多路电子抢答器(2).doc

株 洲 师 范 高 等 专 科 学 校2010 届毕业论文（设计）多路电子抢答器系 部： 物理与电子工程系 专 业： 应用电子技术 班 级： 07级应电班 学生姓名： 程融荣 学 号： 04207129 指导教师： 黄卓冕 2010年6月摘 要在计算机支持的信息技术时代，电子技术日益数字化，数字电路以其的基本单元简单化，应用单元标准化、模块化、通用化的特点，长驱直入地深入到电力、通讯、计算机、家电、机械等行业的应用。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。关键词：抢答电路 ；定时电路； 报警电路 ；时序控制 AbstractSupport in the computer information technology era, the growing digital electronic technology, digital circuit of the basic unit of its simplicity, the application of unit standardization, modularization, General of the characteristics and depth to run its electric power, communications, computers, home appliances, machinery, etc. applications. Answer the number of circuits is controlled by the main circuit and expansion. Priority encoder circuit, latch, decoder circuit will be teams of the input signal in the display output; with control circuitry and the host switch alarm circuits, and above the main circuit composed of two parts. Through the timing circuit and decoding circuit to generate pulse signals in the display output timing functions, constitute the expansion of the circuit.Keywords: Vie for answering the circuit,Timing circuit,Warning circuit,Time sequence controllingI目 录摘 要I第一章 绪 论1第二章 设计要求22.1设计要求22.2设计任务22.3抢答器的组成框图3第三章 抢答器各个模块工作原理简述43.1 开关阵列43.2四D触发器43.3数码显示管63.4蜂鸣器8第四章 抢答器电路的制作与调试94.1原理图制作9第五章 总 结10参考文献12致 谢13附 录14物理与电子工程系毕业设计第一章 绪 论关于这次设计的用于多人竞赛抢答的器件，在现实生活中很常见，尤其是在随着各种智益电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛，让观众看得更有情趣。可见抢答器在现实生活中确实很实用，运用前景非常广泛。在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，通过抢答和必答两种答题方式能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识，进行智力抢答竞赛活动时，一般将参赛队员分为几组，然后根据竞赛规则进行抢答。一般抢答规则为：主持人按下开始开关后，在规定的时间内进行抢答，抢答只有一组有效，当在规定的时间内没人抢答，此题无效。13物理与电子工程系毕业设计第二章 设计要求2.1设计要求本项目是一款采用D触发器数字集成电路制成的数字显示四路抢答器，它利用数字集成电路的锁存特性，实现优先抢答和数字显示功能，要求如下：（1）设计一个可供4名选手参加比赛的4路数字显示抢答器。他们的编号分别为“1”、“2”、“3”、“4”各用一个抢答按钮，编号与参赛者的号码一一对应。（2）抢答器具有数据锁存功能，并将锁存的数据用LED数码管显示出抢答成功者的号码。（3）抢答器对抢答选手动作的先后有很强的分辨能力，即使他们的动作仅相差几毫秒，也能分辨出抢答者的先后来。即不显示后动作的选手编号。4）主持人具有手动控制开关，可以手动清零复位，为下一轮抢答做准备。