数电课程设计八路抢答器讲解

1、惠州学院HUIZHOU UNIVERSITY数字电子技术基础 课程设计项目 _ 八路抢答器 _专业 _年级班别 _ 姓名学号 1 姓名学号 2 姓名学号 3 指导教师2012 年 6 月 25 日数字电子技术基础课程设计报告前言 智力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

2、智能抢答器来解决这些问题。 在本次课程设计中， 将主 要设计一个供八人使用的定时抢答器， 利用本次设计出的电路制 造成的定时抢答器， 即可轻松实现在八个人之间进行的抢答比赛 中进行控制，使得这一活动更加趣味、公平。数字电子技术基础课程设计报告目录一 设计目的 4二 设计课题及其技术要求2.1 基本功能 . 42.2 拓展功能 . . .4 三 设计总体思路3.1 抢答器的组成框图 . 53.2 具体电路 . . 7 （ 1）抢答电路 7（2）定时电路 . .8（3）报警电路 . . .9（4）时序控制电路 . .10 （ 5）整机电路 . . 11 四 元件选择 . 12 五 心得体会 . .

3、13 附录：参考文献 .14数字电子技术基础课程设计报告一、设计目的1、巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所 学知识的能力。2、培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资 料的自学能力。3、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电 路组装、调试和检测等环节， 初步掌握简单实用电路的分析方法和工 程设计方法。4、学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高学生动手 能力和进行数字电子电路实验的基本技能。二、其技术要求2.1 基本功能如下： 设计一个智力竞赛抢答器，可同时供 8 名选手或 8 个代表队 去参加比赛，他们的编号分别是 0、1、2、

4、3、4、 5、6、7，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、S4、S5、S6、S7。 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 按动抢答按钮，编号立即锁存，并在 LED 数码管上显示出选手的编 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致保持到主持人将系统清零为止。4数字电子技术基础课程设计报告2.2 拓展功能如下：1) 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(如 30s )。

5、当节目主持人启动“开始”开关后，要求定时器 立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声 响持续时间 0.5s 左右。2) 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。3) 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效， 系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显 示器上显示 00。三、设计总体思路3.1 抢答器的组成框图定时抢答器的总体框图如图 (1) 所示，它由主体电路和扩展电路两 部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按 动抢答键时， 能显示选后的编

6、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、图(1)所示的定时抢答器的工作过程是，接通电源时，节目主持人 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，定时显示器显示设定的时间；当节目主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，扬声器给出 声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时；当定时时间到，却数字电子技术基础课程设计报告没有选手抢答时， 系统报警，并封锁输入电路， 禁止选手超时后抢答。 当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：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，

7、然后由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。当选手将问题回答完毕， 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 (1) 定时抢答器总体框图数字电子技术基础课程设计报告3.2 具体电路 抢答电路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。 选用优先编码器 74LS148 和 RS 锁存器 74LS

8、279 可以完 成上述功能，其电路组成如图 （2） 所示。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BI =0，显示灯灭。74LS148 的选通输入端 ST =0,74LS148 处于工作状态，此时锁存电路不公作。 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，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端 I7 I0 的输 入信号，当有选手将键按下时（如按下S3）， 74LS148 的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经 RS 锁存器侯， CTR=1 ， BI =1,

9、74LS279 处 于工作状态， 4Q3Q2Q=101 ，经 74LS48 译码后，显示器显示出“ 5”。 此外， CTR=1 ，使 74LS148 的ST 端为高电平， 74LS148 处于禁止 工作状态，封锁了其他按键的输入。当按下的键松开后， 74LS148 的YEX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， 由 主持人操作控制开关 S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。数字电子技术基础课程设计报告图(2)抢答电路 定时电路节目主持人

10、根据抢答器的难易程度， 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，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) 所示，数字电子技术基础课程设计报告图 (3) 可预置时间的定时电路 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 成多谐振荡器震荡频率01(R1 2R2)Cln 21.43(R1 2R2)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，电路停振数字电子技术基础课程设计报告图(4)报警电路 时序控制电路时序控制电路时抢答器

11、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 和定时电路进入正常抢答工作状态。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。根据上面的功能要求以及图 (2)和图 (3)，设计的时序控制电路如图 (5)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 。图(5)A 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 (2)10数字电子技术基础课程设计报告中的

12、 74LS279 的输出 CTR=0 ，经 G2 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)中 74LS192 的 借位输出端 BO 2 =1，门 G2 的输出 ST =0，使 74LS148 处于正常工作 状态，从而实现第一个功能的要求。 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，禁 止选手进行抢答。同时，门 G1 处于

13、关门状态，封锁 CP 信号，使定 时电路保持 00 状态不变，从而实现第三个功能的要求。 74LS121 用 于控制报警电路及发声的时间。A 抢答与定时电路的时序控制电路B 报警电路的时序控制电路图 (5) 时序控制电路 整机电路定时抢答器的主体逻辑电路如图 (6) 所示11数字电子技术基础课程设计报告图(6) 定时抢答器的主体逻辑电路四、元件选择序号元件名称型号数量1六门反相器SN74HC04N12双 4 输入与门HD74LS21P134 线七段译码器HD74LS48P348 线 3 线优先编码器SN74HC148N15十进制计数器CD74HC192E26RS 触发器SN74LS279AN1

14、7555定时器NE555P28单稳态触发器DM74121N19陶瓷电容0.1F210电解电容10F111电解电容100F112电阻1K113电阻15K214电阻68K215电阻510 412数字电子技术基础课程设计报告五、心得体会数电的课程结束后，接下来的是课程设计，刚开始时，对项目的 选取举棋不定。 因为刚刚接触数电时， 学的是逻辑、学的是芯片， 74、 74、74听到最多的，但很陌生，所以很纠结项目的选定，经小组 讨论决定，选最接近娱乐生活用的八路抢答器。选定项目后，就开始 去摸索所学的 74 系列各芯片的相关设置与功能。在前几次课程实验 后，对相关芯片有所了解，所以就可以很快得开展电路设计、仿真、 调试整整用了两天。 由于对电路有所把握， 所以在实验室搭建电 路验收很顺利。这次实践的机会让我们认识到实践是检验真理的唯一 标准，在实际中遇到突发的情况也能随机应变，即时想出对策，而且 能运用周围的现有的材料改变本来的电路， 但不改变原理。 虽然整个 过程艰苦， 但这次的动手机会让我获益良多， 从实践能力和意志品质 方面都有了进一步的提高。确实，学电子类的靠技术吃饭，要多动脑，多动手实践才能真正 去把握，仅仅学理论是行不通的，接下来，我们会在学好各专业知识