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文档简介
论文名称数字式竞赛抢答器姓名学号专业指导老师联系电话目录摘要3前言3第1章概述11抢答器的应用412抢答器的基本功能与扩展功能413数字式抢答器的性能指标与技术要求5第2章系统方案的确定21系统方案的论证522结构框图及说明523系统原理图及工作原理6第3章单元电路原理设计31抢答器电路732显示电路932报警电路1033定时电路1135秒脉冲发生电路11第4章软件仿真41仿真电路图1142仿真过程1443仿真结果15第5章安装和调试51安装调试过程1552故障分析1553实验结果与分析16收获与体会18参考文献19附录20数字式竞赛抢答器设计姓名学号摘要本文介绍了一种用74系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器的电路组成、设计思路及功能。随着电子技术的发展,它在各个领域的应用也越来越广泛。人们对他的认识也逐步加深。人们也利用了电子技术以及相关的知识解决了一些实际问题。如智能抢答器的设计与制作。抢答器是竞赛问答中一种常用的必备装置,从原理上讲,它是一种典型的数字电路。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出;主持人按开始按钮示意开始,以上两部分组成主体电路。本课题主要是由数字电路形成实现其功能,以LED显示器显示出来,以CD4511为主控元件,实现其抢答功能。关键词电子设计自动化;数字电子技术;抢答器,译码器、方波。前言在高新技术日新月异的今天,科学技术已经成为整个社会发展的源动力,电子领域的发展更是令人目不暇接,在其推动下,现代电子产品几乎渗透了社会的各个领域,遍迹了千家万户,有力地推动了社会生产力的发展和社会信息化程度的提高,同时也使现代电子产品性能进一步提高,产品更新换代的节奏也越来越快。使设计越来越受到人们的重视,通过设计。可以设计出更好更新的科技产品,这将给科技的发展带来很好的积极作用,也使科技的水平得到一定的高。智力竞赛作为一种生动活泼的教育形式和方法能够引起观众极大的兴趣。随着我国经济和文化事业的发展,当今的社会竞争日益激烈,在很多竞争场合要求有快速公正的竞赛裁决,例如证券、股票交易、选拔人才、评选优胜及各种智力竞赛等。前知识竞赛之类的活动愈加频繁,凡是有知识竞赛类的活动那么也就必然离不开抢答器。而现在的抢答器向着数字化,智能化的方向发展,这就必然提高了抢答器的成本。鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多,所以操作简单、经济实用的小型抢答器必将大有市场。因此简易的数字抢答器必将成为小规模知识竞赛之首选。竞赛是一种生动活泼的教育方式,而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。抢答能引起参赛者和观众的极大兴趣,并且能在极短的时间内,使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。但是,在这类比赛中,对于谁先谁后抢答,在何时抢答,如何计算答题时间等等问题,若是仅凭主持人的主观判断,就很容易出现误判。所以,我们就需要一种具备自动锁存,置位,清零等功能智能抢答器来解决这些问题。本设计以八路智力竞赛抢答器为基本概念,从实际应用出发,利用电子设计自动化技术,用数字、模拟电子器件设计具有扩充功能的抢答器。该抢答器的设计利用完成了原理图设计和电路仿真,具有数字显示、倒计时显示、编码译码功能,应用效果良好。第1章概述在设计中包括【1】理论设计部分。【2】模拟仿真部分。【3】安装调试部分。理论设计部分需要独立完成系统的原理设计、画出电路图并说明各部分电路的工作原理;模拟仿真部分则需根据理论设计用MULTISIM7在计算机上进行仿真,验证所设计方案的正确性。并且分析电路的工作原理,写出方针报告;安装调试部分包括实现给定的数字式抢答器,进行单元测试和系统分析,若系统出现故障,排除故障并分析记录系统产生故障的原因。最后是本次课程设计的总结。11抢答器的应用工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力比赛,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。12抢答器的基本功能和扩展功能1、基本功能(1)、抢答器同时供8名选手比赛,分别用8个按钮S0S7表示。(2)、设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。(3)、抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮,锁存相应的编号,扬声器发出声响提示,并在数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。