智力抢答器.doc

智力抢答器湖南工学院数字电子技术课程设计说明书 题 目 智力抢答器 学生姓名 系 别 学 号 专业班级 指导教师 完成时间 课程设计任务书一、课程设计题目智力竞赛抢答器二、设计要求1、四组参赛者在进行抢答时，当抢答者按下面前的按钮时，抢答器都能准确地判断出抢先者，并显示相应的组号。2、抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动封锁其它各组进行抢答。3、系统应具有一个总复位开关。4、安装自己设计的电路。5、通电调试。三、提高部分1、抢答者犯规或违章（主持人未说开始抢答时，参赛者抢先按钮）时，应自动发出警告信号，以指示灯光闪为标志。2、抢答器应具有限时功能，抢答时限时为30秒。四、设计资料1、阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，19892、张乃国.电子测量.北京：人民邮电出版社，19853、彭介华.电子技术课程设计指导.北京：高等教育出版社，19974、华容茂.电工、电子技术实习与课程设计.北京：电子工业出版社，2000五、设计成果1、课程设计说明书（5000字左右）。2、作品六、设计提示：1、可用触发器、锁存器或编码器判断第一抢答者的信号并将其锁存，在得到第一信号 之后应立即将电路的输入封锁，同时还必须注意，第一抢答信号应在主持人发出抢答命令之后才有效。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，或用发光二极管直接指示出组别。同时控制音频振荡器工作。3、限时及显示电路可多谐振荡器、计数器、译码器和数码显示电路组成。前 言随着电子技术的飞速发展，社会发展步入了信息时代，随着信息时代对人才高素质和信息化的需求，随着高等教育发展的趋势，人们的生活水平提高，对精神生活的要求也就更高，这对电子领域提出了更高的要求。电子学是一门应用很广的科学技术，发展及其迅速。要学好这门技术，首先是基础理论的系统学习，然后要加技术训练，进而培养我们对理论联系实际的能力，设计电路的能力，实际操作的能力，以及培养正确处理数据、分析和综合实验结果、检查和排除故障的能力。同时也加深我们对电子产品的理解。智力抢答器的设计和测试作为此次课程设计的课题，我们采用一般意义上的设计方案，即采用集成芯片构成电路。在本次实践中，得到了本组其他组员和老师的大力支持，也得到了其他一些宝贵意见，在此一并感谢。由于时间和经验的关系，不足之处望加以批评指正，以便提高和完善。 作者：江君 2006年5月目录1. 设计任务与要求 -12. 设计原理 -23.方案确定-34. 单元电路设计-55. 电路设计说明-96.电路安装-107.电路调试与测试-118.元件清单-139.设计总计-1310.参考文献-1411.鸣谢-14附录A.电路原理图-15附录B. CB图-16目 录一、设计原理1二、方案确定2三、单元电路设计2四、电路设计说明9 五、电路安装10六、电路调试与测试11七、元件清单13八、设计总结13九、结束语14十、参考文献14十一、附 录15第1章 抢答器的功能要求1.1基本功能设计一个智力竞赛抢答器，可同时供4名选手或4个代表队参加比赛，他们的编号分别是0、1、2、3，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3。给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灯灭）和抢答的开始。抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。1.2扩展功能抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（30S）。当节目主持人按下“开始”按钮后。要求定时器立即倒计时，并在显示器上显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5S左右。参赛选手在设定的时间内抢答，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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁时后抢答，时间显示器上显示00。第2章 抢答器的组成框图2.1 设计方案本设计采用74LS148优先编码器分辨选手抢答的先后，并通过RS锁存器74LS279锁存抢答者的编号，再经过74LS48芯片译码驱动共阴极数码管显示的方案。此设计方案具有使用芯片少，电路简单明了等特点。2.2抢答器总体方框图定时抢答器的总体框图如图1所示。他主要由主体电路和扩展电路两部分组成。主体部分完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号。同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。 显示电路主持人控制开关扩展电路主体电路控制电路秒脉冲产生电路显示电路译码电路定时电路优先编码电路抢答按钮译码电路锁存器 图2-1 定时抢答器的总体框图 2.3工作原理图2-1所示定时抢器的工作过程是：接通电源时，节目支持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定的时间，当主持持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器倒计时，当定时时间到，却没有选手抢答时，输入电路被封锁，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成下面几个工作：1.