八路抢答器的设计与制作.doc

电子技术课程设计说明书河 南 理 工 大 学 2007级电子课程设计课题名称： 八路竞赛抢答器 姓 名： 李 彦 龙 学 号： 310708020314 学 院： 电气工程与自动化班 级： 自动化07-3班 指导老师： 艾 永 乐 1目录摘要1第一章设计目的1第二章设计任务和要求12.1设计任务12.2设计要求1第三章设计思路2第四章元器件清单24.1元器件24.2所用到的集成IC的管脚图如下图4.2.1所示3第五章单元电路设计45.1抢答判别和显示电路45.1.1由基本逻辑门设计45.1.2用D触发器设计55.1.3用锁存器设计55.2定时电路65.3 报警电路75.4控制电路85.4.1时序控制电路85.4.2报警控制电路9第六章安装与调试10第七章心得体会10参考文献10附录（八人抢答器总原理图）11电子技术课程设计说明书八路竞赛抢答器摘要本文介绍了一种采用数字电路制作的多功能数显抢答器，它主要采用了74系列的常用集成电路，它除了具有基本的抢答功能之外，还具有定时报警的功能，和数显的功能，当抢答开始后，系统会自动倒计时，并且时间是可以预设的，期间有人抢答的话系统会停止计时，如果期间没人抢答，系统会有短暂的报警，提示抢答结束。第一章设计目的在电视和学校中我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只有靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。以下是设计多路抢答器的几个目的：1、熟悉多路竞赛抢答器的工作原理和简单数字系统的设计方法；2、了解简单数字系统的安装、调试和简单故障排除方法；3、掌握优先编码电路、锁存电路、定时电路、报警电路、时序控制电路、译码电路及显示电路的设计方法。第二章设计任务和要求2.1设计任务设计一台可供8名选手或8个代表对参加比赛的智力竞赛抢答器。 用数字显示抢答倒计时间，在规定抢答时间内，无人抢答，蜂鸣器鸣响。选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器鸣响，倒计时停止。2.2设计要求（1）8名选手编号分别为：1，2，3，4，5，6，7，8。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，分别为S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8。（2）给主持人设置一个控制按钮S，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。（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，同时扬声器给出音响提示，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。抢答器具有定时抢答的功能。（4）当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响。参赛选手在设定时间（如15秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。(5)如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警，并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示00。(6)用石英晶体振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。第三章设计思路多路竞赛抢答器是竞赛问答中一种常用的必备装置，根据系统功能及技术要求，要完成以上逻辑功能的数字逻辑控制系统，至少包括以下几个部分：抢答判别部分、显示部分、时序控制部分、计时电路和报警部分、主持人控制部分。各部分功能如下：1、抢答判别部分：立即分辨出抢答者的编号，并进行锁存，然后由译码显示电路显示编号。2、显示部分：一方面要显示优先抢答者的编号；另一方面要进行计时显示。3、定时部分:由主持人设定，并进行倒计时，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。4、报警部分：使扬声器发出短暂声响，提醒主持人注意。5、时序控制部分：要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；要控制报警电路，控制扬声器何时发出声响以及响多长时间；控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。6、主持人控制部分：控制系统的复位和开始。综上分析，八路竞赛抢答器的总体框图如图3.1所示。图3.1 八路竞赛抢答器的总体框图第四章元器件清单4.1元器件1）直流稳压电源 1台2）集成电路优先编码器 74LS148 1片四RS锁存器 74LS279 1片BCD-七段译码器 74LS48 3片同步双时钟加/减计数器 74LS192 2片单稳态触发器 74LS121 1片定时器 NE555 2片四2输入与非门 74LS00 1片非门 74LS04 1片四2输入与门 74LS08 1片共阴极数码显示器 BS202 3片3）元器件电阻 10K 1K 68K 15K 510 若干电容 0.01uF 0.1uF 10uF 100uF 若干发光二极管、三极管3DG130 若干开关 若干4.2所用到的集成IC的管脚图如下图4.2.1所示 74LS00 74LS04 74LS08 74LS48 74LS121 74LS148 74LS192 74LS279 七段显示器 NE555 图 4.1 集成IC的管脚图第五章单元电路设计5.1抢答判别和显示电路在利用TTL或CMOS集成电路设计多路竞赛抢答器的过程中，如何实现电路的抢答判别功能，即如何实现准确、公正、直观的判断出第一个抢答者，是整个设计的核心。