四路抢答器2.doc

竞赛抢答器1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：（1）掌握抢答器的构成、原理与设计方法；（2）熟悉集成电路的使用方法。1.2 基本要求（1）要求实现四组抢答一组抢答后，其余三组抢答无效；（2）本组抢答后，各组独立的灯光显示。1.3 发挥部分（1）抢答音响发声；（2）裁判桌上公共组别显示。2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个方向：（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。2 设计思路在这次的课程设计任务中，我们小组选抽到的课设题目是“四人智力竞赛抢答器”。此设计题目的主要目的主要包括：(1)能够掌握抢答器的构成、原理与设计方法;(2)能够熟悉集成电路的使用方法。为了能够成功完成此次设计，我查阅了许多相关资料，并结合课本内容，终于在规定时间内完成。以下便是我对于该课设题目的具体思路：首先该抢答器的基本要求是让我们实现四组抢答，如果一组抢答以后其余三组抢答无效，并且本组抢答以后，各组独立的灯光显示。此外，这个设计项目还要求我们在基本要求以外还能够发挥一些东西，在这里我主要设计了两个方面，一个是抢答音响发声装置，即当某人抢答时，会有声音提示；第二个是公共组别显示装置，即哪一组抢到以后，系统会自动在显示器上显示出该组的对应组号。为了完成以上的要求，我对电路进行了深入的研究，最后另该电路由4个D触发器、74LS21与门、74LS32或门、74LS49N七段显示译码器、555振荡器、显示器及电阻、三极管等元件构成。在该电路的基本要求部分中，主要是用来判断哪一个预定状态优先发生的电路，是判断知识竞赛中谁先抢答，主要工作过程是，开关按钮S1S4为抢答者按钮，S5为主持人按钮，当无人抢答时，S1S4均未被按下，由于D触发器只能在CP脉冲的上升沿到来时接受数据的特点，所以在CP等于0时，无论输入端D的状态如何，触发器都维持原状态不变，及实现了对其他组的“屏蔽”功能，此时其他组对应的二极管就不能发光，显示器显示为零，同时也没有响声告知。而当有人抢答时，如S1最先按下，1D为高电平，在CP的上升沿到来时输出端Q1翻转为1，对应的LED发光二极管发光，通过译码器的编译，显示其相应的组别号，同时Q2Q4和Q1通过74LS21与门后输出低电平，音响电路是低触发有效的，所以喇叭发生告知，同时经过74LS21输出的低电平使CP都为0，实现了信号的封锁，各个触发器的输出不再变化，其它的抢答者再按下按钮也不起作用，从而实现了优先判决作用。 而在发挥部分中，其一为抢答音响发声功能，该功能主要由一个555单稳态触发器和一个555多携振荡器构成，当开关按下时，触发555的输出端产生一正向脉冲，在此正向脉冲持续期(及T=1.1R1*C1),此时555多谐振荡器工作，并输出信号使喇叭发声；而另一部分为组别显示功能，在这里主要是由七段译码器74LS49N识别输入的二进制码，再输出给显示器显示组别号，且组别显示功能与发生功能和灯光显示同一时间工作。最后，当一组抢答结束后，由裁判控制开关闭合，这时，D触发器清零端工作，回复初始状态。之后，方可进行下一组抢答。3 设计方框图组别裁判触发器控制器灯光显示电路发声电路译码器 LED显示器4 各部分电路设计及参数计算41抢答电路411抢答电路原理图图4.1 抢答电路原理图412抢答电路电路介绍此部分电路是由主词人按扭S5，4组抢答者按扭S1，S2，S3，S4，74LS74型D触发器，74LS21与门电路构成的，能实现数据的输入，输出，对数据进行锁存的功能。通过与门的控制实现一组抢答其余3组无效的屏蔽功能。 此电路是通过CP来控制D触发器的开通和关断的，当无人抢答时， Q1-Q4均输出0，与其相反端输出的是1，把Q1-Q4反相输出端用一个与门相连，得到一个高电平，则当S1闭合，即第一组抢答，与门S1通过把1送给CP，使触发器工作，此时Q1输出高电平，其反相输出端输出0，与Q2，Q3，Q4与之后得到低电平，使CP均为0，达到了一组抢答其余3组无效的屏蔽功能。42灯光显示电路421灯光显示电路原理图 图4.2灯光显示原理图422灯光显示电路电路分析此电路是实现各组独立灯光显示的电路，为四个发光二极管共阴极连接，当某一输出端向其输出高电平，则该输出端发光二极管发光,且其余三组由于电路的屏蔽作用不能输出高电平，不能发光。43组别显示电路431组别显示电路原理图图4.3组别显示原理图432组别显示电路分析此部分电路是为了实现裁判桌上的分组显示，由4071BT_10V或门，74LS49N七位译码器，330电阻网络，七段显示译码管组成。B端出线的或门接Q1，Q3；C端出线端Q2，Q3；D端接Q4。当S1闭合，Q1=1，则DCBA=0001，所以显示1。同理：当S2闭合，则DCBA=0010，显示2。当S3闭合，则DCBA=0011，显示3. 当S4闭合，则DCBA =0100,显示4 。44 按键同时响铃电路441 按键同时响铃电路原理图 图4.4同时响铃原理图442 按键同时响铃电路分析 该电路是为了实现抢答同时响铃这一功能。当裁判闭合开关开始抢答以后，若有一组首先抢到闭合开关，则通过与门输出一低电平信号给响铃电路。