优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后有译码显示电路显示编号；2扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；3.控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；4.控制电路要使定时器停止工作，时间器上显示抢答时间，并保持到主持人将系统清零为。当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。图2-2 抢答器原理图第3章 单元电路的设计3.1 抢答电路设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。这里选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279完成上述功能，其电路图如图3-1所示。图3-1 抢答电路其工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平。于是74LS48的=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作，当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待状态，等待输入端I7I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S4）,74LS148的输出=010， =0，经RS锁存器后，CTR=1，=1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=100，经74LS48译码后，显示器显示出“4”，此外，CTR=1，使74LS148的端为高电平，74LS148处于禁止工作的状态，封锁的其他按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接受，这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，有主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，进行下一轮的抢答3.2 定时电路设计节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。具体电路如图3-2所示。图3-2 可预置时间定时电路3.3 报警电路设计由555定时器和三极管构成的报警电路如图3-3所示，555定时构成多谐震荡器，震荡频率为：f=1.34/（R1+R2）C，其输出信号经三极管推动扬声器，PR为高电平时，多谐震荡器工作，否则震荡停振。图3-3 报警电路3.4 时序控制电路设计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： 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人正常抢答工作状态。 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。 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答器电路和定时电路进入正常工作状态。根据上面的功能要求以及图3-1和图3-2，设计的时序控制电路如图3-4所示。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的输入使能端。图3-4所示电路的工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自于图3-1所示的74LS192的输出CTR=0，经G3反相，A=1，则从555输出端来的时钟信号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，来自于图3-2所示74LS192的借位输出端=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按钮时，CTR=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=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，来自74LS192的=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。图3-4 抢答与定时电路的时序控制电路3. 5 整机电路设计经过以上各单元电路的设计,可以得到定时抢答器的整机电路,如3-5所示.图3-5 定时抢答器的主体逻辑电路图第4章 元器件的选择4.1 74LS148优先编码器 图4-1 74LS148芯片在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上的编码信号。不过在设计优先编码器时已经将所有的输入信号按优先顺序排了队，当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。