2、扩展功能(1)、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)。当主持人启动“开始“键后,定时器进行减计时。(2)、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。(3)、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00。(4)、计分功能,有选手正常抢答,若回答问题正确,则为其加上一分;若回答问题错误,则相应的减去一分13数字式抢答器的性能指标与技术要求技术指标是1,设置一个系统清零和抢答控制开关S,该开关有主持人控制;2,抢答器具有所存与显示功能;3,抢答器具有定时抢答功能,定时时间为30秒,当主持人启动开始键后,定时器进行减计时;4,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,定时器上显示00;第2章系统方案的确定21方案论证在设计中,先规划处系统的结构框图,然后对各个单元电路进行设计与分析,最后将各个单元电路组装在一起,进行安装调试,如遇到故障,则要进行故障分析,直至整个系统无故障,能安全、可靠的运行。22结构框图及说明图21结构框图说明接通电源后,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;主持人将开关拨到“开始”状态,并宣布“开始”抢答工作。选手在定时时间内抢答时,抢答完成;优先判断、编号锁定、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。本电路的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等。在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁,即使其他组的抢答信号无效。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。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,也可以用发光二极管直接指示出组别。在主持人没有按下开始抢答按钮前,参赛者的抢答开关无效;当主持人按下开始抢答按钮后,开始进行30秒倒计时,此时,若有组别抢答,显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”;当计时时间到,仍无组别抢答,则计时指示灯灭表示“时间已到”,主持人清零后开始新一轮抢答。23系统原理图及工作原理图23系统原理图工作原理接通电源后,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;主持人将开关拨到“开始”状态,并宣布“开始”抢答工作。选手在定时时间内抢答时,抢答完成;优先判断、编号锁定、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。第3章单元电路工作原理设计31抢答器电路工作原理当电路接上电源后,整个电路都处于工作状态当主持人开关打开时,电路处于清零状态此时,各个触发器的Q非端输出都为,假设芯片编码器74LS148处于工作状态,此时,输入的都是高电平,而两输出使能端EO和GS的输出状态分别为0和,GS端与个JK触发器的JK端相连,即各输入端均为1,所以只要当R端为无效电平“1”时,同时有效脉冲边沿过来时触发器就能翻转。当主持人闭合开关,宣布可以抢答后,主线灯亮,此时电路为可抢答状态,当选手按下开关时,CP脉冲由高电平变为低电平,即有一个有效地脉冲边沿过来,触发器发生反转,此时Q端为1,同时对应的灯亮,Q非端输出为0,此时74LS148的其中一个输入端输入信号“0”,OE与GS发生翻转,OE1,GS0。使得触发器的JK输入端输入“0”,就算其他选手把开关合上,其对应的触发器也不会翻转。此部分电路主要完成的功能是实现8路选手抢答并进行锁存,同时有相应发光二极管点亮和数码显示。使用优先编码器74LS148和锁存器74LS297来完成。该电路主要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(显示电路采用七段数字数码显示管);二是禁止其他选手按键,其按键操作无效。工作过程开关S置于“清除“端时,RS触发器的R、S端均为0,4个触发器输出置0,使74LS148的优先编码工作标志端0,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,当有选手将抢答按键按下时(如按下S5),74LS148的输出经RS锁存后,CTR1,RBO1,七段显示电路74LS48处于工作状态,4Q3Q2Q101,经译码显示为“5”。