多路智力竞赛抢答器设计.doc

课程设计报告题 目： 多路智力竞赛抢答器设计 课程名称： 电子课程设计 学 院： 信息工程学院 专 业： 电子信息工程 班 级： 学生姓名： 学 号： 指导老师： 成 绩： 开课时间： 学年 学期多路智力竞赛抢答器的设计摘要 抢答器常用于知识竞赛、文体娱乐活动中，通过抢答者所处位置的数字显示，能准确、公正、直观地判断出第一抢答成功者。 本次设计由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本抢答功能，即计时抢答后，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，禁止其它选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。本此设计灵活运用数电知识，利用数字电子技术实验箱，实现多路智能竞赛抢答器的设计。做到集抢答器和数显倒计时器于一体。并通过七段数码管显示倒数计时与成功抢答者，并在倒计时到时蜂鸣器报警。通过本次课设，作为初学者能积累一定的实践经验，掌握一般设计方法与实验步骤，为将来进入更为复杂的应用领域奠定基础。关键词： 抢答器、锁存电路、倒计时、74LS148The Design of Multiple Intelligence ResponderAbstract Responder commonly used in knowledge contest, sports and entertainment events, by vies to answer first the position of the digital display, accurate, impartial, intuitive judgment of the first successful answer.This design is composed of two parts, the main circuit and the expansion circuit. Main circuit completed basic vies to answer first the function, namely time answer. When the players press the answer key, which displays the player number and blocking input circuit to prohibit the other contestant vies to answer first. The expansion of the circuit to complete timing responder function.This design flexibility in the use of the number of electrical knowledge, by means of digital electronic technology experiment box, design and implementation of multichannel intelligence competitions viing to answer first. Do set responder and digital countdown timer in one. And display the countdown and answer by seven digital tube, and in the countdown when the buzzer alarm. Through this course, as a beginner can accumulate some practical experience, master the general design method and the experimental procedure, for the future to enter more complex application areas lay the foundation.Key words Responder Latch circuit Countdown 74LS148 第一章 绪 论51.1 课题研究的背景51.2 课题的研究目的和现实意义51.2.1 研究目的51.2.2 现实意义51.3 课题的研究内容5第二章 抢答器总方案及原理框图72.1电路设计原理框图72.2电路设计方案设计7第三章 设计的目的及任务83.1 课程设计的目的83.2 课程设计的任务与要求83.2.1基本功能83.3时间安排9第四章 各部分电路设计104.1抢答电路设计104.2定时电路设计114.3报警电路设计124.4时序控制电路设计124.5整机电路设计13第五章 电路的安装与调试155.1 抢答电路的安装与调试155.1.1 安装抢答电路155.1.2 调试抢答电路155.2定时电路设计155.2.1 安装定时电路155.2.2 调试定时电路155.3总电路的安装与调试155.3.1 安装总电路155.3.2 调试总电路165.4 调试中遇到的问题及解决的方法165.4.1 抢答电路所遇问题及解决方案165.4.2 计时电路所遇问题及解决方案175.5 电路的实验结果175.5.1 抢答电路实验结果175.5.2 计时电路实验结果18第六章 总 结206.1结 论206.2展 望206.3致 谢206.4参考文献21第一章 绪 论1.1 课题研究的背景 信息时代的21世纪，人类开始迈入了数字化和科技化的智能世界。抢答器的发展就是人类社会进步和科学发展的标志之一。抢答器是一种应用非常广泛的电子电气设备，在各种抢答、竞赛中，它能客观地分辨出最先获得发言权的选手以及实现设定发言时间、记录分数等功能。