1、智力竞赛抢答器课程设计数字电路课程设计 2011-2012 学年 第 二学期 数字电子技术 课 程 设 计 报 告题 目： 智力竞赛抢答器的设计 专 业： 班 级： 姓 名： 指导教师： 电气工程系 年 月 日一、任务书课题名称指导教师（职称） 执行时间20112012学年第二学期 第 周学生姓名学号承担任务设计目的1.掌握抢答器的设计方法。2.熟悉锁存器的应用3.了解触摸开关和发声原件。设计要求1.可供8人抢答，有人抢答时，蜂鸣器发声，同时优先抢答者对应的指示灯亮，显示抢答号码，而后抢答的指示灯不亮。2.主持人可以将抢答器进行复位。3.抢答者和主持人的按钮采用触摸开关。4.画出电路原理图。5
2、.进行电路的仿真和调试。摘 要 数字电路与模拟电路相较有显而易见的稳固性。最近几年来，数字电路又有了庞大的进展。可编程逻辑器件（PAL、GAL等）的进展和普及最终使IC的设计面向了用户（这是模拟电路无法做到的），而这毫无疑问会给用户带来庞大的便捷，从而奠定它在电子电路中的地位。 随着集成技术的进一步提高，各类新技术的出现和应用，人类历史横跨数码时期向更进一步进展已出此刻各大型相关企业的宏伟蓝图中。新世纪里谁掌握了新技术谁就取得了获胜的资本，也仅仅是资本而矣。新世纪里电子行业的进展速度令人窒息，著名的摩尔定律更把许多人威吓在门外。能够展望，由数字组成的新世界即将出现。将是人类文明的又一飞跃。 随
3、着广播电视节目的进展，在综艺节目或社会服务类节目中智力抢答器逐渐取得普遍应用。智力抢答器的应用表现了游戏的公平性，并方便了主持人与佳宾之间的沟通。 数字抢答器由主体电路与扩张电路组成.优先编码电路,锁存器,译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出:用控制电路和主持人的开关启动报警电路,以上两部份组成主体电路。通过按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,组成扩展电路。通过布线,焊接,调试等工作后数字抢答器成型。 抢答器周围有安装孔,能够方便的安装在操作台上,外接抢答按钮接入相应的接线端子,若是需要外接电铃或指示灯,则接入继电器端子,安装完毕后就可以够上电了,抢答器的电流输
4、入为5V直流输入。 抢答器通上电后,蜂鸣器响,三个数码管都显示0,按下复位按钮后进入正常工作状态,这时能够设定抢答倒计时刻,只要按动10进制编码 按钮别离对时刻的十位和个位设定,设定的时刻在数码管上实时的显示出来。设定的时刻范围为:030秒,设定完时刻后,就可以够按动开始按钮,表示抢答开始,这时蜂鸣器响秒,提示列位选手,抢答已经开始,同时倒计时器开始从设定的时刻进行倒计时。 若在抢答时刻内有人抢答,则第三个数码管当即显示抢答位号,倒计时刻停止倒计时,所用掉的时刻就是抢答的时刻,同时蜂鸣器响2秒,继电器吸合2秒,表示有人抢答,在那个按键以后按下的按键除复位键外,其他按键均无效,只有主持人按下复位
5、键后,能够进入下一轮抢答。 若在抢答时刻内均无人抢答,则在倒计时器计数到0的时候,第三个数码管显示0,表示无人抢答,蜂鸣器响2秒,继电器吸合2秒,这时除复位键外,其他键均无效, 只有主持人按下复位键后,能够进入下一轮抢。 依据该课程设计的任务，系统性地进行资料的搜集、加工与整理，正确利用工具书；培育学生掌握相关课程设计的程序、方式与技术规范。 长期以来，综合课程设计是以理论课教学、课程实验和课程设计等教学环节组成的。咱们在教学实践的进程中，结合理论教学的进程，利用运算机的电子设计自动化软件Electronics Workbench(虚拟电子工作台-EWB)在运算机上进行基础验证模拟仿真实验，作
6、为教学的补充。通过人机对话的方式，能使咱们每一个人都能亲自动手搭接电路，进行元件接线，参数设定。边连线，边测试，边修改，边分析，并与理论计算结果进行对照。通过EWB软件的Component Properties(元件属性)可随时调整和修改元器件参数，分析各元件参数对电路的作用与影响。调试和测量进程就是最好的学习进程。在如此的实验中，把实验与理论有机的结合起来，加深了咱们对理论的熟悉。 第一章 智力竞赛抢答器的概述.5设计题目5设计目的.5设计要求.5工作原理.5第二章 系统分析与设计 .5抢答器电路设计及相关元器件.5 按时电路设计与相关元器件.6 数码管显示器74LS48.9 报警电路设计与
7、相关元器件 .10时序控制电路.10元器件清单.11第三章 电路仿真.第四章 设计总结体会.第五章 参考文献及附录 第一章智力竞赛抢答器的概述.设计题目智力竞赛抢答器.设计的目的1).掌握抢答器的设计方式。2).熟悉锁存器的应用3).了解触摸开关和发声原件。.设计要求1).可供8人抢答，有人抢答时，蜂鸣器发声，同时优先抢答者对应的指示灯亮，显示抢答号码，而后抢答的指示灯不亮。2).主持人能够将抢答器进行复位。3).抢答者和主持人的按钮采用触摸开关。4.画出电路原理图。5).进行电路的仿真和调试。.工作原理 其工作原理为：当抢答比赛开始时，主持人按下触摸开关，接通电源，抢答器开始工作，按时器倒计