此外,CTR1,使74LS148优先编码工作标志端,处于禁止状态,封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时,74LS148的此时由于仍为CTR1,使优先编码工作标志端1,5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。只要有一组选手先按下抢答器,就会将编码器锁死,不再对其他组进行编码。通过74LS48译码器使抢答组别数字显示07。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。RS触发器1保持状态。当输入端接入SR1的电平时,如果基本SR触发器现态Q1、0,则触发器次态Q1、0;若基本SR触发器的现态Q0、1,则触发器次态0、1。即SR1时,触发器保持原状态不变。2置0状态。当S1,0时,如果基本SR触发器现态为1、0,因R0,会使1,而1与1共同作用使端翻转为0;如果基本SR触发器现态为Q0、1,同理会使Q0,1。只要输入信号1,R0,无论基本SR触发器的输出现态如何,均会使输出次态置为0态。3置1状态。当S0、R1时,如果触发器现态为Q0、1,因S0,会使G1的输出端次态翻转为1,而Q1和1共同使G2的输出端0;同理当1、0,也会使触发器的次态输出为1、0;只要0、1,无论触发器现态如何,均会将触发器置1。4不定状态。当S0时,无论触发器的原状态如何,均会使1,1。当脉冲去掉后,S和R同时恢复高电平后,触发器的新状态要看G1和G2两个门翻转速度快慢,所以称0是不定状态,在实际电路中要避免此状态出现。基本RS触发器的逻辑图、逻辑符号和波形图如图31所示。(A)逻辑图B逻辑符号C波形图图31基本RS触发器表3174LS148真值表输入输出高位192显示0的时候,BO2端输出低电平,因此可以利用这信号与门锁住低位192的秒脉冲输入信号。3在测试报警电路的时候,发现蜂鸣器不工作,报警功能失效。解决方法在通过对单稳触发器74LS121的测试后发现其能正常工作,555在121触发后3脚会有一个高脉冲输出,说明555也能正常工作,在检查后级推动蜂鸣器工作电路时发现两个8050管脚装反,原因是PROTEL99里的封装与8050的封装不同。解决这个问题后可以报警,但是声音很小,于是去掉了100UF的耦合电容,问题解决。4调试计分电路时,发现按键有抖动现象,致使计分时按一次键分值变化好几次。解决方法在按键输出口并接一个电容,去除抖动,但是效果不佳,但是相对没有加之前情况要好很多,对于纯数字逻辑芯片,可以使用锁存器对按键进行消抖,效果要比电容好得多。53实验结果及分析接通电源,开关打到预置端,倒计时数码管显示30。主持人拨动开关后,倒计时电路开始从30秒倒数,8路触点开关处于待命状态。若有选手按下所在开关(抢答),抢答电路显示选手所在编码(07),倒计时电路图51倒计时状态停止计时。同时其他选手所在的开关被锁定,抢答无效。图52抢答显示图55计时锁定如果30秒倒计时结束后仍无人抢答,LED灯熄灭,倒计时电路锁定为00,抢答不再有效。这时只需主持人重新将开关打到预置段,整个电路全部回到初态。准备进行下一轮抢答。收获与体会这次课程设计的电路是比较复杂的。虽然以前在模电、PROTEL课程设计中接触过一些电子电路,但在初期还是感到无从下手设计过程中,我深刻的体会到在设计过程中,需要反复实践,其过程很可能相当烦琐,有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做,那时心中未免有点灰心,有时还特别想放弃,此时更加需要静下心,查找原因。设计思路是最重要的,只要你的设计思路是成功的,那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备,像查找详细的资料,为我们设计的成功打下坚实的基础。设计单元电路阶段,这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。所有的设计方法还有步骤在数电书上都有,而且还有例题。这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少,所以做设计的时候要常随手翻阅课本,等于是做了几道数电作业题。这个阶段的难度也不是很大,一般翻课本就可以找到答案并解决问题。实验阶段可以说是这次设计中最重要的部分,因为以前的只是理论而不是真正的实体。所以说它是最重要的。实验阶段我们遇到的问题有对软件不熟悉;对实验过程中信号的测量知识学习很少;因为各个模块是分开做而后又组装到一起的,所以兼容性不是很好(也就是不能融合为一个整体,部分工作能行但是接到一起就会出现问题)针对以上几个问题我们作出了以下的“对策”软件不熟悉,就借来参考书,一步一步的对着学,而且老师给的资料上也有软件的使用说明,所以随着接触的增加软件也就越来越熟悉,这方面的问题不是太难因为一边理论一边学习正好是学习的好方法,而且也学的特别快。总之,通过这次练习我有了很多收获。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增强了动手能力。