抢答器主要包括开关阵列电路，数码显示器、4D触发器.蜂鸣器报警电路等常用集成组合逻辑器件的工作原理、逻辑功能测试方法及其应用。2.2设计任务1正确连接译码显示电路。2测试D触发器逻辑功能。3四人抢答器的制作与调试2.3抢答器的组成框图抢答器的一般组成框图如图1所示。它主要由开关阵列电路、触发锁存电路、LED数码显示电路和蜂鸣器报警电路等几部分组成。下面逐一给予介绍。开关阵列电路触发锁存电路数码显示电路蜂鸣器报警电路图1第三章 抢答器各个模块工作原理简述3.1 开关阵列该电路由四个单刀双掷开关所组成，每一竞赛者与一组开关相对应。当开关接上端触点时，输出相应Q输出端为高电平，反之输出低电平。图2为四路开关阵列电路，从图上可以看出其结构非常简单。当任一开关按下时，相应的输出为低平，否则为高电平。图23.2四D触发器触发锁存电路由四D触发器74LS175构成，当某一开关首先按下时，触发锁存电路被触发，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。3.2.1触发锁存电路图3所示为74LSl75外引线排列图和逻辑电路图。其中，是异步清零控制端。D0D3是并行数据输入端，CP为时钟脉冲端，Q0Q3是并行数据输出端，是Q0Q3的反码数据输出端。图4所示电路的数码接收过程为：将需要存储的四位二进制数码送到数据输入端D0D3，在CP端送一个时钟脉冲，脉冲上升沿作用后，四位数码并行地出现在四个触发器Q端。图 3图4图5示是4位集成寄存器74LSl75图5下表1所示是D触发器74LS175功能表：清零时钟输入输出工作模式CP1D2D3D4D1Q2Q3Q4Q00000异步清零11D2D3D4D1D2D3D4D数码寄存11保持数据保持10保持数据保持表1特性方程：当D=0时Qn+1=0，当D=1时Qn+1=1，由此得D触发器特性方程为Qn+1=D.图6所示即为4路触发锁存电路。图中74LS175为4D锁存器，一开始，当所有开关均未按下时，锁存器输出全为高电平，经4输入与非门和非门后的反馈信号仍为高电平，该信号作为锁存器使能端控制信号，使锁存器处于等待接收触发输入状态；当任一开关按下时，输出信号中必有一路为低电平，则反馈信号变为低电平，锁存器刚刚接收到的开关被锁存，这时其它开关信息的输入将被封锁。由此可见，触发锁存电路具有时序电路的特征，是实现抢答器功能的关键。说明：CLK代表时钟脉冲输入端CP POL代表功能输入端M。图63.3数码显示管本设计采用的为LED数码管，其功能是对最先按下开关的抢答者编号给予显示。设计中采用的是LED数码管，下7图是半导体数码管的外形图，图8为其等效电路。半导体数码管有共阳极型和共阴极两种类型。共阳极型中各发光二极管阳极连接在一起，接高电平，ag和DP各引脚中任一脚为低电平时相应的发光段发光；共阴极型号中各发光二极管的阴极连接在一起，接低电平，ag和DP各引脚中任一脚为高电平时相应的发光段发光（DP为小数点）。一个LED数码管可用来显示一位09十进制数和一个小数点。小型数码管（0.5寸和0.36寸）每段发光二极管的正向压降，随显示光（通常为红、绿、黄、橙色）的颜色不同略有差别，通常约为22.5V，每个发光二极管的点亮电流在510mA。图7为所示为半导体数码管外观图，图8为半导体数码管等效电路 f图7 图8表2列出了ag发光段的十种发光组合情况，他们分别和十进制的十个数字相对应。表中H表示发光的线段，L表示不发光的线段。七段显示组合与数字对照表：发光段数字abcdefg0HHHHHHL1LHHLLLL2HHLHHLH3HHHHLLH4LHHLLHH5HLHHLHH6HLHHHHH7HHHLLLL8HHHHHHH9HHHHLHH表2半导体数码管的优点是工作电压较低（1.53V）、体积小、寿命长、工作可靠性高、响应速度快、亮度高，字形清晰。半导体数码管适合于与集成电路直接配用，在微型计算机、数字化仪表和数字钟等电路中应用十分广泛。半导体数码管的主要缺点是工作电流大，每个字段的工作电流约为10mA左右。下图9所示是设计中用到的数码显示电路：图93.4蜂鸣器蜂鸣器报警器主要是对抢答起始和终止给予提醒，有人开始抢答蜂鸣器处于工作状态。设计中用到的报警电路如下图5-9所示，其输入端接四输入与非门74LS20的输出端，与非门与触发锁存电路的四个反向输出端相连，只要有人按下开关，与非门输出高电平驱动报警电路工作。图10第四章 抢答器电路的制作与调试4.1原理图制作4.1.1元器件选择下图所示为四人抢答器电路原理图，以下内容是抢答器的制作与调试说明。电路组成及其元器件的选择说明。.1、开关阵列电路：本设计抢答者一律采用单刀双掷开关，主持人用单刀单掷开关，由2、于触发锁存电路采用TTL集成电路组成，故主持人上拉电阻R可取1K欧。3、触发锁存电路：选择74LS175四D锁存器。