8、时，如选手在规定的时刻内抢答，则抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示等一系列动作，当一轮抢答以后，按时器停止、禁止二次抢答。如在规定的时刻内仍无人抢答，则计时器不会停止工作，直至时刻结束时蜂鸣器发作声音报警宣告抢答结束，若是再次抢答必需由主持人再次执行上述操作。第二章 系统分析与设计.抢答器电路设计及相关元器件 抢答电路的功能有两个：一是分辨选手按键的前后，并锁存抢答者的编号，供译码显示电路用；二.是其他选手的按键操作无效。选用优先编码器74LS148和RS锁存器,74LS138,74LS279可完成上述功能。译码电路选用74LS48芯片具体电路如图1所示. 其工作原理为：当主持人控制开关
9、处于“清除”位置时，RS触发器R为低电平，输出端（4Q1Q）全数为低电平。于是74LS48的BI=0,显示器灭灯；74LS148的选通输入ST=0，74LS148处于工作状态，现在锁存器电路不工作。当主持人开关拨到开“始位”置，优先编码电路和锁存电路同时开始工作，等待输入信号I7，I0。当有选手按下键时，74LS148的输出Y2Y1Y0=010,Yex=0。经RS锁存器后，CTR=1,BI=1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101。通过74LS48译码后，显示器显示选手编号。另外，CTR=1，是74LS148的ST为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他选手按键的输入。
10、当按下的键松开后，74LS148的Yes为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他选手的输入不会被接收，保证了抢答者的优先性和抢答电路的准确性。抢答完后主持人使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。电路图如图所示: 按时器电路设计与相关元器件 1.按时器设计 1).按时抢答器的整体框图如下图所示，它由主体电路和扩展电路两部份组成。主体电路完成大体的抢答功能，即开始抢答后，被选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答，扩展电路完成按时抢答的功能。 2).按时抢答器的工作进程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“消除”位置，抢答器处于
11、禁止工作状态，编号显示器灭灯，按时器倒计时，当按不时刻到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。被选手在按不时刻内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：优先编码电路当即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；扬声器发出短暂的声响，提示节目主持人注意；控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；控制电路要使按时器停止工作，时刻显示器上显示剩余的抢答时刻，并维持到主持人将系统消零为止，被选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回答到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。 3).主持人设定抢答器时刻，通过预置时刻电路对计数器进
12、行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供，可预置时刻进行倒计时电路选十进制同步可逆，计数器74LS192进行设计，倒计时到零时，按时电路输出低电平有效的“按时到信号 ”。如图所示为八路智力竞赛抢答器的按时电路单元图。 同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如图所示。 该倒计时显示电路由两个74LS192及两个译码器及七段显示器组成,高位片置数1,低位片置数5,down端接555输出的脉冲,从而实现30秒倒计时. 引脚图管脚及功能表74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：图5-4 74LS192的引脚排列及逻辑符号 （
