数字抢答器课程设计报告

1、数字电路课程设计设计课题： 数字抢答器设计院（系、部）： 工学院 学 生 姓 名： 叶兆飞 指 导 老 师： 刘权 2013 年 12 月 7 日目 录1. 引言2. 设计任务与要求3. 方案设计与论证4. 工作原理说明5. 单元电路设计与参数计算5.1抢答锁存电路5.2 LED灯显示电路5.3数码管显示电路5.4音响显示电路5.5犯规电路5.6计分电路6总原理图及元器件清单7结论与心得8参考文献1. 引言我们可以看到在一些比赛活动中，会有提问抢答这一环节。那么为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器。此次抢答器电路设计通过数显、灯光及音响等三种方式指示出第一抢答者，同时还设

2、置有记分电路、犯规电路这两种电路来完善抢答过程。2. 设计任务与要求1.设计制作一个可容纳四组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。2.参赛者按抢答开关，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“哆-唻”的双音音响持续23s。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。3. 方案设计与论证 总体分为三个电路设计，一是抢答锁存与LED灯、数码管、扬声器等三种方式显示电路

3、；二是犯规电路；三是计分电路。计分电路设计这里因为计分环节得考虑到抢答人回答的正确与否，需要通过主持人来判断，所以做为独立电路来设计，由主持人来进行单独控制。犯规电路设计犯规电路涉及到提前抢答与超时抢答这两种犯规方式。这里设置一个“开始抢答”按钮,设置抢答后有效回答时间为10秒，由数码管显示。然后判断主持人未按下“开始抢答”按钮就开始抢答的视为犯规一，主持人按下“开始抢答”按钮后开始抢答，却超过有效时间的为犯规二。这样就可以将犯规电路融入到第一部分的抢答电路设计中。抢答与显示电路设计题目要求音响显示通过扬声器发出“哆-唻”的双音音响持续23s来实现，这里用555定时器构成多谐振荡器，输出给扬声

4、器高低电平变换的输入方式再加上定时三秒实现“哆-唻”的双音音响持续3s功能。这里555构成多谐振荡器设置R1 = R2即采用占空比为2/3的电路，输出频率1Hz的方波。因为在扬声器定时3秒，“开始抢答”后定时10秒，以及采用此振荡器对扬声器电路的D触发器CLK的持续输入方波，可以同时使用这一个振荡器实现，就不需要分频电路。4. 工作原理说明四组抢答按键，主持人 “开始抢答”、“清零复位”两个控制按键。下面是种抢答情况：一是正常抢答。即主持人按下“开始抢答”之后，第一个抢答人在有效时间内回答了，则主持人在抢答人开始回答后就按下“清零复位”键。二是提前抢答。即主持人未按下“开始抢答”时，有人就已经

5、开始抢答，则蜂鸣器立即报警，同时会显示组别。主持人按下“清零复位”恢复初始状态。三是超时抢答。即主持人按下“开始抢答”之后，该抢答人未能在有效时间内回答，则蜂鸣器开始报警。主持人按下“清零复位”恢复初始状态。所有抢答情况都有当有人按下抢答按键，出现LED灯、数码管、扬声器3秒三种显示。5. 单元电路设计与参数计算5.1抢答锁存电路根据要求设置4组按键，通过7CHC573这个8进制D型锁存器控制LED灯、数码管和音响的锁存显示，同时取消别组再抢答的作用。因为是4路抢答，所以可以用一个74HC573的8个输出依次驱动4个LED灯和数码管控制。如图所示，初始状态，锁存器的输出全都是低电平，且锁存器处

6、于选通状态，当有一组按键被按下后，将在输出给一个高电平，此时或非门将由默认的高电平转变为低电平，则此时LE置低，锁存了输出Q，从而使其他按键再次按下时无法输出到Q端。锁存了输出，当最下面那个复位键按下时，将给LE一个高电平，同时锁存器选通，D0-D3的0000将输出到Q0-Q3，或非门输出恢复高电平，从而使整个电路恢复到初始状态。5.2 LED灯显示电路只需在对应的Q0 Q3分别连接一个LED灯，共地即可实现。5.3数码管显示电路通过锁存器的剩余四个口来控制数码管0 4段码的显示。如下第一个图是74LS48这个7段显示译码器的0 4段码的DCBA电平显示。这样初始状态0000刚好是锁存器的输出

