人智力竞赛抢答器的设计.doc

2006级学生数字电路课程设计 一、设计任务及要求：设计任务：设计一个具有锁存与显示功能的4人抢答逻辑电路。要 求： 1. 抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮A D表示。每个参赛者控制一个按钮，用按动按钮发出抢答信号。2. 设置一个系统清除和抢答控制开关X，该开关由主持人控制。3. 抢答器具有锁存与显示功能。竞赛开始后，先由主持人将控制开关拨到“开始”位置，然后先按动按钮的参赛者将被显示器显示出来，此后其他三人参赛者再按动按钮对电路不起作用。优先抢答的参赛者编号将一直被显示直至主持人将系统清零。指导教师签名： 2008年07月06 日 二、指导教师评语：指导教师签名： 2008 年7月 日 三、成绩 验收盖章 2008年 月 日 4人智力抢答器的设计1 设计目的（1）熟悉集成电路的引脚安排。（2）掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（3）了解面包板结构及其接线方法。（4）了解数字抢答器的组成及工作原理。（5）熟悉数字抢答器的设计与制作。2 设计思路（1）设计抢答器电路。（2）设计可预置时间的定时电路。（3）设计报警电路。 （4）设计时序控制电路。3 设计过程 3.1方案论证数字抢答器总体方框图如图1所示：图 1 数字抢答器框图其工作原理为：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；主持人将开关置于“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，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。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。3.2电路设计抢答器电路如图2所示：图2 数字抢答器电路该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关X置于“清除”端时，抢答器不工作，显示器上显示0。当开关X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A），经D触发器和a段译码，显示器上显示为“A”。此外，电路禁止工作，并锁存优先抢答者的编号“A”，确保不会出现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X开关重新置于“清除”然后再进行下一轮抢答。（注意：在进行下次抢答时，参赛者必须先手动将开关置于非输入端，之后，主持人才能控制开关X置于“开始”端，等待参赛者进行抢答。） 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。定时电路如图3所示:图 3 可预置时间的定时电路报警电路如图4所示。由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo1.43/（RI2R2）C，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 4 报警电路时序控制电路如图5所示。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。图5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=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=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，=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。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。图 5 时序控制电路4系统调试与结果（1）组装调试抢答器电路。（2）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。（3）调试报警电路。 （4）定时抢答器的联调，注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。主持人开关置于“开始”状态，编号C参赛者优先抢答的电路结果如图6所示： 图 6 编号C抢答结果主持人将开关置于清零状态时，系统清零的电路结果如图7所示： 图7 系统清零电路结果5主要仪器与设备数字电路实验箱 或 EDA 软件MAX PLUS集成电路 D触发器-4片,74LS483片,74LS1922片， 74LS001片，NE5552片，74LS1211片,555组成的单稳态电路一片。电 阻 5102只,4.7kl只，5.1kl只，100kl只，10k1只，15k1只， 68kl只。电 容 0.1uF1只，10 uF2只，100 uF1只。三极管 3DG121只。其 它 发光二极管2只，共阴极显示器3只。6设计体会与建议 6.1设计体会通过这次对数字抢答器的设计与制作，让我了解了设计电路的程序，也让我了解了关于抢答器的基本原理与设计理念，要设计一个电路总要先用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完全一样，因为，再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且，在仿真中无法成功的电路接法，在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以，在设计时应考虑两者的差异，从中找出最适合的设计方法。此外，本实验也可通过EDA软件MAX PLUS实现。通过这次学习，让我对各种电路都有了大概的了解，所以说，坐而言不如立而行，对于这些电路还是应该自己动手实际操作才会有深刻理解。经历数星期的电子竞赛眼看尘埃落定，感觉忍不住要长出一口气。我们组的3位成员除学习外均有一定的日常工作，数日来，为了这个竞赛可谓废寝忘食，在实验室里日出而作，日落不息。将所有的课余时间均奉献给了这个比赛。结果怎样已然不再重要，在这几日里，我们经历了阶段性成功的狂喜、测试失败后的绝望、陷入困境时的不知所措，重新投入的振作。这样的比赛是无法孤军作战的，只有通力合作才有可能成功。3位成员在数日里的朝夕相伴中培养出了无与伦比的默契和深厚的友谊。由于前几次去实验室比较晚，结果没有空余的电脑可供使用，我们商量后，决定早上6点到实验室。于是，在零下的温度下，我们陆续到达。途中数次感叹，早晨的空气真好。除此之外，我们学会了焊接电路板，掌握了书本以外的电子技术知识，培养了专心致志的工作学习习惯，懂得了相互之间的理解与体谅，可谓获益匪浅。如果非要用一句话来概括我们的体会的话，那只能是：痛并快乐着。6.2对设计的建议我希望老师在我们动手制作之前应先告诉我们一些关于所做电路的资料、原理，以及如何检测电路的方法，还有关于检测芯片的方法。这样会有助于我们进一步的进入状态，完成设计。再就是有关电路设计的芯片放大器之类的电子元件功能做更进一步的说明，同有些芯片功能之间的比较，并且和哪些电路可以替换，这样可以是我们进一步了解芯片，从而能设计更为准确的电路，以来用于日常生活。参考文献1 康华光.