电工电子技术课程设计-智能抢答器的设计与制作.doc

学号：课程设计题目智能抢答器的设计与制作学院自动化学院专业电气工程及其自动化班级姓名指导教师2011年07月06日课程设计任务书学生姓名：专业班级：电气0906班指导教师：工作单位：自动化学院题目:智能抢答器的设计与制作初始条件：（1）可同时供名选手抢答输入，每人一个开关；（2）稳定显示与输入开关编号相对应的数字0-7；（3）主持人一个开关以控制开始或显示清0（4）当有人抢答时，其对应编号立即显示并锁存，且其他选手被禁止选作:设计具有定时抢答功能的电路，由主持人预先设定时间要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1）设计任务及要求（2）方案比较及认证（3）系统框图，原理说明（4）硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明（5）调试记录及结果分析（6）对成果的评价及改进方法（7）总结（收获及体会）（8）参考资料（9）附录：器件表，芯片资料时间安排：6月27日6月30日：明确课题，收集资料，方案确定，仿真7月1日7月4日：硬件电路制作与调试7月5日7月8日：报告撰写，交设计报告，答辩指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月目录摘要-11智能抢答器的设计-21.1抢答器的功能要求-21.2方案的提出和比较-21.3整体设计思路-41.4单元电路的设计-51.4.1抢答电路设计-51.4.2定时电路设计-91.5抢答器整体电路-122电路仿真-132.1抢答电路仿真-142.2整体电路仿真-152.3仿真中出现的问题-153智能抢答器实物制作中出现的问题-154总结-16参考文献-17附录元器件清单-18武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书1摘要抢答器是一种广泛运用于各种场合的、操作简便的普通用具。此次设计的智能抢答器可同时供8名选手或8个代表队参加比赛。其电路由主体电路和扩展电路两部分组成，分别由集成编码器、计数器、锁存器、定时器和必要的门电路等元器件组成。其中主体电路的作用是完成主持人的控制，系统清零与抢答开始功能，以及完成参赛者的抢答、显示其编号的功能。扩展电路主要包括秒脉冲发生电路和定时电路，起到抢答计时的作用。此次设计的原理图经Proteus仿真软件验证基本无误，可实现设计所要求功能。根据原理图，在面包板上连接构成实物。关键词：抢答器仿真主体电路扩展电路武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书2智能抢答器的设计与制作1智能抢答器的设计智力竞赛是一种生动活泼的教育形式和方法，通过抢答和必答两种方式能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短时间内，使人们增加一些科学知识和生活常识。抢答器的应用可以避免某些竞赛中的不公平，因此抢答器广泛运用于各种场合。随着科技的飞速发展，能够实现抢答器功能的方式有多种，可以采用模拟电路、数字电路或模拟与数字电路相结合的方式以及利用微电脑芯片作为核心部件进行逻辑控制及信号产生的单片机技术和C语言编程而设计的多路智力竞赛抢答器。本设计将采用数字电路实现八路智能竞赛抢答器。1.1抢答器的功能要求基本功能：设计一个智能竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，其对应的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，他们各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。节目主持人拥有一个总的控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。抢答器具有数据锁存和显示的功能。当主持人发出指令开始后，抢答开始，若有选手按抢答按钮，其对应的编号立即会被锁存，并在数码管上显示出对应的选手的编号。此外，禁止其他选手再抢答。第一个抢答的选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。扩展功能：该抢答器具有定时抢答的功能，每次抢答的定时时间可由主持人设定。当主持人宣布“开始抢答”后，定时器立即开始倒计时，并在数码管显示屏上显示。参赛选手在规定的时间内抢答，抢答才有效，然后定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时刻，维持到到主持人再次清零为止。如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，系统会封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。1.2方案的提出和比较武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书3根据对功能要求的理解，可以设计出如下两种方案。方案一系统框图如图1所示。图1方案一系统框图方案一所示抢答器工作过程：该方案是将抢答按钮先直接与锁存器相连，将最先抢答的选手的编号锁定，再依次经过优先编码器、译码器和七段显示器，最后显示的是抢答选手的编号，经过优先编码器后的信号到单稳态触发器，单稳态触发器又与报警电路直接连接，所以显示编号的同时可以发出报警信号。另外由主持人控制开关和其他部分电路通过门电路实现控制。方案二系统框图如图2所示。图2方案二系统框图方案二所示抢答器的工作过程：主持人按动开始抢答的开关后，最先抢答的选手的电平信号先经过优先编码器，再依次经过数据锁存器，此时已经限制了其武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书4他选手的抢答，信号再经过译码器和七段数码显示器，将最先抢答的该选手的编号显示出来，到此完成的是抢答功能；如果没有人抢答，30秒减计数器减到00，此是完成计时功能。看图发现，第二种方案更好些。它的优点在于，这种方案原理比较简单。主持人对整体电路的控制只需几个门电路就可完成，不必用特别的芯片来组成控制电路。在有选手抢答后或者计时开始和结束时。既减少了布线使整个电路更直观简单，又降低了产生错误的可能性。1.3整体设计思路根据需要的功能，将定时抢答器电路分为主体电路和扩展电路两部分。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动按钮时，显示选手编号并锁存，同时封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成抢答的定时功能。比赛开始时，接通电源，主持人把开关置于“清零”位置，抢答器此时并未工作，数码管无显示，定时显示器上显示设定的抢答时间。当主持人宣布“抢答开始”，同时将总的控制开关拨到“开始”位置，抢答器则开始处于工作状态，定时器开始倒计时。若选手在规定时间内抢答，则抢答电路应该实现一下功能：(1)编码器电路识别出出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；(2)控制电路对输入电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；(3)控制电路使定时器停止工作，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时，主持人操作控制开关，电路禁止工作状态，为下一轮的抢答做好准备。若规定的时间已到，但是没有人抢答时，系统会封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。抢答器的工作过程是，主持人按动开始抢答的开关后，最先抢答的选手的电平信号经过优先编码器、锁存器，此时已限制了其他选手的抢答，信号再经过译码器和七段数码显示器，将该选手的编号显示出来；如果没有人抢答，减计数器会减到00，由此完成了计时功能。