4、显示单元电路：选择L数码管作为显示单元电路。5、报警电路用蜂鸣器。4.1.2 安装应注意：由于电路所用的元器件较多，所以在安装前要做好检查工作，确保元器件质量可靠。要认真处理好每个元器件的引线，镀上锡。依次将电阻器，电容器，二极管焊到电路板上；再将三极管焊到电路板上，要注意区分两类不同型号的管子，绝对不可装错发光二极管可以装在电路板上，也可以根据要求装在外壳上，用导线与电路板相连接，注意辨别发光二极管的极性。最后连接扬声器和电源导线。抢答按钮开关和一个复位开关要用导线与电路板相连接。为了使用方便也可以增加插头 插座来连接抢答按钮开关，这样在不用时可以断开抢答按钮与主机的连接。电路装好后可以进行调试，接通电源，用导线把二极管的正极与电源的负极相连接，这时扬声器会发生鸣叫，表明电路的音响部分正常。然后可依次试验各路抢答按钮开关，要搞清楚发光二极管与抢答按钮开关的对应关系。某一路首先按下，与之对应的发光二极管就会两起来，同时扬声器会发生鸣叫。如果某一路出现问题，就应检查与那路相应的元器件是否组装正确，有没有虚焊等。一般情况下只要组装正确，不需调试就可工作。如果对抢答器的音响不满意可以改变电阻RP1的阻值，阻值越大声音越低沉，阻值越小声音越尖锐。第五章 总 结通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。我知道做课程设计同时也更是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。经过两个星期的课程设计，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无穷。生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实践，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以，而且设计也是一个团队的任务，一起的工作可以让我们有说有笑，相互帮助，配合默契，多少人间欢乐在这里洒下，大学里一年的相处还赶不上这十来天的合作，我感觉我和同学们之间的距离更加近了；我想说，确实很累，但当我们看到自己所做的成果时，心中也不免产生兴奋； 正所谓“三百六十行，行行出状元”。我们同样可以为社会作出我们应该做的一切，这有什么不好？我们不断的反问自己。也许有人不喜欢这类的工作，也许有人认为设计的工作有些枯燥，但我们认为无论干什么，只要人生活的有意义就可。社会需要我们，我们也可以为社会而工作。既然如此，那还有什么必要失落呢？于是我们决定沿着自己的路，执着的走下去。同时我认为我们的任务是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。设计中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个设计失败。团结协作是我们成功的一项非常重要的保证。而这次课程设计也正好锻炼了我们这一点，这也是非常宝贵的。对我们而言，知识上的收获重要，精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次实习必将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆！通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。进这次课程设计综合应运了数字电子技术所学的知识和电路制作和仿真调试软件，将理论和实践相结合，增强对理论知识掌握的同时，更增强了学生对知识的应用能力和动手能力。同时同学们分组讨论，互相学习，共同步。课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！参考文献1.赵淑范 王宪伟, 电子技术实验与课程设计 清华大学出版社2006年8月2.刘修文, 使用电子电路设计制作300例 中国电力出版社2004年12月3.高吉祥， 电子技术基础实验与课程设计 电子工业出版社 2008年5月4.吕思忠， 数子电路实验与课程设计. 哈尔滨工业大学出版社2008年8月5.康华光 电子技术基础模拟部分. 高等教育出版社2003年4月6.康华光. 电子技术基础(数字部分) 高等教育出版社2003年4月7.刘建成 电子线路试验教程 北京气象出版社2004 年1月8.蔡杏山 . 零起步轻松学数字电路 人民邮电出版社2006年 6月9.王彩君 数字电路实验 . 国防工业出版社2006年7月10.王建新. 电子线路实践教程. 科学出版社2003年9月11.顾德仁. 脉冲与数字电路. 高等教育出版社1985年7月12.刘建成. 电子线路试验教程. 北京气象出版社2004 年1月13.韩克. 电子技能与EDA