多路智力抢答器课程设计报告书.docx
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多路智力抢答器课程设计报告书
数字电子技术课程设计报告书
课题名称
多路智力抢答器
姓名
刘玉超
学号
院、系、部
专业
指导教师
2011年07月01日
一、设计任务及要求:
设计任务:
多路智力抢答器电路设计。
要求:
1、设计一个多路智力抢答器,抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛,分别用8个按钮S0~S7表示。
2、给主持人设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。
3、抢答器具有锁存与显示功能。
4、抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定(如30秒)。
5、参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。
6、如果定时抢答的时间已到,却没有选手抢答时,系统进行短暂的报警,并锁存输入电路,禁止选手超时后抢答,定时显示器显示00.
指导教师签名:
2011年月日
二、指导教师评语:
指导教师签名:
2011年月日
三、成绩
验收盖章
2011年月日
多路智力抢答器的设计
1设计目的
(1)学习数字电路中的优先编码器,锁存器,计数器,时序控制电路,多谐振荡器等单元电路的综合运用。
(2)掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。
(3)了解面包板结构及其接线方法。
(4)了解数字抢答器的组成及工作原理。
(5)熟悉数字抢答器的设计与制作。
2设计思路
(1)设计出总体的原理框图
(2)设计框图中的部分单元,抢答电路、定时电路、时序控制电路。
(3)分析单元应具有的功能以及应用哪些元器件
(4)对设计的电路进行仿真测试,调整与测试。
3设计过程
3.1方案论证
定时抢答器的总体框图如图1所示,它由主体电路和扩展电路两部分组成。
主体电路完成基本的抢答功能,即开始抢答后,当选手按动抢答键时,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。
扩展电路完成定时抢答的功能。
如图所示:
图3-1多路智力抢答器的原理框图
它的工作原理:
图1所示的定时抢答器的工作过程是:
接通电源时,节目主持人将开关置“清除”位置,抢答器处于禁止工作状态,编号显示器灭灯,定时显示器显示,设定的时间,当节目主持人宣布“抢答开始”,同时将控制开关拨到“开始”位置,扬声器给出声响提示,抢答器处于工作状态,定时器倒计时。
当定时时间到,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。
当选手在定时时间内按动抢答键时,抢答器要完成以下四项工作:
1优先编码电路立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;
2扬声器发出短暂声响,提醒节目主持人注意;
3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;
控制电路要使定时器停止工作,时间显示器上显示剩余的抢答时间,并保持到主持人将系统清零为止。
当选手将问题回答完毕,主持人操作控制开关,使系统回复到禁止工作状态,以便进行下一轮抢答
3.2电路设计
1、抢答电路
图3-2数字抢答电路及其仿真电路
工作原理:
该电路完成两个功能:
一是分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,同时译码显示电路显示编号;二是禁止其他选手按键操作无效。
工作过程:
开关S置于"清除"端时,RS触发器的端均为0,4个触发器输出置0,使74LS148的=0,使之处于工作状态。
当开关S置于"开始"时,抢答器处于等待工作状态,当有选手将键按下时(如按下S5),74LS148的输出经RS锁存后,1Q=1,=1,74LS48处于工作状态,4Q3Q2Q=101,经译码显示为"5"。
此外,1Q=1,使74LS148=1,处于禁止状态,封锁其他按键的输入。
当按键松开即按下时,74LS148的此时由于仍为1Q=1,使=1,所以74LS148仍处于禁止状态,确保不会出二次按键时输入信号,保证了抢答者的优先性。
如有再次抢答需由主持人将S开关重新拨到“清除"然后再进行下一轮抢答。
74LS148为8线-3线优先编码器。
74LS148的功能真值表
2、定时电路
AB
图4-2可预定时间的定时的电路(A)及其仿真图(B)
工作原理:
如图所示,分为两个部分,一是秒脉冲,由555定时器构成的多谐振荡电路,根据公式振荡周期为T=0.7(R1+2R2)C,可计算出该振荡器的振荡周期为1秒,由于是矩形脉冲,所以一个周期内发光二极管会发一次光。
另一部分是可预置时间的减计数器,对于预置端可以采用十进制8421BCD码设置,当555振荡器发出一个脉冲时,74LS192的CP-端就接受一个信号,在cp脉冲的上升沿预置数就开始自减,当各位减少到0时,BO2就会输出一个负脉冲,cp2-就会开始减少1,然后74LS192二开始再自减1,直到预置数最后变成00,最后在BO2输出一个周期的负脉冲。
在时间未到时,BO2一直到是输出正脉冲,除非最后变成00时,才会输出负脉冲,这就可以作为定时到的信号,如果是时间到了,输出是零,时间不到,输出是1。
另外,假如有选手按键的话,则最后不会计数器不会因为自减为00而最后输出负脉冲,而是应为秒脉冲输出与1Q的非相与后当作脉冲输入74LS192的。
当没有选手按键时,1Q的非为0,所以cp脉冲就会停止输入,时间就会停止,所显示的时间就是该选手抢答的时间,但此时的定时到信号还是1。
