八位抢答器的设计与制作.doc

武汉理工大学电工电子技术课程设计说明书学 号： 0121311370532课 程 设 计题 目智能抢答器的设计与制作学 院自动化学院专 业电气工程及其自动化班 级电气1303班姓 名王芳指导教师王宏年月日课程设计任务书学生姓名： 王芳 专业班级： 电气1303班 指导教师： 王宏 工作单位： 武汉理工大学 题 目：智能抢答器的设计与制作 初始条件： （1）可同时供名选手抢答输入，每人一个开关；（2）稳定显示与输入开关编号相对应的数字0-7；（3）主持人一个开关以控制开始或显示清0（4）当有人抢答时，其对应编号立即显示并锁存，且其他选手被禁止选作: 设计具有定时抢答功能的电路，由主持人预先设定时间要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）（1） 设计任务及要求（2） 方案比较及认证（3） 系统框图，原理说明（4） 硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明（5） 调试记录及结果分析（6） 对成果的评价及改进方法（7） 总结（收获及体会）（8） 参考资料（9） 附录：器件表，芯片资料时间安排：6月27日7月30日：明确课题，收集资料，方案确定7月30日7月2日：整体设计，硬件电路调试7月2日7月4日；报告撰写，交设计报告，答辩指导教师签名： 2015年 月 日 目录摘要1Abstract11.设计任务与要求22.方案比较及认证23.系统框图，原理说明3 3.1数字抢答器总体方框图3 3.2单元电路设计现代3 3.2.1抢答器电路设计3 3.2.2定时电路设计3 3.2.3报警电路设计44.硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明5 4.1硬件原理及采用的器件功能说明6 4.2完整电路图75.调试记录及结果分析76.对成果的评价及改进方法87.总结（收获及体会）88.参考资料89.附录：器件表，芯片资料9 摘要 八位抢答器是一个可供八个参赛组进行智力竞赛的电气装置，该装置由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛组的输入信号在显示器上输出；用控制电路的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。本文详细介绍了抢答器的设计方案、功能、及在设计过程中所做的改进。关键词：抢答定时报警时序 八位Abstract eight-waydigitalansweringdevicecircuitdesignideasandfeatures. It is a available for eight teams to quiz electric device, the device is composed of main body and extension circuit. Priority coding circuit, latch, decoder circuit will be competing teams of the input signal on the display output; Host in control circuit switch start alarm circuit, the above two parts the main circuit, through the timing circuit and decoding circuit will be second pulse signal output on the display function of timing circuit constitute extension. This paper introduces the design scheme of the buzzer, functions, and improvements in the design process. Key words:answeringracer,timing,alarming,counting,8-wire智能抢答器的设计与制作1.设计任务与要求1、抢答器同时供8名选手比赛，分别用8个按钮表示。2、设置一个系统清除G和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。3、抢答器具有第一抢答信号鉴别与锁存功能，抢答成功后，显示组别、发出声响。4、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(如30秒)。5、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为止。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，定时显示器上显示0。2.设计方案比较及认证 制作抢答器可以用单片机来完成，它制作简单而且功能完善，所用原件少整体清晰；也可以用PLC来实现，它的制作也是比较简单；最后也可以用数字电路来实现，它的原理比较简单，集成块的价格也比较便宜且很容易购买，与我们学院的联系紧密，能将我们所学知识用于实际，对巩固所学知识有重要意义，用了一些成型电路，如NE555标准秒脉冲电路等，使总体方案易于实现。3.系统框图与原理比较3.1数字抢答器总体方框图 如图所示为总体方框图。接通电源后，主持人将开关拨到“清除”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。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。当一轮抢答之后，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。图3-1 系统整体框图3.2单元电路设计3.3.1抢答器电路设计 选用优先编码器74LS148和锁存器74LS297。