八路抢答器课程设计说明书.doc

课程设计说明书（2011 /2012 学年第 二 学期）课程名称 ： 电子技术 题 目 ： 八路抢答器 专业班级 ： 学生姓名 ： 学 号： 指导教师 ： 设计周数 ： 2周 设计成绩 ： 2012年06月 日目录一、实验目的：3二、实验任务：3三、设计要求：3四、设计任务及功能简介34.1任务34.2功能34.2.1抢答器的基本功能：34.2.2抢答器的功能扩展。44.3主要元器件的管脚图及功能表：44.3.1 74ls14844.3.2 74ls27944.3.3 74ls19254.3.4 842164.3.5 cd451174.3.6 共阴数码管84.3.7 555定时器84.4系统框图10五、电路原理图10六、扩展电路设计13七、智能八路抢答器设计用元器件清单14八、课程设计总结15九、参考文献1516一、 实验目的：1.巩固和加强“模拟电子技术”、“数字电子技术”课程的理论知识。2.掌握电子电路的一般设计方法,了解电子产品研制开发过程。3.提高电子电路实验技能及仪器使用能力。4.掌握电子电路安装与调试方法及故障排除方法。5.学会撰写课程设计总结报告。6. 通过查阅手册和文献资料，培养学生独立分析问题和解决实际问题的能力。7.培养创新能力和创新思维。二、 实验任务：设计一个八路智力竞赛抢答器，为了保证抢答竞赛的公正性、准确性、提高竞赛得分的透明性并能产生激烈的竞赛气氛，要求由电子电路实现一个多人参赛，具备限时开始抢答，限时结束抢答，抢答结束后有声、光指示并能加、减计分的“竞赛抢答器”。三、设计要求：1. 单电源5v供电2. 电路各元件布置合理3. 各按键设计在pcb面板上4. 完成抢答判别，显示，时序控制，计时，计分，报警，主持人控制5. 实现功能所用的器件的成本低，数量少为最佳6. 设计电路要优化设计，其中包括原理图和pcb图设计7. pcb板采用单面板尺寸为10*15cm四、 设计任务及功能简介4.1任务选手在抢答时能判定出优先抢答选手，并予以显示选手号。回答问题有时间限制，时间到要报警，主持人负责控制抢答器。因此要完成抢答器的电路要包括以下几个部分：(1) 判断选手的组号并显示出来。(2) 设定答题的时间并显示出来。(3) 报警设置等。4.2功能4.2.1抢答器的基本功能：(1) 可同时供8名选手比赛，各用一个抢答按钮，按钮编号与选手的编号相对应。(2) 主持人用一个主控制开关，用来控制抢答器的清零（清零使编号显示器灭灯）和抢答开始并且设定计时开始。(3) 抢答器具有数据锁存和显示功能，当主持人将主控开关置为开始后，若有选手按动抢答器按钮，选手编号立即被锁存，并在显示器上显示出该选手编号，并封锁抢答输入电路，禁止其它选手抢答，先抢答者的编号一直保持到主持人再次将抢答器清除。4.2.2抢答器的功能扩展。(1) 具有定时抢答功能。只要主持人启动抢答按钮，定时器立即递减计时，并显示出来。(2) 选手在设规定的时间内做抢答为有效，抢答后定时器停止工作，并且显示出选手的编号和抢答时刻的时间，一直保持到主持人将抢答器再次清除。(3) 若在30秒内无选手抢答，数码管显示00，此时蜂鸣器报警。4.3主要元器件的管脚图及功能表：4.3.1 74ls148管脚图：功能表：ei01234567a2a1a0gse0hhhhhhlhhhhhhhhhhhhlllllllhllhllhlhllhhhlhllhllhhhhlhhlhllhhhhhhlhlhllhhhhhhhhllhllhhhhhhhhhhlh4.3.2 74ls279管脚图：功能表：输入输出srqhh保持lhhhllll不定4.3.3 74ls192管脚图：功能表：输 入输 出crcpucpdd3d2d1d0q3q2q1q01000000dcbadcba011加 计 数011减 计 数4.3.4 8421下表为8421码十进制加、减计数器的状态转换表。 加法计数 输入脉冲数0123456789输出q30000000011q20000111100q10011001100q00101010101 减计数4.3.5 cd4511管脚图：功能表：输 入输 出ledcbaabcdefg显示字形01111111010000000消隐0110000111111001100010110000011001011011010110011111100101101000110011011010110110110110110001111101101111110000011100011111110111001111001101110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐01111110000000消隐111锁 存锁存 4.3.6 共阴数码管管脚图：七段发光二极管(led)数码管的一个led数码管可用来显示一位09十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为22.5v，每个发光二极管的点亮电流在510ma。led数码管要显示bcd码所表示的十进制数字就需要有一个专门的译码器，该译码器不但要完成译码功能，还要有相当的驱动能力。4.3.7 555定时器1.管脚图：vc是控制电压端（5脚），平时输出作为比较器a1 的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01f的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。t为放电管，当t导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。