入端
/BI：输出消隐控制端
LE：数据锁定控制端
/LT：灯测试端
Ya~Yg：数据输出端
VDD：电源正
VSS：接地
真值表：
其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。a～g是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。 下图是 CD4511和 CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和
LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300Ω的限流电阻。 2.LM555CM
图八 LM555CM
精确定时,脉冲发生,连续定时,频率变换,脉冲宽度调制,脉冲相位调制. 引脚说明： 1 GND 地线 2 TR 触发 3 OUT 输出 4 RES 复位 5 CV 控制电压 6 TH 阀值 7 DIS 放电 8 VCC 电源 3.共阴极数码管：
数码管的一种是半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。
4.蜂鸣器
图九 数码管
图十
用于报警发声。
3.3 多路控制开关电路系统整体电路图
图十一 整体图
3.4 元器件清单
4 多路控制开关电路设计的仿真实现（或者硬件制作与调试）4.1 仿真软件介绍
Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
EDA就是“Electronic Design Automation”的缩写技术已经在电子设计领域得到广泛应用。发达国家目前已经基本上不存在电子产品的手工设计。一台电子产品的设计过程，从概念的确立，到包括电路原理、PCB版图、单片机程序、机内结构、FPGA的构建及仿真、外观界面、热稳定分析、电磁兼容分析在内的物理级设计，再到PCB钻孔图、自动贴片、焊膏漏印、元器件清单、总装配图等生产所需资料等等全部在计算机上完成。EDA技术借助计算机存储量大、运行速度快的特点，可对设计方案进行人工难以完成的模拟评估、设计检验、设计优化和数据处理等工作。
EDA已经成为集成电路、印制电路板、电子整机系统设计的主要技术手段。美国NI公司（美国国家仪器公司）的Multisim 软件就是这方面很好的一个工具。而且Multisim 计算机仿真与虚拟仪器技术（LABVIEW 8）（也是美国NI公司的）可以很好的解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一老大难问题。学员可以很好地、很方便地把刚刚学到的理论知识用计算机仿真真实的再现出来。并且可以用虚拟仪器技术
创造出真正属于自己的仪表。极大地提高了学员的学习热情和积极性。真正的做到了变被动学习为主动学习。这些在教学活动中已经得到了很好的体现。还有很重要的一点就是：计算机仿真与虚拟仪器对教员的教学也是一个很好的提高和促进。
4.2 多路控制开关电路设计仿真实现
图十二 各开关对应显示数字
电路可同时进行8个抢答，按键按下后，电路有蜂鸣器，同时显示优先抢答者的号数，抢答成功后，再按按键，显示不会改变，除非按s9复位键，复位后，显示清零，可继续抢答，对呀按键数码管显示对应的号数。 4.3 多路控制开关电路设计系统测试
用mulitisim进行仿真测试，实现其多路控制开关电路功能。 整体电路如图：
图十三 电路仿真图
依次打开s1~s9，测试仿真电路的性能。
4.4 多路控制开关电路设计数据分析
测试的系统功能参数与设计要求相符。 5.多路控制开关电路实物设计 5.1设计过程
1.先确定要使用的元器件。了解各部分元器件的功能与各引脚对应的位置。 2.构建电路图，并画出仿真测试构建的电路是否可行。 3.仿真成功后，购买所需元器件。 4.设计元件的排版，按排版放置元件。 5.焊接并测试电路是否可实现功能。 5.2硬件实现
焊好电路如图所示：
6.总结及心得体会
在此次电子技术课程设计中，我更深入的了解了各种门电路的功能和应用，多路控制开
关设计电路刚开始拿到的时候看着很简单，实际做起来感觉其所涉及的范围很广，最后我通过室友自己参加比赛的八路抢答器联想到了多路控制开关设计电路这个命题，并一步步的自己构建电路图，画仿真，在仿真的过程中也遇到了很多问题，好在经过一步步的修正以后，终于成功的实现了仿真，也培养了自己动手的能力，最重要的是要互相合作，多学学别人又是如何发现并解决问题然后自己找原因。
7.参考文献
[1]《National Semiconductor Corporation Linear Databook 3（1987 Rev.1）》。
[2]《脉冲与数字电路》（第二版）陈传虞主编，高等教育出版社 1991 年 4 月 第二版。
[3]《无线电》 1991 年第 7 期《555 电路的复合应用》俞鹤飞。
[4]《无线电》 1993 年第 8 期《电路图中的 555 时基电路（上）》俞鹤飞。
[5] 艾永乐，付子义《数字电子技术基础》，北京，中国电力出版社，2008。
[6] 邱关源《电路第五版》罗先觉，北京，高等教育出版社，2008。
[7] 蔡明生《电子设计》北京，高等教育出版社，2004。
[8] 李银华《电子线路设计指导》北京，北京航空航天大学出版社，200。
8. 附录
指导教师评语 成绩 指导教师签字： 年 月 日 答辩过程及评价 （60%） 成绩 （40%） 答辩小组签字： 年 月 日 综合意见 系主任签字： 综合成绩 年 月 日
学院分管领导签字： 二级学院盖章：
年 月 日