接通电源后，开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灯灭，定时器显示设定时间：定时器倒计时，扬声器给出音响提示。抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示，扬声器提示。抢答结束后，这个电路可以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编号；而且可以禁止其他选手按键，其工作无效。将2Q2接EI端，可以优先锁存数据。保证了抢答者的优先性。图3-2 抢答器电路设计3.3.2定时电路的设计 如图所示，定时电路是十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路,组成是CD4511译码电路和2个7段数码管。74LS192的预置数控制端可以帮助预置数，由主持人设计答题时间，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。当有人抢答时，显示显示出来倒计时时间并且停止计数；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，2BO输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警。 图3-3 定时电路设计图 可预置时间的定时电路原理：十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路,CD4511译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图所示。两块74LS192实现减法计数,74192的预置数控制端实现预置数，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。按键掷向接地端进行预置数，掷向另一端开始减计数，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间。3.3.3报警电路的设计 555定时器和三极管构成的报警电路。其中555构成多谐振荡器，振荡频率0f1.43（R32R2）C，其输出信号经三极管推动扬声器。4端为控制信号，当4端为高电平时，多谐振荡器工作，4端为低电平时，多谐振荡器停止工作，要达到达到报警的目的，仿真中用了与非门控制蜂鸣器。 图3-4 报警电路的设计4.硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明4.1硬件原理及采用的器件功能说明 74LS148为8线3线优先编码器，以下为其功能表 表4-1 74LS148的功能表由以上的的功能表，74ls148输入端优先级别的次序依次为I7，I6，I0。当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输出端才输出相应该输入端的代码。图4-2 74LS279管脚图 图4-3 74LS148N管脚图 74LS279在接法上有点不同，其中上图所示的1S1,及1S2要连接到一起，和1R1一起组成SR触发器，输出为1Q1，这里千万不能把1S1误认为和1R1是一组的。 图4-4 74LS192管脚图74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。LD为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出。 74LS192具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。 表4-5 74LS192的功能真值表4.2完整电路图 图4-6 整体电路图5.调试记录及结果分析 组装调试抢答器电路，设计可预置时间的定时电路，并进行组装和调试。当输人1Hz的时钟脉冲信号时，要求电路能进行减计时，当减计时到零时，能输出低电平有效的定时时间到信号。组装调试报警电路。在主持人将开关打到开始之后，可以看到数码管没显示。此时开始工作，各位选手可以抢答。各位选手的编号分别是从0-7.，当主持人奖开关掷向开始端，开始抢答。当选手掷开关5时，数码管上显示4,同时二极管发光。可以看选手选中其他开关时，显示对应的数字。6.对成果的评价及改进方法本次课设中，我选择了用数字电路完成作品，其中大量涉及到数电课所接触到的学习内容，与课本精密结合。例如用到74LS148编码器，使我们掌握编码器的工作原理，74LS279运用到触发器的知识，CD4511和共阴数码管运用到显示译码器的知识，74LS192使用使我们学会了构成计数器的方法，于此同时还用到555定时器。在仿真过程中由于电路结构比较复杂，而且，之前没有接触到这个软件，开始还觉得很担心，刚开始把整个电路仿真出来后无法出现结果，只好对电路分模块仿真，逐渐发现其中的问题，之后慢慢耐心学习，一遍遍重复试验，最后才仿真出最终结果。改进的话，这个试验原理图还是有一点复杂，我们还可以运用其他方法使整个电路更加简单明了。 7.总结（收获及体会） 本次实物制作是自己一步步接出来，在接线的过程有时会出现接错引脚的情况，不过经过多次检查，改正接线过程的错误，经过两天的时间，基本完成抢答器的实物制作。充分运用到了自己所学的知识。当查找到大致模块时，就自己动手一部分一部分的绘出抢答器实现需要的电路，例如在运用到各种芯片，我会先去了解芯片的功能表，引脚图，然后对各个芯片进行系统的总结，进行相应的控制。在此过程中自己的接线技术有一定程度的提高，同时加深了自己对电路的理解，另一方面也锻炼了自己的动手能力，我觉得从中收获很多。刚开始接触这个软件时，无从着手。只能是按照老师给定的步骤一点一点让下进行。结果可想而知，不尽如人意，出现很多问题。和同学间相互讨论，解决遇到的问题。在连接电路时候遇到的问题是最多的，很多问题，比如芯片坏了，面包板也有问题，最后经过不断的摸索和尝试，完成了实验。8.参考文献1.伍时和主编数字电子技术基础，清华大学出版社，伍时和主编2.董玉冰主编Multism9在电工电子技术中的应用，清华大学出版社3.谢自美主编电子线路设计，实验，测试，华中科技大学出版社4.李