图4-2给出了8线-3线优先编码器74LS148的逻辑图。如果不考虑由门，和构成的附加控制电路只有图中虚线框以内的这一部分。 从图4-2写出输出的逻辑式，即得到 （4-1）为了扩展电路的功能和增加使用的灵活性，再74LS148的逻辑电路中附加了由门，和组成的控制电路。其中为选通输入端，只有在的条件下，编码器才能正常工作。而在时，所有的输出端均被封锁在高电平。选通输出端和扩展端用于扩展编码功能。由图4-2可知 （4-2）图4-2 8线-3线优先编码器74LS148的逻辑图从图4-2还可以写出 （4-3） 这说明只要任何一个编码输入端有低电平信号输入，且S1，即为低电平。因此，的低电平输出信号表示“电路工作，而且有编码输入”。根据式（4-1）、(4-2)和（4-3）可以列出表4-1所示的74LS148的功能表。它的输入和输出均以低电平作为有效信号。表4-1 74LS148的功能表由表中不难看出，在电路正常工作状态下，允许当中同时有几个输入端为低电平，即有编码输入信号。的优先权最高，的优先权最低。当时，无论其余输入端有无输入信号（表中以X表示），输出端只给出的编码，即。当、时，无论其余输入端有无输入信号。只对编码，输出为。其余的输入状态同上。表中出现的3种情况可以用和的不同状态加以区分。图4-3 74LS148的符号图（a）和管脚图 (b)4.2 74LS279芯片74LS279芯片具有锁存器的功能。其引角图如下图4-4所示：图4-4 74LS279芯片引脚图74LS279内部是由4个RS触发器组成的。当有一个人优先抢答后其它的就不能抢答了。其它的虽然有电平输入，但是输入的电平保持原态不变。4.3 七段显示译码器74LS48按内部连接方式不同，七段数字显示器分为共阴极和共阳极两种接线图（如图4-5所示）（a） 管脚排列图; (b) 共阴极接线图; (c) 共阳级；（d）发光段组合图 图（a） 图（b） 图（c）图（d）图4-5七段数字显示器如图4-6所示（a）74LS48的管脚排列 （b）74LS48的引线排列 图4-6 (a) 74LS48的管脚排列图 图4-6(b) 74LS48的引线排列试灯输入： 当“”=0 / =1时，若七段均完好，显示字形是“8”，该输入端常用于检查74LS48显示器的好坏; 当 “” =1时，译码器方可进行译码显示。 用来动态灭零，当“”= 1时 ，/ =0， 输入A3A2A1A0=0000时，则=0使数字符的各段熄灭；为“=0/=1”灭灯输入/灭灯输出，当“”=0时不管输入如何, 数码管不显示数字； 为控制低位灭零信号,当=1时, 说明本位处于显示状态;若 “”=0, 且低位为零, 则低位零被封锁。3.4 74LS192十进制同步加减法计数器表4-2 74LS192功能表CPUCPDCRDCBAQDQCQBQAXXX1XXXX0 0 0 0XX00d c b ad c b a 110XXXX加计数110XXXX减计数1110XXXX保持原状态中规模集成计数器74LS192。它是一种可预置的BCD可逆计数器，它的输出端QD、QC、QB、QA输出的是BCD码（二十进制码）。3.5 555定时器图 4-7 555 定时器(a) 电路结构； (b) 引脚图 555的内部电路结构如图4-7所示。其中，三极管起开关控制作用，C1为反相比较器，C2为同相比较器，比较器的基准电压由电源电压+VCC及内部电阻的分压比决定。RS触发器具有复位控制功能，可控制三极管的导通与截止。第五章 组装与电路调试5.1.组装1.检测与查阅器件 用数字即成电路测试仪检测所用的集成电路。通过查阅集成电路手册，标出电路图中各集成电路输入、输出端的引脚编号。2.连接电路按电路图连接电路。先在电路板上插好各种器件。在插器件的时候，要注意器件的活口方向，同时要保证各管脚与插座接触良好，管脚不能弯曲或折断。指示灯的正、负极不能接反。在通电以前先用万用表检查各器件的电源接线是否正确。5.2电路调试首先按照抢答器的功能进行操作，若电路满足要求，说明电路没有故障。若某些功能不能实现，就要设法查找并排出故障，排出故障可按照信息流程的正向（由输入到输出）查找，也可以按信息流程逆向（右输出到输入）查找。1.显示电路的调试显示电路主要是由一块74148和一块7448芯片以一个七段LED数码显示器组成的.在调试时,可以在编码器的各输入端接上开关,当接上电源后,用各开关打开或断开来判断七段LED数码显示器是否显示正常。2.锁存电路的调试在调试锁存电路时,我们可以在各触发器的Q端接各接上一个发光二极管,接上电源,主持人开关打开,任意按下一路抢答开关,看其对应的发光二极管是否亮,然后再按其它开关,这时其它的二极管应该不发亮才算正常。3.清零电路调试清零是由主持人控制的.这个电路比较简单,只有一个指示灯，当主持人开关断开时,指示灯通过接地连接到各触发器的清零端,这时七段LED数码显示器应显示为0,如果不为零则电路不正常。4.报警电路调试调试本电路时，可以借助示波器来进行.把由555组成的单稳触发器和多谐振荡器的信号输出端分别接到示波器的两个通道上，接上电源,由示波器的波形来判断报警电路是否工作正常。第6章 体会经过了许多的努力和学习，终于我们的课程设计-抢答器，成功了！通过一个学期的抢答器的设计，增长了许多的知识，知道了做好一件事是并不是想象中那么简单，从中也学到了我们在课堂上学不到的东西，在实际动手做时，我们遇到了好多的问题，是我们在之前没预料到的。为了搞好这次课程设计我把数电书认认真真的看了几遍，我觉得这样看书比起我以前来说效果好多了，这次我深入的去学习！还就是我还在图书馆找了好多好多的资料。这次制板我们暴废了两块PC