四人抢答器课程设计报告.doc

电子技术课程设计电子技术课程设计 智力竞赛抢答器 姓名：郑亚林班级：08级电子一班学号：200800800461指导老师：李素梅四人智力竞赛抢答器一、设计目的1、掌握四人智力竞赛抢答器电路的设计。2、熟悉数字集成电路的设计和使用方法。3、掌握应用Multisim软件对电路的设计及仿真二、设计任务与要求1、设计任务设计一个可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器的数字电路。设定答题时间为30秒倒计时，时间到时，蜂鸣器会报警至主持人按下复位键。选手抢答时，数码显示选手组号，同时计分部分对应选手组别的发光二极管发光，在30秒内答对时主持人按下加分键，给相应的组别加一分。2、设计要求(1)4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为J1，J2，J3，J4。(2)给主持人设置一个控制按钮J5，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和一个加分按钮J6，用来给同学加分，设定最高分为9(3)抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。(4)抢答器具有定时30秒答题倒计时的功能。当选手按下抢答按钮后，开始倒计时，显示器显示倒计时间，倒计时结束时，扬声器响，保持到主持人将系统清零为止。三、四人智力竞赛抢答器电路原理及设计1、设计思路抢答器整个系统可分为三个主要模块：抢答鉴别模块、计分模块、答题倒计时模块。即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存器锁存相应的选手编码，同时用数码管把选手的编码显示出来，对应加分模块的发光二极管也会发光。当有选手抢答成功后，30秒答题倒计时开始跑秒，若选手在规定的时间内答对题，主持人按下J6给相应的选手加一分并且按下J5，系统清零。2、系统框图 抢答开始后，当选手首先按某一开关键时，可通过触发锁存电路被触发并锁存，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。然后在译码器中译码，将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状态。最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出。如图1.组别显示 抢 答鉴 别电 路CLR1234分数显示计分电路 ADD时间显示倒计时电路 图1 系统框图 3、单元电路设计及元器件选择（1）抢答电路 电路如图2所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁定74LS175的功能真值表即优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示选手编号；二是要使其他选手随后的按键操作无效。图2 抢答电路其工作原理为：本电路采用74LS175四上升沿D触发器，CLR为清除端（低电平有效）由主持人控制按键J5控制。选用该芯片的三个输入与输出（见图2）开始时，输入端1、2、4分别接低电平，J3通过两个二极管D1、D2接到输入1和2端，因此，当J3按下时输出1和2均为高电平，为十进制的3，通过数码管便可显示抢答的组别。当主持人按下J5时，74LS175的清零端为低电平，使其被强制清零，输入的抢答信号无效。开始时74LS175的清零端接高电平，74LS175正常工作，四个Q非端与在一起为高电平，再和输入的时钟脉冲信号一起给74LS175脉冲端，当有人抢答时，输出有一个为高电平，74LS21输出为低电平，没有脉冲信号输入，因此74LS175被锁定，从而使得其他选手按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。当选手回答完毕或时间到后，主持人按下控制开关J5,抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 （2）计分电路 电路如图3所示。当有选手抢答后，计分部分对应的优先抢答的选手的发光二极管会发光，当其在规定的时间内答对题的话，主持人按下计分按键J6,则该选手的分数会加一，答错或没答上来会不加分，同时主持人按下控制开关J5,抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。