7、状态，由于这里所用的段码D位都是低电平，所以将D端直接接地即可。分别通过Q4 Q7分别控制段码1 4。从图中可以看出段码”1 2 4“只需一个高电平，而段码”3“需在第三组按键按下时同时给AB高电平才可以将数码管置”3“。其功能可通过接两个或门实现，如下图。5.4音响显示电路如图，左上角的或门接Q4 Q7则可实现按下一组按键之后锁存一个高电平。555定时电路构成多谐振荡器设置振荡周期为1S，占空比为2/3输出，输出接下面那个D触发器的CLK和锁存器74HC573的D7，这样有按键按下，第一个D触发器将这个高电平锁存住，同时LE置高电平，锁存器选通，D7直接由振荡器输入周期为1S的方波，这样扬声

8、器就可以发出“哆-唻”的双音音响，再用74LS192这个计数器实现3秒计数。如图，当记到第三秒的时候，锁存器的Q3 Q1依次是0011，所以用两个取反器加上一个或门，就可以实现当记3S的时候反馈一个地电平给第一个D触发器的R置位端，将Q也即LE置低，使锁存器禁止选通，此时扬声器将不再接受方波信号发出声响，即可实现3秒定时双音音响。复位方式：通过第一个D触发器的R置位端输入前接个两线与门，一个接给低电平的复位开关，可以通过“清零复位”开关接个反相器连接，另一个接图中的四线或门。5.5犯规电路如图，设置一个”开始抢答“按键。初始状态时，二线或门2端默认为低电平；Q4 Q7初始是低电平，则初始时给1

9、端高电平，或门输出高电平；当有人在主持人未按下”开始抢答“时，有人开始按下抢答按键，将会将1端置0，或门输出低电平，即发生报警。如果在主持人按下”开始抢答“按键后，开始抢答，因为2端已经置高电平，所以当1端被按下成低电平时，或门输出仍为高电平，不产生报警。此电路同时设置一个10进制计数器，当有人正常按下抢答按键后，开始从0计数到10S，到10S时停止计时并保持，同时产生报警。这个控制过程通过最下面那个D触发器完成。计数器74LS192的进位端TCU接至此D触发器的S置位端，Q端接U26（74LS48）的LE，再接到蜂鸣器电路，Q端接计数器的置位端PL。这样，当计数器计数到9，产生进位时，D触发

10、器S端置0，Q与Q电平翻转，将计数器保持置0状态，并将U26的初始“0001“传到右端显示“1“。5.6计分电路如图计分电路，根据要求以10为单位进行加减分数，初始预置为100。可用三个数码管，最右端数码管因为始终是显示“0”状态，所以单独接成“0”状态。再用两个74LS192进行计数，第一个计数器的进位端TCU接下一个计数器的正计数UP端，借位端TCD接下一个计数器的反计数端DN，这样就可是实现当第一个计数器产生进位或借位时刚好在第一个千位的数码管上显示出来。第二个计数器的D3 - D0接“0001”，即当按下预置按键时，将“0001”传到Q端Q3 - Q0，通过译码器显示“1”状态。6总原

11、理图及元器件清单6.1总原理图6.2 元器件清单元器件名称说明个数74LS19210进制计数器474HC5738路D型锁存器274HC74D触发器440106非门774LS484-7译码器54081两线与门24071两线或门34072四线或门34002四线或非门1LED-RED红色LED灯4BUZZER蜂鸣器1BUTTON按键9SPEAKER扬声器1555够成多谐振荡器17SEG-MPX1-CC共阴极7位段选数码管6电阻0.1K、1K、48K、48K4电容0.01uF、10uF2注：另外还有电源端、接地端、导线若干。7结论与心得通过此次数字电路课程设计 多功能数字抢答器的设计，了解并掌握了抢答器的基本工作原理，可以自己设计出一定需求的抢答锁存与显示电路，并带有一些犯规、计分这样的完善抢答过程的电路。抢答器主要是抢答部分的锁存电路设计，而锁存电路一般用一个锁存器便可以完成锁存第一抢答者的功能，锁存器的另一端可以接一些显示电路，方便显示出第一抢答者是谁。显示方式这里用LED灯、数码管显示组别、扬声器发出双音音响来显示，而在实际应用中可以通过灯光、音响、显示屏的方式显示出第一抢答者。为了使抢答器的功能更加完善，可以增加犯规电路与计分电路。通过辅助电路的设计，可以使得抢答的过程更加公平与合理。这里的犯规电路采用提前抢答报警与超时抢