多功能数字抢答器设计.doc

第I页课程设计说明书 多功能数字抢答器设计摘要 知识比赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。因为在抢答过程中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使各组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。该课程设计主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。本课题设计是“四人抢答器”，包括可分为三部分，有脉冲信号产生、抢答器、倒计时三个模块。先根据要求用74LS75双锁存器构造四人抢答器，用BCD-7段译码器显示抢答者编号，用555定时器产生脉冲信号，脉冲信号周期为1.0024s。通过74LS161做个位计时器，用置数法通过反码实现减法计数，在用BCD-7段译码器显示倒计时。数码管与74LS48配合使用，本次课题使用的数码管需要74LS48驱动工作，其允许抢答时间为10s。关键字：锁存器；脉冲信号；减法器第页课程设计说明书 目 录1 绪论.12 方案论证.2 2.1 抢答器组成框图.2 2.2 具体设计方案.23 系统设计.3 3.1 抢答电路.3 3.2 1HZ脉冲产生电路.4 3.3 倒计时电路.54 系统调试与结果.65 课程设计器件.7 5.1 74LS48引脚图及功能表 .8 5.2 74LS75引脚图及功能表.9 5.3 74LS161引脚图及功能表.9设计总结及体会.10致谢.11参考文献.11 第 10 页课程设计说明书 1 绪论 在举办各种智力竞赛活动中，常常需要确定谁是第一抢答的人。数字式抢答器利用电子器件可以准确的解决这一问题。数字式抢答器允许抢答者在规定的时间范围内进行抢答，可以用数字显示抢答者的序号，并配有相应的灯光指示和声报警功能；对犯规抢答者（指在抢答开始命令下达前抢答者），除用声、光报警外，还应显示出犯规者的序号；若规定抢答时间已到，要告示任何输入的抢答信号均无效，除非重新下达抢答命令。 本次课程设计，主要掌握译码器、十六进制加/减计数器的逻辑功能和工作原理，设计可预置时间的定时电路；分析与设计时序控制电路。画出定时抢答器的整机逻辑电路图，掌握智力抢答器的工作原理及其设计方法，并对各种元器件的功能和应用有所了解。并能对其在电路中的作用进行分析。另外还要掌握电路原理和分析电路设计流程，每个电路的设计都要有完整的设计流程。这样才能在分析电路是有良好的思路，便于查找出错的原因。 在本次课程设计中，将主要设计一个供八人使用的定时抢答器。他要实现以下主要功能：（1）为4位参赛选手各提供一个抢答按钮，分别编号1、2、3、4；（2）主持人可以控制系统的清零与抢答开始；（3）抢答器要有数据锁存与显示的功能。抢答开始后，若有任何一名选手按动抢答按钮，则要显示其编号及绿灯亮至系统被主持人清零，同时其他人再按对应按钮无效。抢答还没有开始前抢答者，显示违规抢答者，红灯亮；（4）抢答器要有自动定时功能，并且一次抢答时间为10秒。当主持人启动“开始”键后，定时器自动减计时，并在显示器上显示；（5）参赛选手只有在设定时间内抢答方为有效抢答。若抢答有效，则定时器停止工作，并且显示抢答开始时间直到系统被清零；（6）若设定时间内无选手进行抢答（按对应按钮），红灯亮，此时抢答无效。利用本次设计出的电路制造成的定时抢答器，即可轻松实现在人或个代表队之间进行的抢答比赛中进行控制，使得这一活动更加趣味、公平。2 方案论证2.1 抢答器的组成方框图如图1所示。开始开关1号抢答者2号抢答者3号抢答者4号抢答者清零开关控制电路抢答电路倒计时电路电路显示编码显示时间图1 抢答器的组成方框图2.2 具体设计方案 采用74LS753四D触发器、四输入与门、二输入与非门、BCD-7段译码器，各5个开关，二级管及电阻若干，构成枪答器，用二级管显示对应抢答者，并用BCD-73段译码器显示对应抢答者的编号，当有人抢答时，及当有人按下抢答开关后，用低电平锁住四D触发器。