2.构成多谐振荡器 如图73(a)，由555定时器和外接元件r1、r2、c构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过r1、r2向c充电，以及c通过r2向放电端 ct 放电，使电路产生振荡。电容c在和之间充电和放电，其波形如图73(b)所示。输出信号的时间参数是 ttw1tw2， tw10.7(r1r2)c， tw20.7r2c 555电路要求r1 与r2 均应大于或等于1k ，但r1r2应小于或等于3.3m。 外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。因此这种形式的多谐振荡器应用很广。 (b) (a)图73 多谐振荡器3.组成占空比可调的多谐振荡器电路如图74，它比图73所示电路增加了一个电位器和两个导引二极管。d1、d2 用来决定电容充、放电电流流经电阻的途径（充电时d1 导通，d2截止；放电时d2导通，d1 截止）。占空比 p可见，若取rarb 电路即可输出占空比为50的方波信号。4.4系统框图根据功能要求可知，抢答器组成由两大部分，主体电路和扩展电路。主体电路完成基本抢答功能，即主持人说开始，选手按抢答键时，能显示先按选手的编号，同时封锁输入电路禁止其它选手抢答。扩展电路完成定时抢答功能。两部分都是在受节目主持人操作的控制电路的控制下完成。其结构框图如图一所示。抢答按钮优先编码器锁存器译码器显示主持人开关控制电路报警秒信号源定时电路译码显示 图一 抢答器系统框图 主持人按下清零开关后选手号数码管消隐，并且定时电路显示预置数，当主持人按下开始开关后选手可以开始抢答，并且定时电路开始倒计时，当有选手按下按键后，显示选手号，并且定时的电路停止倒计时，若在预置数时间内无选手抢答，时间到时则蜂鸣器报警。五、电路原理图电路原理图如图（二）所示为必做实验电路参考图。电路选用优先编码器 74ls148 和锁存器 74ls297 来完成。该电路主要完成两个功能：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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关s置于清除端时，rs触发器的 r、s端均为0，4个触发器输出置0，使74ls148的优先编码工作标志端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，当有选手将抢答按键按下时（如按下s5），74ls148的输出经rs锁存后，ctr=1,rbo =1,七段显示电路74ls48处于工作状态，4q3q2q=101,经译码显示为“5”。此外，ctr1，使74ls148 优先编码工作标志端，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ctr1，使优先编码工作标志端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开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。图二：当主持人按下清零按键后，显示选手编号的数码管消隐，并且定时器开始显示预置数。当主持人按下开始按键后，定时器开始倒计时，若在30秒内有选手抢答，数码管显示选手编号，并且定时器停止计时；若在30秒内无选手抢答，则在倒计时为00时，蜂鸣器报警。 六、扩展电路设计(1)扩展电路原理图主体电路组成简易抢答器，再配以定时电路和时序控制便构成功能完善的抢答器。定时电路设置抢答时间为30秒，实际上就是用两片74ls192构成的一个递减的三十进制计数器，配以译码显示电路。其计数脉冲由秒信号发生器提供。只要选择具有可予置数的可逆8421bcd码十进制计数器芯片，就可完成计数器任务，这里选用74ls192，配以cd4511和共阴极的数码管。由于对秒信号不是要求太精确，所以用555定时器，组成秒信号产生器。时序控制电路功能是用以控制各部分按功能要求协调工作，它要完成如下工作： (1)主持人将控制开关扳向“清除位置”时，抢答编号显示灭灯，抢答定时器予置数，显示定时时间。开关扳向“开始”位置时，抢答电路进入正常工作状态，定时器从三十开始倒计时。(2)当选手按动抢答按钮时，抢答电路和定时器停止工作。(3)当设定定时时间到，无人抢答时，扬声器发出声响，同时抢答电路和定时器停止工作。七、智能八路抢答器设计用元器件清单材料名称器件型号每组数量组数量金额备注译码驱动器45113计数器74ls1922数码管共阴极3三极管90133编码器74ls1481锁存器2791时基电路ne5551集成插座dip144集成插座dip168集成插座dip81数码管电阻10024电阻1k5电阻20k362k140115发光二极管3开关sw-spdt8滤波电容10uf2蜂鸣器1按钮1电源线1清零开关1 八、课程设计总结通过本次课程设计，有效巩固了本学期所学数电的相关知识，加强了对重要知识点的记忆和理解。本设计的难点在于时序控制电路的设计，如何在第一位抢答者抢答题目后让编码器停止工作；如何使计时电路在抢答后停止倒计时；如何让定时电路和抢答器同时清零。根据以往抢答器设计思路，及查阅相关资料，可运用74ls279的输出iq完成上述控制任务。这是第一次和别人一起分工合作成品，在这短短的两周内，使我学会了很多东西，尤其是画那个protel、pcb电路图，去图书馆找书 装软件 学习 再到最终的亲手实践 我终于又多掌握了一项技能，接着经过印版 打孔 刷松香 这样一个初步的电路板就出炉了，虽然不是我焊接的，有个小小的遗憾，但我也时刻参与其中。最让