而早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辨认选手号码。 1.2 课题的研究目的和现实意义 1.2.1 研究目的 在这个竞争激烈的社会中，知识竞赛，评选优胜，选拔人才的活动愈加频繁。在竞赛中，都是多个选手一起参加，如果采用举手回答的方式来进行竞赛已经不适应社会的需要。并且在主持人提出问题的时候，如果让选手举手进行抢答，这在某种程度上会因为主持人的主观误判造成比赛的不公平性。而在当今社会里，比赛要追求准确、公正、直观地判断出第一抢答者，这时候智能抢答器就派上用场了。 1.2.2 现实意义 在知识竞赛、文体娱乐活动（抢答赛活动）中，多功能智能抢答器能准确、公正、直观地判断出抢答者的座位号。另外，它还可以通过数据来说明裁决结果的准确性、公正性。使比赛大大增加了娱乐性的同时，也更加公平、公正。 1.3 课题的研究内容 抢答器各部分采用中小规模集成数字电路，用机械开关做按钮为控制开关，完成抢答的输入与触发。我们应对中小规模集成电路应用技术熟悉了解，才能完成他的基本功能，由于所用场合的不同，对抢答器功能的要求也不同。换句话说，要研究它的多变性和灵活性。第二章 抢答器总方案及原理框图2.1电路设计原理框图主体电路显示电路译码电路锁存器优先编码电路抢答按钮报警电路控制电路主持人控制开关控制电路定时电路译码电路显示电路秒脉冲产生电路定时抢答器的总体框图如上图所示。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，即计时抢答后，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，禁止其它选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。2.2电路设计方案设计如图1.1所示。接通电源时，节目主持人将开关置于“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题目后，说一声“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：优先编码电路立即分辩出抢答者的编号，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声响，提醒节目主持人注意控制电路要对输入编码电路进行锁存，避免其它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。第三章 设计的目的及任务3.1 课程设计的目的1掌握电子系统的一般设计方法2掌握门电路器件的应用3培养综合应用所学知识来指导实践的能4掌握常用芯片的识别和测试5熟悉常用仪表，了解电路调试的基本方法3.2 课程设计的任务与要求3.2.1基本功能（1）设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别时0、1、2、3、4、5、6、7，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。（2）给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。（3）抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。3.2.2扩展功能（1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30s）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间3s左右。（2）参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。（3）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统 短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示00。3.3时间安排时间周一周二周三周四周五备注16周资料查找主抢答电路设计与实现定时电路设计与实现报警电路设计与实现控制电路设计与实现17周调试答辩撰写报告第四章 各部分电路设计4.1抢答电路设计抢答电路的功能有两个：一是能分辩出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其它选手的按键操作无效。选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图4.1所示。图4.1抢答电路其工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的端为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平。于是74LS48的0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出010，0，经过RS锁存器后，CTR1，1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR1，使74LS148的端为高电平，74LSE148 处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以方便进行下一轮抢答。4.2定时电路设计节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。具体电路如图4.2所示。 图4.2 计时电路4.3报警电路设计由芯片74LS192、74LS10、74LS00、74LS04构成的报警电路如图4.3所示。其中192的功能是预制的定时时间。其输出信号经4号引脚推动扬声器， 使扬声器报警，达到报警功能。 