目前，常见的设计方案主要有以下几种：5.1.1由基本逻辑门设计 利用门电路的门控功能来设计多路智力竞赛抢答器。其突出优点为结构简单，易于实现，但一般适用于4路以下抢答，若5路以上则电路过于复杂。5.1.2用D触发器设计 该方法也是一种常见的抢答判别设计方案，同学们可自行参考，这里不再赘述。5.1.3用锁存器设计先将第一抢答者的信号进行编码，然后将编码锁存，禁止其他抢答者再次抢答。其典型电路如图5.1所示，电路选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279来完成。下图表3.1为优先编码器74LS148的功能表：表3.1优先编码器74LS148的功能表输入输出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0EOGS11111101111111111110001111111111010011111111001001111110101001111100010011101101001101001001001010000001图 5.1抢答判别和显示电路图5.2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，参考电路如图5.3所示图 5.2定时电路原理图5.3 报警电路报警电路可由NE555定时器和三极管组成，如图5.4所示。其中NE555构成多谐振荡器，振荡频率,其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。图 5.3 报警电路原理图5.4控制电路5.4.1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。根据上面的功能要求设计的时序控制电路如下图所示。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ST。工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时， 74LS279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， 74LS192的借位输出端BO2=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，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，来自74LS192的BO2=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。图 5.4 时序控制电路原理图5.4.2报警控制电路 报警控制电路由74LS121组成，其功能原理图如下图所示：图 5.5 报警控制电路原理图第六章安装与调试1、依据自行设计的电路原理图，按照信号流向分级装，逐级级联；2、调试抢答判别及显示电路，检查开关是否正常工作，按键按下应显示对应的数码，再按下其他键时，数码管显示的数据不变；3、观察定时电路的设定时间是否正确，检查预置电路预置、显示是否正确；4、监察报警电路是否正常.第七章心得体会持续近一个星期的课程设计结束了，我的设计虽然还存在一些小毛病，但总体上还是很成功的。一周的时间虽然很短暂，但从中获益匪浅. 毕竟在课堂上学习的内容真真正正能用到实际是有点超乎我的想象，而且要把理论知识付诸实践确实非一件易事。我从最初的设想设计一个什么样的数字电路到绘制电路图，然后打印排版，最后校正设计中的漏洞与不足。整个过程中我翻阅大量资料，跑遍图书馆各个能找到数电资料的角落，上网查找有关内容，认真思考如何绘制电路，并和周围同学进行着一遍又一遍的交流与设计思想。课程设计总体来说是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过一周的课程设计，我有以下几点总结：第一，接到任务以后进行选题。选题是课程设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目，这对于整个课程设计是否能够顺利进行关系极大。好比走路，这开始的第一步是具有决定意义的，第一步迈向何方，需要慎重考虑。否则，就可能走许多弯路、费许多周折，甚至南辕北辙，难以到达目的地。因此，选题时一定要考虑好了。第二，题目确定后就是找资料了。查资料是做课程设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，到图书馆、书店、资料室去虽说是比较原始的方式，但也有可取之处的。总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。第三，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所选的题目也大概有了一些了解，这一步就是在这样一个基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。第四，有了研究方向，就应该动手实现了。其实以前的三步都是为这一步作的铺垫。通过这次设计，我对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的数字电路又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，就像人们常说的温故而知新嘛，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，有一些知识都已经不太清楚了，但是通过一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容。在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识。最后，感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力。通过这次课设让我明白了理