数字式竞赛抢答器课程设计.doc

电子技术 课程设计报告 课题： 数字式竞赛抢答器 班级 电气3081 学号 3082110103 学生姓名 专业 电气工程及其自动化 系别 电子信息工程系 指导教师 电子技术课程设计指导小组 电子信息工程系 2010年12月 数字式竞赛抢答器一、 设计目的a） 培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。b） 学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计，自行制作和自行调试。c） 进行基本技术技能训练，如基本仪器仪表的使用，常用元器件的识别，测量，熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。d） 培养学生的创新能力。e） 熟悉常用数字逻辑电路的工作原理及使用方法f） 掌握数字式竞赛抢答器的电路的组成、工作原理和设计方法。二、 设计要求 a） 设计制作一个可容纳8组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。b） 根据数字式抢答器的功能和使用步骤，设计抢答者的输入抢答锁定电路，抢答者的显示电路。c） 设计定时电路，声，光报警或音乐片驱动电路d） 设计控制逻辑电路，启动、复位电路。注；抢答器使用步骤为（1） 电路上电前，由主持人进行系统复位，确定抢答允许时间。（2） 抢答者听到抢答命令后，通过各自的按钮开关输入抢答序号三、 总体设计1数字抢答器总体方框图 总体方框图如图1所示。其工作原理：先接通电源，主持人将开关调到清零状态，此时抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始状态，宣布开始抢答。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成，其效果为：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。译码显示译码电路锁存器优先编码电路抢答按钮 主体电路主持人控制开关报警电路显示电路定时电路秒脉冲产生电路控制电路译码电路 扩展电路图1 设计框图2、总体设计思路本设计有一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响。抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示编号，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除。参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除。如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答。抢答器可同时供8名选手使用，用8个按钮S0 S7表示。3 、 数字抢答器总排线图 此图由仿真软件做出。四、 单元电路设计 1抢答部分电路 如图2所示。 图2 抢答部分电路电路功能：1.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该编号；2.是禁止其他选手按键操作无效。注：本部分电路主要器件为集成块74LS148。74LS148为8线3线优先编码器，详见其功能表图3。 2定时部分电路图4 可预置时间的定时电路主持人设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。3报警部分电路报警电路如图5所示，由555定时器和三极管构成的。555构成多谐振荡器，振荡频率fo143（RI2R2）C，其输出信号经三极管推动扬声器。PR是控制信号，当PR为高电平，多谐振荡器工作，反之电路停振。图5 报警电路4时序控制电路 时序控制电路将完成三个功能：（1）主持人将控制开关拨到“开始”位置时，抢答电路和倒计时电路工作，电路进行正常抢答状态。（2）当参赛选手按动抢答按钮，扬声器发出声音并且对应组别的指示等发光，提示哪个参赛选手优先抢答，此时倒计时电路停止工作。（3）当设定的抢答时间到之后无人抢答，扬声器发声报警，同时抢答电路和倒计时电路停止工作。图6 时序控制电路图6工作原理：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置，来自图 2中的74LS279的输出 1Q=0，经G3反相， A1，时钟信号CP能够加到74LS192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，则“定时到信号”为 1，门G2的输出=0，使 74LS148处于正常工作状态从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q1，经 G3反相A0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时门G2的输出=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到，则“定时到信号”为0，=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时门G1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的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声时间5元器件清单 序号编号名称数量说明174LS192十进制可逆计数器2片工作电压5V2NE555单稳态触发器2片工作电压5V374LS48七路显示译码器3片工作电压5V474LS148优先编码器1片工作电压5V574LS279触发器1片工作电压5V674LS121非重触发单稳态触发器1片工作电压5V77400与非门1片工作电压5V87411与门1片工作电压5V97404反向器1片工作电压5V109013三极管NPN1个11R3、R4510电阻3只12R268k电阻2只13R115k电阻 2只14R6100k电阻1只15R51k电阻2只16R710k电阻10只17C10.1uF3只18C10uF2只19C2100uF1只20Speaker蜂鸣器1只8，6V21SW弹片开关9只22单刀双置开关1只23LED发光二极管2只24DPY_7-SEG共阴极七段数码显示管3片五、 调试1、抢答部分电路 此部分电路主要是实际焊接时要仔细焊接，我在操作过程中有4根线接错，调试时发现然后改正。2、定时部分电路用示波器检查555的输出波形是否为1Hz的方波信号，如不是对555的外围电路进行调整达到要求为止。给74LS192的数据输入端设定一次抢答的时间。观察显示器的显示时间是否进行减计数，有问题按原理进行修改。3、时序控制及报警部分电路（1） 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，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按键时，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。 六、 电路测试及测试结果整机电路调试开始时主持人将控制开关接地，抢答电路部分锁存器74LS279的状态输出全为0，74LS48的灭灯输入与锁存器74LS279的Q1相接，故抢答电路无显示；同时，在计时电路部分，减法计数器74LS192的预置数端为0。预置数送入减法计数器中。当主持人按键弹起时，计数器开始计数工作同时抢答开始。在没有人按键且抢答时间没到时，优先编码器/Yex输出为1，计数器BO2输出为1，74148的5端，即0, 优先编码器和计数器都正常工作；当在规定时间有人按下抢答按键时，/YEX输出为“0”， CTR=1，/ST=1，优先编码器停止工作，选手的抢答无效，电路将按键者的编号显示在LED上；同时CTR=1，计数部分的计数脉冲=0，计数器停止工作，此时的倒计时时间记录并显示在LED上；74148的/Ys端由1跳变到0，74121有状态2， Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警，持续时间为=4.3秒。在规定时间内无人抢答，BO2由1跳变到0，74121有状态2， Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警持续时间为=4.3 秒；ST=1，抢答停止，此后的抢答按键无效。七、 设计总结本次课程设计我们组共有6人参加，在2个星期的时间里，大家互相帮助，分工明确，用团结的力量完成各项任务。在设计初期，由于很难设计出符合要求的电路图，我们曾陷入一段时间的困境之中，但小组中有个别同学在数电方面比较突出，在他的努力下，修改原先的电路图，从而完成了关键的电路图设计及修改工作。在后面的实际操作过程中，更是体现出我们分工明确的优点。部分人去电子市场购取器件，部分人负责器件的发放，最后大家一起焊接，互相询问和帮助，从而让我们组成员都完成了操作。在此还要特别感谢我们的课程设计指导老师王林高以及其他各位老师的指导与帮助。 八、 参考文献1 电子技术基础.数字部分（第四版）