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 23 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，QQQ=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 fo143（RI2R2）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， A1，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，1Q1，经 G3反相， A0，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 3DG121 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，