在改进电路的过程中,同学们共同探讨,最后的电路已经比初期设计有了很大提高,这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题,可以说得是困难重重,这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处,对以前所学过的知识理解得不够深刻,掌握得不够牢固。此次课程设计,学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同提高,都受益非浅,今后的制作应该更轻松,自己也都能扛的起并高质量的完成项目。最后感谢老师在百忙的工作中为我修改论文,指出错误,希望老师在以后的日子里一帆风顺工作顺利。参考文献电路与电子学(第3版)王文辉主编电子工业出版社2005逻辑与数字系统设计李晶皎主编清华大学出版社2008数字电子技术基础范文兵清华大学出版社2007数字电路逻辑设计(第三版)王毓银高等教育出版社2005数字电路实验基础崔葛瑾同济大学出版社2005数字电路实验与课程设计吕思忠、施齐云哈尔滨工程大学出版社2001电子线路设计实验测试(第三版)谢自美华中科技大学出版社2006MULTSIM9在电工电子技术中的应用董玉冰清华大学出版社2008数字电路及制作实例陈振官国防工业出版社2006附录1总电路图图附11电路原理图2元件引脚图图附2174LS00引脚图与功能表图附2274LS00引脚图图附2374LS148引脚图图附2474LS192引脚图图附2574LS48引脚图图附26共阴数码管引脚图图附27555定时器引脚图图附2874LS279引脚图3使用仪器设备清单元器件名称数量开关9个74LS1481个74LS486个74LS1922个74LS1602个74LS1261个CD4023BCM1个DM7402N1个555定时器3个扬声器1个电容20个七段数码显示器6个灯泡7个5V共阴数码管3个4输入与非门74LS201个10K电阻9个1K电4个50K电阻1个15K电阻1个100电阻1个发光二极管2个10F电解电容1个001F瓷片电容1个导线若干请您删除一下内容,O_O谢谢MANYPEOPLEHAVETHESAMEMIXEDFEELINGSWHENPLANNINGATRIPDURINGGOLDENWEEKWITHHEAPSOFTIME,THESEVENDAYCHINESE请您删除一下内容,O_O谢谢NATIONALDAYHOLIDAYCOULDBETHEBESTOCCASIONTOENJOYADESTINATIONHOWEVER,ITCANALSOBETHEEASIESTWAYTORUINHOWYOUFEELABOUTAPLACEANDYOUMAYBECOMEMOREFATIGUEDAFTERTHEHOLIDAY,DUETOBATTLINGTHELARGECROWDSDURINGPEAKSEASON,ADREAMABOUTAPLACECANTURNTONIGHTMAREWITHOUTCAREFULPLANNING,ESPECIALLYIFYOUTRAVELWITHCHILDRENANDOLDERPEOPLEASMOSTCHINESEPEOPLEWILLTAKETHEHOLIDAYTOVISITDOMESTICTOURISTDESTINATIONS,CROWDSANDBUSYTRAFFICAREINEVITABLEATMOSTPLACESALSOTOBEEXPECTEDAREINCREASINGTRANSPORTANDACCOMMODATIONPRICES,WITHTHEPOSSIBILITYTHATTHEREWILLBENOROOMSAVAILABLEITISALSOCOMMONTHATYOULLWAITINTHELINEFORONEHOURTOGETATICKET,ANDANOTHERTWOHOURSATTHESITE,TOONLYSEEATINYBITOFTHEPLACEDUETOTHECROWDSLASTYEAR,428MILLIONTOURISTSTRAVELEDINCHINAOVERTHEWEEKLONGHOLIDAYINOCTOBERTRAVELINGDURINGTHISPERIODISAMATTERTHATNEEDSTHOROUGHPREPARATIONIFYOUARESHORTONTIMETOPLANTHEUPCOMING“GOLDENWEEK“ITMAYNOTBEABADIDEATOAVOIDSOMEOFTHEMOSTCROWDEDPLACESFORNOWTHEREISALWAYSAPLACESOFASCINATINGTHATEVERYONEYEARNSFORARXANISAPLACELIKETHISTHEBEAUTYOFARXANISEVERLASTINGREGARDLESSOFTHECHANGINGOFFOURSEASONSBESTOWEDBYNATURE,ITSSPECTACULARSEASONALLANDSCAPEANDMOUNTAINSAREJUSTBEYONDWORDARXANISACRUCIALDESTINATIONFORTHERECOMMENDEDTRAVELLINGROUTE,“CHINAINNERMONGOLIAARXANHAILARMANZHOULI“ITISALSOTHEJOINTOFTHEFOURPRAIRIESACROSSTHESINOMONGOLIANBORDER,WHEREPEOPLEGRAVITATETOWARDSTHEEXOTICATMOSPHEREMIXEDWITHCHINESE,RUSSIAN,ANDMONGOLIAELEMENTSASAHISTORICSITEFORTHEYITIANBATTLE,ARXANSTILLEMBODIESTHESPIRITOFGENGHISKHANWALKINGINTOARXAN,YOUWILLBEAMAZEDBYAKALEIDOSCOPEOFGORGEOUSCOLORSALLTHEYEARROUNDTHESPRINGAZALEASBLOOMINGREDINTHESNOW,THESUMMERSEAWAVERINGBLUEINTHEBREEZE,THEAUTUMNLEAVESPAINTEDINYELLOWCOVERINGVOLCANICTRACES,ANDTHEWINTERWOODSSHININGWHITEONTHEVASTALPINESNOWSCAPEHINGGANLEAGUEARXANCITYISSITUATEDINTHEFAREASTERNAREAOFINNERMONGOLIAAUTONOMOUSREGIONITSFULLNAME“HARENARXAN“MEANS“HOTHOLYWATER“INTHEMONGOLIANLANGUAGEARXANISATOURISMCITYINTHENORTHERNFRONTIERWITHABLENDOFLARGEFOREST,GRANDPRAIRIES,VASTSNOWFIELD,HEAVENLAKECLUSTER,THERMIUM,ASWELLASVOLCANICCLUSTERITISARAREANDUNIQUEECOTOURISMBASEFILLEDWITHHEALTHYSUNSHINE,CLEANAIRANDUNSPOILEDGREENNESTLEDCLOSETOTHECOUNTRYSLARGESTVIRGINFOREST,ANDKNOWNFORITSSPRINGANDECOLOGICALENVIRONMENT,ARXANISMARVELEDATBYMANYTOURISTSASTHEPURESTLANDONEARTHYOUCANNOTMISSOUTTHEAUTUMNOFARXANITISDEFINITELYTHEBESTWITHBRIGHTLYCOLOREDSCENERYFULLOFEMOTIONSAUTUMNINTHENORTHERNPARTOFTHECOUNTRYCOMESEARLIERTHANTHESOUTHASEPTEMBERRAINFOLLOWEDBYTHEFOOTPRINTSOFAUTUMNBRINGSMORECOLORSTOTHEONCEEMERALDGREENMOUNTAINANDBLOOMINGGRASSLANDSHUTTERBUGSFLOCKTOSEEFORTHEMSELVESTHEMARVELOFSPLENDIDCOLORSAROUNDTHEMOUNTAINSANDWATERS,MANYOFWHOMHAVETRAVELALONGDISTANCEANDEVENCAMPHEREONLYTOCAPTUREAMOMENTOFTHENATUREWONDERTHESILVERBIRCHTURNSGOLDEN,WHILETHELARCHISSTILLPROUDLYGREENYOUWILLFINDYOURSELFDROWNEDINTHEINTOXICATINGREDOFTHEWILDFRUITSASWELLASTHEGLAMOUROFFLOWERSINFULLBLOWNANDYOURHEARTWILLBELINGERINGONTHEWOODSASITSTIMEFORTHEWILDFRUITSTORIPETHEPICTURESQUEARXANINAUTUMNISINDEEDAFAIRYLANDONLYEXISTSINADREAMTHATSATISFIESALLYOURFANTASIESIFITRAINSHEAVILYONSATURDAYNIGHT,SOMEELDERLYCHINESEWILLSAYITISBECAUSEZHINU,ORTHEWEAVINGMAID,ISCRYINGONTHEDAYSHEMETHERHUSBANDNIULANG,ORTHECOWHERD,ONTHEMILKYWAYMOSTCHINESEREMEMBERBEINGTOLDTHISROMANTICTRAGEDYWHENTHEYWERECHILDRENONQIXI,ORTHESEVENT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