数字电子设计(数字式竞赛抢答器)2.doc

0 电子技术基础电子技术基础 课课 程程 设设 计计 题目名称 数字式竞赛抢答器 姓 名 沈彬彬 学 号 20104479 班 级 10 级电气 06 班 指导教师 申利平 重庆大学电气工程学院重庆大学电气工程学院 20122012 年年 6 6 月月 1 目目 录录 1 1 前言 前言 2 2 2 2 课题的设计目的 课题的设计目的 2 2 3 3 课题的设计内容和要求 课题的设计内容和要求 2 3 2 3 4 4 设计思路 设计思路 3 4 3 4 5 5 设计方案 设计方案 4 9 4 9 5 15 1 总体方案原理框图总体方案原理框图 4 4 5 25 2 单元电路的设计方案单元电路的设计方案 5 9 5 9 5 2 15 2 1 抢答开关电路抢答开关电路 5 6 5 6 5 2 25 2 2 定时电路定时电路 6 7 6 7 5 2 35 2 3 报警电路报警电路 7 7 5 2 45 2 4 计分电路计分电路 8 8 5 2 55 2 5 时序控制电路时序控制电路 9 9 6 6 主要仪器与设备主要仪器与设备 10 10 7 7 组装调试组装调试 10 11 10 11 8 8 参考文献 参考文献 11 11 9 9 结论与心得体会 结论与心得体会 12 12 2 1 1 前言前言 随着现代科学技术的发展 抢答器械也由以前的各种传统式抢答器演变到现在的 数字式抢答器 抢答器应用广泛 工厂 学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛 抢答器是必要设备 在各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节 举办方多数采用让选 手通过举答题板的方法来判断选手的答题权 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 从而达不到抢答的真正效果 为了解决此类问题 现代科学 技术把抢答器推上一个新的平台 从而告别了传统抢答模式 数字式抢答器是利用一 些数字集成电路组成 其中包括抢答电路 定时电路 时钟产生和时序控制电路 报 警电路 计分电路组成 数字式抢答器能够弥补以前的诸多不足之处 以提高信号接 收的快速性 准确性 应用到日常生活中能够给人们带来更大的方便 以提高效率 2 2 课题的设计目的 课题的设计目的 1 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 2 熟悉常用数字逻辑电路的工作原理及使用方法 3 3 课题的设计内容和要求课题的设计内容和要求 在许多比赛活动中 为了准确 公正 直观地判断出第一抢答者 通常设置一台 抢答器 通过数显 灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者 同时还可以设置记分 犯规及奖励记录等多种功能 该设计就是针对上述各种要求设计出的供 6 名选手参赛 3 使用的数字式竞赛抢答器 本题要求是 1 设计制作一个可容纳六组参赛的数字式抢答器 每组设计一个抢答按钮供抢答 者使用 2 电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能 在主持人将系统复位并发出抢答指 令后 若参赛者按抢答开关 则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别 同时扬声器发出 嘀 嘟 的双音音响持续 2 3 秒 此时 电路应具备自锁功能 使 别组的抢答开关不起作用 3 设置记分电路 每组在开始时预置成 100 分 抢答后由主持人记分 答对一次 加 10 分 否则减 10 分 4 设置定时电路 30 秒时仍无人抢答 则报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止 抢答 5 设置犯规电路 对提前抢答和超时抢答的组别鸣喇叭示警 并由组别电路显示 出犯规组别 4 4 设计思路设计思路 1 本题的根本任务时准确的判断出第一抢答者的信号并将其锁存 实现这一功能可用 触发器和锁存器等 在得到第一信号后应立即将电路的输入封锁 即使其他组再次发 出抢答信号也无效 同时还必须注意 第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后 才有效 否则应视为提前抢答而犯规 2 当电路形成第一抢答信号之后 用编码 译码及数码显示电路显示出抢答者的组别 也可以用发光二级管直接指示出组别 还可以用鉴别出的第一抢答信号控制一个具有 两种工作频率的交替变化的音频振荡器工作 使其推动扬声器发出两个笛音音响 表 示该题抢答有效 4 3 记分电路可采用 3 位七段数码管显示 由于每次都是加或减 10 分 故个位总保持 为零 只要十位和百位做加 减计数即可 可采用两级十进制加 减计数器完成 5 设计方案设计方案 5 15 1 总体方案原理框图总体方案原理框图 其工作原理为 接通电源后 主持人将开关拨到 清零 状态 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 主持人将开关置拨至开始 状态 宣布 开始 抢答器工作 抢答定时器 30 秒倒计时 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 优先判断 编号锁存 编号显示 扬声器提示等功能 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 清零 命令 主 持 人 抢 答 开 关 组别锁定 第一信 号鉴别 组别显示 数码管 组别显示 LED 窄脉冲形成 稳压电源 图 1 数字式智力竞赛抢答器原理框图 定时器 犯规电路 音频信号发生器 预置 记分电路 加分 主持人 减分 主持人 5 5 25 2 单元电路的设计方案单元电路的设计方案 5 2 15 2 1 抢答开关电路抢答开关电路 电路如图 2 所示 图 2 抢答开关电路 该电路完成两个功能 一是分辨出选手按键的先后 并锁存抢答者的编号 同时 译码显示电路显示其编号 抢答者对应的那盏灯亮 二是禁止其他选手按键操作无效 工作过程 开关 S 置于 清零 端时 RS 触发器的 端均为 个触发器输出置 R 使 74LS148 的 ST 使之处于工作状态 当开关 S 置于 开始 时 抢答器处于等 待工作状态 