13、a）引脚排列 (b) 逻辑符号图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P一、P二、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q一、Q二、Q3为数据输出端。 输入 输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011 加计数011 减计数其功能表如下: 表5-2 74LS192的功能表 .数码管显示器的工作原理及进程 1).七段数码管显示器74LS48的功能测试灯输入端。=0（低电平有效）且=1时，Ya-Yg输出均为1，显示器七段应全亮，不然说明显示器件有故障。正常译码显示时，应处于高电平，即=1。双重功能端。此端可作为输入信号端又
14、能够作为输出信号端。作为输入端时是熄灭信号输入端，利用端可依照需要控制数码管显示或不显示。当=0时（低电平有效），无论A3A2A1A0状态如何，Ya-Yg均为0，数码管不显示。当该端作为输出端时是灭零输出端，当=0，且A3A2A1A0=0000时，=0。灭零输入端。该端的作用是将数码管显示的数字O熄灭。当=0（低电平有效）、且A3A2A1A0=0000时，Ya-Yg均输出0，数码管不显示。 其功能和引脚如图所示: 2).74LS148优先编码器功能优先编码器在同一时刻内,当多个输入信号请求编码时,只对优先级别高的信号进行编码的逻辑电路,常常利用的集成优先编码器有74LS148(8线-3线)其原
15、理图和功能真值表如图:.报警电路设计由555按时器和三极管组成的报警电路如图所示。555按时器组成多谐振荡器，振荡频率f=(R1+2R2)C。其输出信号经三极管推动扬声器，PR为高电平时多谐振荡器工作，不然振荡器停振。 .时序控制电路 抢答器控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和按时电路进入正常抢答工作状态。 当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和按时电路停止工作。当设定的抢答时刻到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和按时电路停止工作。右图是声响时序控制电路。74LS121为单稳态触集成发器，用于控制声响电路及声
16、响时刻。主持人将控制开关拨到“清除”位置时，B=0，触发器输出Q=0,声响电路停止工作。主持人将控制开关从清除拨到开始时，B=1,抢答器处于等待工作状态，当有选手将建按下时.元器件清单序号名 称型 号数量备 注1七段译码器74LS4832十进制加减计数器74LS19223555定时器CB55524优先编码器74HC14815单稳态触发器74LS12116RS锁存器74LS279 17与非门74LS20 1每个芯片有4个两输入端的与非门8与非门74LS031每个芯片有4个三输入端的与非门9反向器74LS04 1每个芯片有6个非门10三极管SDG130111电阻ROHM 1100K12电阻ROHM
17、 215K13电阻ROHM 910K14电阻ROHM 268K15电阻ROHM 21K16电阻ROHM 351017电容16CE470AX 1100uF18电容16CE470AX 210uF20电容16CE470AX 119扬声器SP10119开关AZD1169120共阴极显示器321抢答按扭SB 822发光二极管A694B 223LED 显示器8 24译码器74LS1381第三章.仿真第四章.设计总结体会 通过两周的课程设计,我学会了如何进行电路设计及丰硕了自己的理论知识和实践实习能力,在设计进程中,加深了对组合和时序逻辑电路的掌握情形,同时也使得学过的知识取得了巩固与温习,在设计抢答器、报
18、警器、按时器的进程中，通过翻阅资料，上网搜索等，我对各电路器件（如：与非门，555按时器和LED显像管等）及原理有了更深一层次的熟悉，既增强了我的理解能力,也使我能更好的运用所学的知识。在设计之初,并非明白如何用所学的器件来实现电路的功能,通过老师谆谆教诲和小组内的激情讨论,最终肯定了答题的设计方案,在设计的进程中,不断的发觉和克服困难,使我明白了,学习并非上课认真学习那么简单,我深深的体会到了,要将所学的理论知识转变成事物的重要性,不仅能够加深对理论知识的理解,也能怎家对本课的兴趣和爱好. 两周的考验,使我对本课由最初的懵懂熟悉到此刻的全面了解,总的来讲收获很多. 在此,我要深深的感激指导老师-吴老师和我的小组成员们给与我的帮忙与支持,是他们给予了我坚持完成课程设计的信心和动力,明白了团队在理论实践和创新中的作用,我相信在以后的学习和工作进程中,我都将收获颇丰.第五章. 参考文献及附录1.电子技术基础（数字部份） 康光华主编. 高等教育出版社 2.数字电子技术基础(习题解答与实验指导) 范文兵主编 清华大学出版社3.数字电子技术基础 张志良 主编 机械工业出社