当使用清零开关后才允许下次抢答。倒计时控制，采用74LS1613四位二进制计数器、五个非门、四输入与门和BCD-7段译码器。用74LS161四位二进制计数器控制倒计时间，输入一个脉冲计时一次，用BCD-7段译码器显示时间。用置数法进行74LS161倒计时设计，通过非门输出反码，实现减数计算。倒计时受三方面控制，用四输入与门实现，一是主持人，二是抢答者，三是时间。主持人按下开关控制时间计时开始；当有人抢答时，输出低电平经过反码器输出高电平控制时间，当为高电平时时间停止计时；当时间为0时，停止计时。若时间到0还没有人抢答，用二极管显示时间已到，此后抢答无效。只有当三个控制通知为一时工作，其他时候保持输出。主持人控制74LS161的置入端。 用5553定时器构成多谐振荡器，设计脉冲信号。3 系统设计3.1 抢答电路该电路的根本任务是准确的判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可用触发器和锁存器等。在得到第一信号后应立即将电路的输入封锁，即使其他组再次发出抢答信号也无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人清零之后才有效。当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，并用发光二级管直接指示出组别（这里我们采用LED数码管显示）。同时用第一抢答信号控制一个发光二级管，发光二级管不亮表示该题抢答有效。本电路用一个74LS75双锁存器、BCD-7段译码器和LED数码管显示器组成，可以将四位抢答者的按钮通过双锁存器，驱动LED数码管显示器显示出他们最先抢答者的序号。当有人抢答时，抢答电路和定时电路停止工作。 具体抢答电路如图2所示。 图2 抢答电路3.2 1HZ脉冲产生电路该电路的采用555定时电路。555定时电路是一种电路简单且多用途的单片中规模集成电路。该电路使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器。因而要波形的产生与变换、测量与控制、家用电器和电子玩具等等许多领域中都得到了广泛的应用。根据电路的工作原理，可得电路输出矩形脉冲的周期为。秒脉冲电路如图3所示。图3 秒脉冲电路3.3 倒计时电路该电路的采用74LS1611做为个位数计时，它是一个十六进制加法译码显示计数器，采用置数法，再经过反相器到BCD-7段译码器显示出时间，从9秒到0，到0时如果还没有人抢答，则红灯（发光二极管）亮。在计时过程中（时间还没有到0），只要有人抢答，计时器则停止工作，并显示时间。主持人控制开关开始时，倒计时开始计后，到时间为0时停止计时。倒计时电路如图4所示。图4 倒计时电路4 系统调试与结果组装时分脉冲、抢答与倒计时分两部份。在连接脉冲信号产生电路时，发现频率过大，远远超过1HZ，经检查、调试及工作原理后，发现时由于在接入电阻时过小，只有几百欧，而电路要求需要几百千欧的电阻，在这里，除了接入一个4.7千欧的电阻R1，另外接入150千欧的电阻，经计算可得周期为1.0025s。在连接倒计时电路时，总是显示乱码，经过多次检查及调试后，有两个原因导致BCD-7段译码器显示乱码，一是由于电路没有连接好，接触点出现松动，导致接触不良而出现乱码；二是由于BCD-7段译码器的针脚接错了位置，认真阅读说明重新修改电路。经改动过后，总体电路为如图5所示。图5 总体电路本次数字电路用multisim11.0软件仿真，其结果与实验结果一直，符合设计要求。5 课程设计器件课程设计器件如表1所示。表1 课程设计器件元件名称元件描述元件数量74LS00二输入与非门174LS20四输入与非门274LS48编码器274LS75锁存器174LS161计数器2数码管与74LS48配合274LS04反向器7555脉冲1发光二极管674LS32与门3电阻若干电容25.1 74LS48引脚图及功能表 74LS482芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中，下面我就给大家介绍一下这个元件的一些参数与应用技术等资料。