图3 计分电路其工作原理为：开始有74LS138对输出端1、2和4进行译码，由138的输出Y1、Y2、Y3和Y4输出为低电平表示对应于的抢答按键依次按下，取反后分别连在74LS160的ENP和ENT端从而对四片160进行选择，同时连接的发光二极管用以显示优先抢答的组别。而160的脉冲输入端由J6控制，由于160时钟脉冲下降沿有效，因此先接入高电平，当按下J6时，接入低电平，160对此开始计数。160的输出端连接数码管，用以显示该选手的得分情况。（3）倒计时电路电路如图4所示。由两个74LS192构成30秒倒计时。开始时为39秒，当选手抢答后，倒计时器开始倒计时，30秒跑完后，蜂鸣器开始响至主持人按下复位控制按键J5时，蜂鸣器响停止，同时显示为30秒，等待下一轮抢答。图4 倒计时电路其工作原理为：与非门74LS05连接抢答电路74LS175输出端1Q、2Q和4Q控制74LS192的置数端，同时将U4的输入A端和B端接高电平，同时将剩下的输入端和U6的输入端接地。而U6的BO端接U4的DOWN脉冲端，输出端接连数码管显示时间，倒计时部分的的192的连接见图4。由三个或非门分别对输出端进行选择，再将其进行相与，输出连接蜂鸣器和非门，非门输出再与时钟脉冲相与接到U6的DOWN脉冲端。当输出不全为零时，非门的输出为高电平，脉冲正常工作，当输出全为零时，非门输出为低电平，U6的DOWN脉冲端一直为低电平，从而使192不能正常工作，从而实现30秒倒计时和到点蜂鸣器响的效果。（5）秒脉冲发生器秒脉冲发生器是有555构成的多谐振荡器。由于在电路中仿真时函数传递很缓慢，因此在电路用时钟脉冲电源代替，不过在实际设计时还是要用555构成的多谐振荡器。图5 555多谐振荡器 下面是当把C6改为10nF即输出为1KHz脉冲信号时，仿真后示波器显示的波形图： 4、四路抢答器总电路图 图5 总电路图 将积分电路部分的74LS138的三个输入端接到抢答电路部分的74LS175的1Q、2Q和4Q输出，将倒计时电路部分的与非门74LS05连接抢答电路74LS175输出端1Q、2Q和4Q，变形成了总的抢答器电路图，如上图。四、测试结果打开仿真开关后，组别显示数码管和计分电路的数码管均显示零，而倒计时部分的数码管显示的为答题的时限30。如下图： 图6 初始电路显示图当开始抢答后，组别显示数码管会显示优先抢答的选手组别，同时抢答电路被锁定，其他选手再按下抢答按键时也不会显示，倒计时电路会开始倒计时，同时计分电路中对应的选手组别的发光二极管会发光。若选手在规定的答题时间内答对题时，主持人会按下加分按键J6，则该选手对应的分数会相应的加一，同时主持人按下复位按键J5，电路回到初始状态，等待下一轮的抢答；若选手在30秒内答错或没有答题时，时间一到蜂鸣器会报警，此时该选手不得分，主持人按下复位按键J5，电路回到初始状态，等待下一轮的抢答。显示结果图见图5，为第一组的选手抢答成功，组别显示为一，同时对应的发光二极管会发光，并且该选手在30秒内答对了题目，因此他的分数显示为一，此时倒计时跑秒到21秒。当主持人按下J5时，电路清零，答题的显示结果如图6，只是第一组的分数显示为一。随着抢答题目的增多，不同选手对应的分数也会发生相应的变化。（规定总分为九，先得到九分的选手为第一名，依次排列）五、设计过程中的问题和解决办法（1）在开始设计抢答电路部分时，遇到不知如何让组别输出显示为三的问题。经过查找资料和分析后，逐步更改测试达到了上面抢答电路的电路图。（2）设计倒计时电路的秒脉冲时，用555构成多谐振荡器产生秒脉冲，但是仿真时在仿真时传递函数时间很缓慢，改变555扩展的电阻和电容增加产生的信号的频率。（3）对总电路仿真时，传递函数时间很缓慢，等上长时间倒计时部分不出结果，因此改变秒脉冲信号和抢答部分74LS175的时钟脉冲的频率。（4）用555多谐振荡器做脉冲信号时，改变频率进行调试时，比较麻烦，因此在电路中用时钟脉冲电源代替555多谐振荡器。六、心得体会 这一课程设计使我将课堂上的理论知识有了进一步的了解，并增强了对数字电子技术这门课程的兴趣，同时对用Multisim软件对电路进行设计和仿真有了初步的了解。对平时数电课上所学的电子元件的工作原理有了更进一步的了解，如：74LS175、74LS138、74LS160、74LS192等。这次的抢答器电路设计也让我认识到光靠