此时，该低电平信号首先经555单稳态触发器作用工作：触发555的输出端产生一正向脉冲，在此正向脉冲持续期(及tw=1.1R1*C1),此时555多谐振荡器工作，并输出信号使喇叭发声。 5 工作过程分析该电路主要实现了一组抢答，其余三组抢答无效；本组抢答，各组独立灯光显示；抢答时音响发生；裁判桌上公共组别显示这四项功能。首先开关按钮S1S4为抢答者按钮，S5为主持人按钮，当无人抢答时，S1S4均未被按下，由于D触发器只能在CP脉冲的上升沿到来时接受数据的特点，所以在CP等于0时，无论输入端D的状态如何，触发器都维持原状态不变，对应的二极管就不能发光，显示器显示为零，同时也没有响声告知。当有人抢答时，例如S1最先按下，1D为高电平，在CP的上升沿到来时输出端Q1翻转为1，对应的LED发光二极管发光。通过译码器的编译，显示其相应的组别号，同时Q2Q4和Q1通过74LS21与门后输出低电平，音响电路是低触发有效的，所以喇叭发生告知，同时经过74LS21输出的低电平使CP都为0，实现了信号的封锁，各个触发器的输出不再变化，其它的抢答者再按下按钮也不起作用，从而实现了优先判决作用。 6 元器件清单序号名称型号数量1D触发器74LS7422555触发器234输入1输出与门74ALS21AM142输入1输出或门4071BT_10V25七段译码器74LS49N16开关按钮S57扬声器18LED七段数码显示器19电阻2310电容411三极管217发光二极管4 7 主要元器件介绍71 D触发器 图7.1D触发器引脚图及符号输入 输出 DDCPDQn1 n1 01 1010 0100 11 11011 00111 Qnn表7.1 D触发器真值表D触发器的状态方程为Qn+1Dn，其输出状态的更新发生在CP脉冲的上升沿，故又称为上升沿触发的边沿触发器，触发器的状态只取决于时钟到来前D端的状态。D触发器的D代表延迟或数据，它的输出是发生在早于一个时钟脉冲之前的D输入的函数。维持阻塞D触发器如图7.1所示。在时钟脉冲期间，在D输入提供“1”会导致输出变为1，否则输出变为0。其真值表(表7.1)表明这种关系，其中Qn+1是时钟脉冲以后的Q输出，它取决于D的输入状态。72 555 单稳态触发器 表7.2 555单稳态触发器555单稳态触发器的条件是输入低电平开始工作，进入暂稳态，内部电容充电当C充电至Vc=2/3*Vcc时，电路的输出电压Vo由高电平翻转为低电平，此时电路进入稳定状态。所以电路工作时间经计算为： T=1.1RC73 555多谐振荡器表7.3 555多谐振荡器 555多谐振荡器受到单稳态触发器送来的正向脉冲信号时，产生频率为f=1.43/(R3+2R4)C的周期性矩形波，之后令喇叭发声。74 74LS49N七段显示译码器图7.4 744874LS49N七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器显示数字。小 结随着期末的临近我们终于结束了这持续了一周多的电子课程设计。在这段时间里，我真正地感受到了理论学习与联系实际及动手操作的重要性，在以往只是注重书本上的知识之时，是完全不能体会到那种把抽象的道理付诸实际的困难。就如这次课程设计，本以为应该很容易完成的任务，但实际做起来却费了很大的功夫才得以完成。所以，只有理论联系实际，知识付予实践，才能最终找到问题所在，更进一步提高自身能力。我想这也就是大学学习要教会我们的吧。而当我最后看到自己通过努力而得到的成果之时，感受到的是无比的满足与充实。而当我刚刚拿到这次课程设计题目的时候，感受到的是一片迷茫，应该说是根本就不知道该从哪儿出开始，我想大多数同学也和我的感受差不多吧。这之后，我去图书馆借阅了好几本与之相关的书籍，用以做来参考和查阅。同时，我们同学之间也在进行着讨论与构思，最终我初步确立了自己对于此次可设的框架。再以后，就是用元件来填装组合每一部分内容。当碰到有不认识、不了解或是不清楚工作原理的器件时，我会去查阅手中的相关资料，若是没有，就会利用网络来进行查询最终我终于将我对于该设计的初步结构原理图绘制出来。可当在给老师检查校正的时候，却还是被挑出了几处错误，经过改正终于使我所设计的电路完成。不过，这还不算结束，之后我们还要经过上机制图，运用相关作图软件制作电子档的文件终于我在此次课设的最后时段将该报告的电子档及印刷版制作出来。经过一个多星期的努力与奋斗，我终于完成了上大学以来最难的一次实习，虽然感到很疲惫，但是心中的喜悦是无法用语言来表达的。并且，期间与同学之间的讨论与研究，老师对我的指导与教诲都让我获益良多。我想我会永远记住这次课程设计的，因为它让我学会了很多很多。致 谢在本次设计中，老师和同学都给了我莫大的帮助，我要真心说一句：“感谢你们。”我首先要感谢我们的张老师，在实习的这一周时间里，天天都能看见您忙碌的身影，为我们每一个人逐个答疑，对于我们一张张漏要洞百出的设计图纸，您总是耐心细致，逐一分析，找出其问题，又帮我们找出最简的解决方法，老师您辛苦了，真的很感谢您这些天对我们的帮助，您让我们开拓了视野，知道电子设计的世界是多么神奇，您严谨的工作作风也给我留下了很深的印象，我要想您一样做一个对工作兢兢业业，对学问严谨求实的人 。 其次我感谢我身边一直帮助我，鼓励我同学，在我遇到不懂问题的时候，在我灰心丧气没有自信的时候，是你们一直在我身边鼓励我，支持我，在我为了自己的一点点成绩而沾沾自喜的时候，是你们告诉我不许骄傲。最后，谢谢帮助过我的所有老师同学。参考文献1