74LS482引脚图如图6所示。图6 74LS48引脚图74LS48引脚功能表一七段译码驱动器功能表如表2所示。表2 74LS48引脚功能表一七段译码驱动器功能表74ls48引脚功能表七段译码驱动器功能表十进数或功能输入BI/RBO输出LTRBID C B A abcdefg0HH0 0 0 0H11111101Hx0 0 0 1H01100002Hx0 0 1 0H11011013Hx0 0 1 1H11110014Hx0 1 0 0H01100115Hx0 1 0 1H10110116Hx0 1 1 0H00111117Hx0 1 1 1H11100008Hx1 0 0 0H11111119Hx1 0 0 1H111001110Hx1 0 1 0H000110111Hx1 0 1 1H001100112Hx1 1 0 0H010001113Hx1 1 0 1H100101114Hx1 1 1 0H000111115Hx1 1 1 1H0000000BIxxx x x xL0000000RBIHL0 0 0 0L0000000LTLxx x x xH11111115.2 74LS75引脚图及功能表 74LS751引脚图如图7所示。 图7 74LS75引脚图 74LS75功能表如表3所示。表3 74LS75功能表5.3 74LS161引脚图及功能表 74LS161引脚图如图8所示。图8 74LS161引脚图 74LS161功能表如表4所示。表4 74LS161功能表输 入 输 出 RCPPECEPCETD3D2D1D0Q3Q2Q1Q00 0 0 0 0 1 0 d c b a d c b a 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 1 1 1 状态码加1 设计总结及体会（1）在两天的实验电路的绘制过程中查阅了课本和其他的一些资料,经过数次修改最终得到了初步设计电路。（2)接下来的两天运用MAX+PLUXII软件进行仿真过程中最终确定了具体的实验电路方案. (3)在两天的电路连接过程中遇到很多困难,比如:芯片的损坏造成结果错乱、线路的连接错 等等都对实验结果造成不同程度的影响。在此次电路设计时发现了设计的问题，及面包板出现问题，由于面包板多次使用，导致接触出现了不同程度的松动，这是这次设计不能顺利完成的原因，另外还要了解到74LS48芯片与BCD-数码管的配合使用。 这次课程设计是对这学期数字逻辑课程所学内容的一次综合练习，从中不仅强化了我对教材中知识的理解和掌握。而且也拓展了我在数字电子技术方面的知识，和对自己所学专业的认识。课程设计更是一个把所学知识应用于实践的过程，它对我动手能力的提高不言而喻。同时我从这次课设中知道：知识不仅仅是写在书本上的文字和死板的理论，它更是指导我们实践的工具。一些比较简单的逻辑器件，经过一定的理论知识分析，将它们组合在一起就构成了我们生活中普遍应用。完成课程设计的任务以后，看到自己的成果感到很有成就感，从而加强了自己对本课程的兴趣，更加有利于对本课程方面知识的进一步拓展性学习。致谢 此次抢答器课程设计我学到了很多知识，使我对单片机的认识以更加深刻！在此次课程设计中，我在乐丽琴老师的精心指导和严格要求下，巩固了所学理论知识，极大地提高了实践动手能力，同时了解了许多单片机的一些基本知识，为我今后进一步学习计算机方面的知识打下了坚实的基础。在此，我衷心感谢申老师指导和支持。由于本次课程设计花了比较多的时间去找资料和同学们交流，就是通过问老师和同学才把课程设计做出来的。所以这次课程设计能够顺利的完成，当然有我个人的努力，但同时也离不开指导老师的答疑解惑，同时也让我明白了，别人帮助的重要性。有了大家的帮忙，才能事半功倍。而且在别人的身上可以学习到很多知识。在此我向老师表示感谢,谢谢老师