当有选手将键按下时 如按下 S5 74LS148 的输出 010 012 YYY 0 EX Y 经 RS 锁存后 1Q 1 1 74LS48 处于工作状态 Q Q Q 101 经译码显 示为 并且经过 74LS138 译码后使得第五组的输出为低电平 驱动那组的 LED 灯 亮 此外 1 使 74LS148 的ST 处于禁止状态 封锁其他按键的输入 6 当按键松开即按下时 74LS148 的 1 EX Y 此时由于仍为 使ST 所以 74LS148 仍处于禁止状态 确保不会出二次按键时输入信号 保证了抢答者的优先性 如有再次抢答需由主持人将 开关重新置于 清除 端 然后再进行下一轮抢答 5 2 25 2 2 定时电路定时电路 由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 计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供 可预置时间的电路选用十 进制同步加减计数器 74LS192 进行设计 图 3 定时电路 7 工作过程 由 555 电路产生秒脉冲信号作为 74LS192 的 CP 信号 首先预置时间 如图 3 所示的为 30 秒倒计时电路 即左边预置 ABCD 1100 右边预置 ABCD 0000 按下 左边开关时 显示器即显示 30 然后进行倒计时 5 2 35 2 3 报警电路报警电路 由 555 定时器和三极管构成的报警电路如图 4 所示 其中 555 构成多谐震荡器 振荡频率 fo 1 43 RI 2R2 C 其输出信号经过三极管推动扬声器 PR 为控 制信号 当 PR 为高电平时 多谐振荡器工作 反之电路停震 图 4 报警电路 8 5 2 45 2 4 计分电路计分电路 图 5 计分电路 计分电路采用 74LS192 进行设计 其工作过程为 首先根据要求使得每个小组预 置分为 100 分 因为每答对一题加 10 分 错扣 10 分 所以末位始终为 0 故只需 2 片 74LS192 左边 DCBA 0001 右边 DCBA 0000 当开关按下时 load 端输入低电平 74LS192 进入置位状态 显示译码器显示为 100 当加信号即开关 J1 按下时 给入 UP 9 端一个脉冲信号 实现加 1 当减信号及 J2 按下时 DOWN 端给入一个脉冲信号 实现 减 1 5 2 55 2 5 时序控制电路时序控制电路 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 图中 门 G1 的作用是控制时钟信号 CP 的放行与禁止 门 G2的作用是控制 74LS148 的输人使能端ST 图六 时序控制电路 图 6 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 图 2 中的 74LS279 的输出 1Q 0 经 G3 反相 A 1 则时钟信号 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ST 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 1Q 1 经 G3反相 A 0 封锁 CP 信号 定时器处于保持工作状态 同时 门 G2的输出ST 1 74LS148 处于禁止工作 状态 从而实现功能 的要求 当定时时间到时 则 定时到信号 为 0 ST 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 10 触发器 74LS121 用于控制报警电路及发声的时间 6 6 主要仪器与设备 主要仪器与设备 数字电路试验箱 集成电路 74LS148 1 片 74LS279 1 片 74LS48 6 片 74LS138 1 片 74LS192 4 片 NE555 2 片 74LS00 3 片 74LS121 1 片 电阻 510 5 只 1K 2 只 10K 1 只 15K 2 只 20K 6 只 68K 2 只 电容 10uF 1 只 0 1uF 2 只 10uF 1 只 三极管 3DG12 1 只 其他 发光二极管 8 只 共阴显示器 6 只 蜂鸣器 1 只 7 7 组装调试组装调试 1 1 组装调试的技巧组装调试的技巧 首先应该对电路进行检查 检查有无短路 有无虚焊等操作上的失误 确保电路按 照设计图正确安装后再进行调试 然后检查各个元件有无损坏 因为总体电路较为复杂 故先把电路分为若干个模块分别调试 在所有模块都能准 确无误地工作后 然后逐个进行拼装调试 直到所有模块之间能够完美衔接 电路实 现整体功能为止 2 2 调试过程中出现的故障 原因及排除方法调试过程中出现的故障 原因及排除方法 11 故障故障 电路中有些模块不能正常工作 原因原因 可能部分元件在安装上后工作时发生损坏 排除方法排除方法 再次检查各个元件的好坏情况 故障故障 各个模块之间连接后不能协作完成整体的功能 原因原因 模块的衔接处没有连接好 排除方法排除方法 检查模块的衔接处 确认衔接正常 8 8 参考文献参考文献 1 高吉祥主编 电子技术基础实验与课程设计 电子工业出版社 2002 年出版 2 历雅萍 易映萍编 电子技术课程设计 高等教育出版社 3 谢自美主编 电子线路设计 实验 测试 华中理工出版社 4 任致程主编 经典集成电路 400 例 机械工业出版社 5 彭介华主编 电子技术课程设计指导 高等教育出版社 2002 年出版 6 陈大钦主编 电子技术基础实验 电子电路实验 设计 仿真 高等教育出版社 2002 年出版 7 杨春玲编 电子技术课程设计指导书 哈尔滨工业大学教材科 1999 年出版 9 9 总结与心得体会总结与心得体会 1 1 电路的优缺点电路的优缺点 优点优点 电路的结构与各个模块的分工清晰 而且能够实现比较复杂的功能 很好的满 足了实际运用中的需求 缺点缺点 电路太复杂 需要的元件较多 成本较高 在实际运用中提高了成本 12 2 2 课题的核心及价值课题的核心及价值 本课题旨在检查学生的灵活运用理论的能力 动手操作能力 团队设计的能力等综合 能力 3 3 改进意见和展望改进意见和展望 个人感觉设计的东西都是一些原本较为成熟的产品 学生容易照抄照搬 这样提高 不了学生的自主创新能力 老师应该给一些新颖的课题让学生自己设计 这样可能对 学生的创新能力有所提升 在大家都有设计成果后应该开一个研讨交流会 让各个组之间能够互相学习