定时部分电路仿真图如下,又555定时器构成的多谐振荡器输出频率为1Hz,作为计数器的脉冲源,定时显示可实现30秒定时,此部分设计成功。
图脉冲发生电路部分仿真图
3、报警电路
图4-3报警电路
工作原理:
该报警电路有555定时器和三极管构成,有555定时器构成一个多谐振荡器,其输出信号可以经三极管推动扬声器。
PR为控制信号,当PR为高电平时,4端接高电平,振荡器正常工作,当为低电平时,振荡器停止工作,不会发声。
因为来一个高电平是该报警电路会发声,但是只有在一个周期内发声,这个周期非常短,只是多谐振荡器的一个周期,只有一秒钟,所以中间需要加一个单稳态触发器,根据555构成的单稳态触发器的功能原理,这样可以延长这个周期,是发声信号加长,该定时器用到的电阻是30kΩ,电容是100uf,根据公式计算得到的周期是3秒。
图多谐振荡器仿真图
4、时序控制电路
图4-4时序控制电路
工作原理:
时序控制电路是抢答器设计的关键,它要完成以下三项功能:
①主持人将控制开关拨到"开始"位置时,抢答电路和定时电路进行正常抢答工作状态。
②当参赛选手按动抢答键时,扬声器发声,抢答电路和定时电路停止工作。
③当设定的抢答时间
根据上面的功能要求以及各图所示,图中,门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止,门G2的作用是控制74LS148的输人使能端。
图八的工作原理是:
主持人控制开关从"清除"位置拨到"开始"位置时,来自于图六中的74LS279的输出1Q=0,经G3反相,A=1,则时钟信号CP能够加到74LS192的CP时钟输入端,定时电路进行递减计时。
同时,在定时时间未到时,则"定时到信号"为1,门G2的输出ST=0,使74LS148处于正常工作状态,从而实现功能①的要求。
当选手在定时时间内按动抢答键时,1Q=1,经G3反相,A=0,封锁CP信号,定时器处于保持工作状态;同时,门G2的输出ST=1,74LS148处于禁止工作状态,从而实现功能②的要求。
当定时时间到时,则"定时到信号"为0,1Q=1,74LS148处于禁止工作状态,禁止选手进行抢答。
同时,门G1处于关门状态,封锁CP信号,使定时电路保持00状态不变,从而实现功能③的要求。
集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间,其工作原理如下:
当主持人将开关拨到开始键时,S信号从0变成1,是上升的,但是定时到信号还是1,Yex由于74LS148已经开始工作所以为0,所以根据74LS121功能表可以看到PR会有一个高电平输出,所以扬声器就会发出声音。
在最后结束时候,如果没有选手按键但是时间已经结束,这时候S是1,Yex因为没有选手按键而为1,而又因为定时到信号而又有一个负脉冲输入,所以PR会输出一个正脉冲,从而使扬声器发声。
假如有选手按键,Yex会从1变成0,定时到信号还是1,所以最后也会有一个正脉冲输出,扬声器也会发生的。
图逻辑控制电路仿真
整体电路仿真
整体仿真图如图,可实现如下功能:
接通电源后,主持人将开关拨到"清除"状态,抢答器处于禁止状态,编号显示器灭灯,定时器显示设定时间;主持人将开关置开始"状态,宣布"开始"抢答器工作。
定时器倒计时30秒,扬声器给出声响提示。
选手在定时时间内抢答时,抢答器完成:
优先判断、编号锁存、编号显示。
当一轮抢答之后,定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
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。
图整体电路仿真图
5主要仪器与设备
1.数字实验箱。
2.集成电路74LS1481片,74LS2791片,74LS483片,74LS1922片,NE5552片,74LS001片,74LS1211片。
3.电阻510Ω2只,1KΩ9只,4.7kΩl只,5.1kΩl只,100kΩl只,10kΩ1只,15kΩ1只,68kΩl只。
4.电容0.1uF1只,10uf2只,100uf1只。
5.三极管3DG121只。
6.其它:
发光二极管2只,共阴极显示器3只
6设计体会与建议
6.1设计体会
第一次做课程设计,开始很迷茫,不知道从哪里开始,对于自己的学的模电和数点都是一些最基础的知识,无从下手,不知所措,刚开始对于多路智能抢答器只是稍微了解,查了一下有关抢答器的相关知识,自己对于这个抢答器做了简单的分析,做了一个大致的框图,再把每一个框图的功能分析清楚,然后再逐个的进行单元分析,分析各个单元要用什么器件,选好了各个单元的器件后,开始自己的设计组装工作,连线是一个最重的步骤,一个连线错误导致全部出错,在自己组装连线的时候尝试的数十次,最后才连接成功,连接成功后在尝试自己的仿真工作,在仿真的过程中,发现很多问题,需要个个的调试,逐个的排除,最后仿真成功,测试成功的瞬间终于体会到了什么叫成就感,让自己有了信息,让自己对于设计充满了兴趣,只要自己肯做,总之,这次课程设计让我知道了,努力就有希望,一切皆有可能。
6.2对设计的建议
课程设计是每个学习电子技术的必备基础技能,但是对于一个初学者,对于一个初次课程设计的新手是很迷茫的,不知道自己到底从哪里下开始,万事开头难,老师是一位引路人,所以老师的指引是很重要的,对于课程设计,我想我们应该提前给课程设计下一个定义,什么叫课程设计,怎么样做课程设计,应该注意什么,我想这个过程是很重要的,是引领一个研发者的前进的指路人,应该在课程设计之前进行几次课程设计的专业知识讲解,让大家对于课程设计有更深刻的了解。
参考文献
[1]康华光,《电子技术基础》数字部分第五版,高等教育出版社2006
[2]康花光主编,《电子技术基础》模拟部分,高等教育出版社2006
[3]邱关源、罗先觉,《电路基础》第五版,高等教育出版社2006
[4]王耀南主编,《电子测试技术》,湖南大学出版社2006
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