图4.3 报警电路4.4时序控制电路设计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，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。（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）当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。根据上面的功能要求以及图4.2、4.3，设计的时序控制电路如图4.4所示。 图4.4时序电路图中，图4.4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4.2中的74LS279的输出CTR0，经芯片74LS04反相，A1，则从74LS112输出端来的时钟信号CP能够加到74LS279的CPD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，来自于图4.2中74LS192的借位输出端1，门G2的输出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按键时，CTR1，经74LS04反相，A0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，74LS00的输出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，来自74LSE192的0，1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，芯片10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。74LS192用于控制报警电路及报警时间。4.5整机电路设计经过以上各单元电路的设计，可以得到定时抢答器的整机电路，如图4.5所示 图4.5 总电路图第五章 电路的安装与调试5.1 抢答电路的安装与调试5.1.1 安装抢答电路（1）根据电路图选取所用芯片； （2）分别把各芯片放在适当位置，注意芯片方向；（3）使用 74LS279 时，1S1、1S2 引脚连一起，3S1、3S2，引脚图如图 4.1 所示；（4）根据电路图连线，连线前检测导线是否完好。5.1.2 调试抢答电路（1）接入电源，按下抢答键，数码管显示相应抢答结果；（2）检查是否锁存：如再次输入对抢答结果无影响，锁存成功； （3）各指标达到要求后进行下一部安装。5.2定时电路设计5.2.1 安装定时电路（1） 根据电路图选取所用芯片； （2）分别把各芯片放在适当位置，注意芯片方向；（3）根据电路图连线，连线前检测导线是否完好。5.2.2 调试定时电路（1）利用两片 74LS192 进行 30 进制减计数，利用两个数码管显示；（2）调整 P1、P2、P3、P4 引脚进行置位；（3）达到要求后进行下一部安装。5.3总电路的安装与调试5.3.1 安装总电路（1） 把两部分的电路接好，进行整体测试、观察，如图 5.3 所示； （2）针对各阶段出现的问题，逐各排查校验，使其满足设计要求。5.3.2 调试总电路（1）按设计要求，有人抢答即停止计时；当计时至0时，锁存输入端； （2）检查时序电路设计是否满足相应。 图5.3.1连线图5.4 调试中遇到的问题及解决的方法 5.4.1 抢答电路所遇问题及解决方案问题:当有选手按下抢答键时，会出现随机的数值，并且不对应我们本来的设计思路，有时还不显示选手号码。解决方法：根据问题的现象，我们仔细分析了它的原理，了解到该电路中存在着竞争与冒险的问题，即当74LS1478输入端有信号输入时，引脚由0变为1比的速度更快，换句话说，当还没有输出任何信号时，74LS148的引脚已经被置1，从而使得74LS148无法工作而让数码管无法显示选手编号。于是，我们改变了电路的搭配，并换置了芯片，重新设计了电路结构，最终达到数码管能很好的显示选手编号的效果。5.4.2 计时电路所遇问题及解决方案遇到的问题：计时器到达00后不能停止，继续跳动到99。. 解决方案：分析电路，发现是CP脉冲的问题。然后画出了CP脉冲及产生CP波形各处的的波形图，分析波形发现，在输入端因借位产生低电平时，CP处在低电平，而输入端的输出与1S的脉冲相或后，产生高电平，使CP由低电平变为高电平，因而有了一个上升沿脉冲，使74LS192又计了一个数，即从00跳变到99。后经过分析讨论，又在74LS192CP输入引脚前加了一个非门，使原来的信号取反，取反之后，在CP处在低电平时，输入端的输出与1S的脉冲相或后，产生低电平，不会再产生一个上升沿脉冲，于是计数器便可以在跳到00后停止。5.5 电路的实验结果 5.5.1 抢答电路实验结果 图5.5.1抢答结果5.5.2 计时电路实验结果 图5.5.2计时结果 图5.5.3计时完毕第六章 总 结6.1结 论一周半的课程设计终于结束了。回顾这一周半的时间，我收获了不少知识，也解决了很多问题。这次课程设计让我认识到设计思路才是整个设计的灵魂，只有对课题的充分了解，对个元器件的引脚、功能熟练掌握，才能为后续工作提供更扎实的基础。实验中，减计数至0时不停止计数，经检查，输出端CTR未取反，取反后此部分电路问题解决。还有就是芯片装反，功能得不到体现。除此之外，我也明白了课本知识与实际应用之间的距离。不管书本知识学的有多好，不通过实际应用我们学的就是死知识，到头来可能都是无用功。只有将理论与实际相结合才能对所学的知识灵活掌握。同时，我也学会了团队合作，合理的安排让我们节省了很多时间。在设计过程中，遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，终于找出了原因所在，也暴露了前期我学习中知识的欠缺和经验不足。6.2展 望一个多星期的课程设计，让我知道了什么是理论与实践相结合。这次课程设计，使我对数电这门课更加