智力竞赛抢答器

1、扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题 目： 智力竞赛抢答器 课 程： 数字电子技术基础 专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气 1101 学 号： 111704103 姓 名： 崔亚 指导教师： 年漪蓓 蒋步军 完成日期： 2013年6月14日 总 目 录第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告第三部分：设计图纸第 一 部 分任务书一、课程设计的目的1、使学生进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计能力和综合分析问题、解决问题的能力； 2、使学生基本掌握常用电子电路一般设计方法，提高电子电路设计和实验能力； 3、熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作打下一定的

2、基础。二、课程设计的要求1、设计时要综合考虑实用、经济并满足性能指标要求；2、必须独立完成设计课题； 3、合理选用元器件； 4、按时完成设计任务并提交设计报告。 三、设计题目及内容 智力竞赛抢答器（1）、抢答器为四路；（2）、显示出最先抢答器的号码；（3）、带裁判员启动控制按钮；（4）、裁判员启动后，30秒后无组抢答，抢答器停止工作（显示30秒递减时间）。 四、设计要求1、 用中小型规模集成电路设计出所要求的电路；2、 在实验箱上安装、调试出所设计的电路。3、 写出设计、调试、总结报告。五、使用仪器设备 1、稳压电源(±5V，±15V)； 2、实验电路箱； 3、低频信号发生

3、器； 4、示波器 5、PC机六、参考文献1、“数字电子技术基础”教材； 2、有关“电子技术课程设计指导书”；3、“集成电路特性应用手册”； 4、其他。 第 二 部 分课程设计报告目 录1设计任务及要求72系统总体设计方案92.1总体设计方案92.2方案特点 93控制电路设计103.1控制电路工作原理103.2参数计算113.3器件选型114 振荡电路设计124.1振荡电路工作原理124.2参数计算134.3器件选型135 计数电路设计145.1计数电路工作原理145.2参数计算155.3器件选型156 译码显示电路设计166.1译码显示电路工作原理166.2参数计算166.3器件选型

4、167系统总体电路设计177.1系统总体电路177.2 电路说明188电路调试198.1振荡电路调试及实验结果分析198.2 计数电路调试及实验结果分析198.3 译码显示电路调试及实验结果分析198.4 控制电路调试及实验结果分析198.5 系统联调及实验结果分析199改进意见及收获体会2010器件明细清单21参 考 文 献221设计任务及要求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K0 K3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，并在LED数码管上显示,选手抢答实行优先锁存，优先抢答

5、选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。4. 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（30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时.5. 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。6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，定时显示器上显示00。2系统总体设计方案2.1总体设计方案数字抢答器总体方框图秒脉冲定时电路译码器主持人开关控制电路抢答按钮译码器显示器显示器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

6、手的编码，同时封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。 2.2方案特点    如图所示为总体方框图。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，编号显示器显示“0”，定时器显示设定时间“30”；主持人将开关置于“开始"状态，抢答器开始工作，定时器开始减倒计时。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。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。若在30秒

7、内无人抢答，定时显示器显示“00”，封锁抢答器。3控制电路设计3.1控制电路工作原理控制电路的单元电路图工作原理：当主持人控制开关处于“清除”位置时候，各触发器的都被置零。当主持控制开关打在高电平后，即可进行抢答，每个抢答选手操纵一个微动开关，抢先按动者按动后，此时封锁其他选手的选择权，只有主持人按清零开关后，才可以解除封锁。3.2参数计算由分析可知，若1先抢答，Q1为“1”，Q2、Q3、Q4必须均为“0”，所以若D1为“1”时，Q1非为“0”，封锁时钟信号停在“1”状态，同理Q2,Q3,Q4。3.3器件选型双上升沿D触发器74LS74两块双四输入与非门74LS20一块 四二输入与非门74LS

8、00一块六反相器74LS04一块 4 振荡电路设计4.1振荡电路工作原理74LS160是十进制分频，74LS74是二进制分频，4MHZ的石英晶体经过了六个十进制分频器和两个二进制分频器后最后的频率为1HZ，即最后得到所需要的秒脉冲。4.2参数计算根据实验室提供的4MHZ的晶振，我们选用六个74LS160用作六级十倍分频获得4HZ的方波信号，再选用两个D触发器用作两级两倍分频获得我们需要的1HZ的方波信号作为秒脉冲信号，另外，我们还用到容值分别为0.01uF和10pF的电容。4.3器件选型 十进制分频器7LS160六块 二进制分频器74LS74一块 反相器74LS04一块 石英晶体一块 电容10

9、PF， 0.01UF各一个 电阻1K两个5 计数电路设计5.1计数电路工作原理计数电路的单元电路图工作原理：选用十进制可逆计数器（74192）进行设计.将个位置数为0000,十位数为0011,个位的BO端接到十位的DOWN端,这样,连接七段译码器和数码管后，显示的数字可以从30减到00。主持人开关控制两个计数器的置数端,当主持人将开关打到低电平时,就会置数在30。当主持人开关打到开始按钮（高电平）后,计数器开始工作,从30开始递减。5.2参数计算要构成30进制计数器，首先将两片192用并行进位方式连成一百进制计数器，由于192是异步置数，所以计数器从30开始减到00时立即跳为30，即00为不稳

10、定状态，正好计数器几入了30个脉冲。所以我们把高位192置入3（即0011），低位置入0（即0000）。5.3器件选型十进制可逆计数器74192两块反相器74LS04两块双四输入与非门（74LS20）两块6 译码显示电路设计6.1译码显示电路工作原理译码是把给定的代码进行翻译，变成相应的状态。用于驱动液晶数字显示屏的CMOS七段液晶显示译码器，只要在它的输入端输入BCD码，七段液晶显示器就能显示十进制数字，如图：6.2参数计算当A、B、C、D输入端输入信号经过74LS48到达LED上时，LED就会显示相应的数字。6.3器件选型数码管BS207译码器74LS487系统总体电路设计7.1系统总体电

11、路7.2 电路说明主持人开关有工作和清零两个工作状态，其中工作时开关处在高电平，清零则处在低电平。当主持人将开关置于低电平端时，触发器被清零，该电路部分的数码显示管显示数字“0”；与此同时，倒计时部分电路被置数为三十秒，该电路部分的数码显示管显示数字“3”和“0”并随着CP脉冲逐秒递减。倒计时电路逐秒递减的条件是主持人开关处在工作的高电平状态，且有秒脉冲送进来。而秒脉冲又受到其他两个因素的控制：（1）抢答电路只要且只要有一个抢答开关工作秒脉冲就将被锁定，时间显示电路将停止工作，数码管示数也将被锁定不变；（2）主持人开关启动抢答功能三十秒后仍然没人抢答，则秒脉冲同样被锁定，时间显示电路也将停止工

12、作，数码管示数将被锁定在“00”状态。秒脉冲一旦被锁定，倒计时部分电路就将停止工作，同时会给抢答电路提供一个封锁抢答功能的高电平信号，这是抢答器将不能实现抢答功能，需要主持人重新清零之后，这两部分的电路才能重新工作。8电路调试8.1振荡电路调试及实验结果分析根据用Multisim软件绘制的可正确运行的电路原理图在面包板上接线，并仔细检查，将脉冲信号的输出端接面包板上的小灯泡，同时用导线将标准1HZ的脉冲信号接到另一个小灯泡上，接通电源，观察两个小灯泡的闪烁频率。实际观察结果：小灯泡闪烁频率相同，得到所需要的秒脉冲。8.2 计数电路调试及实验结果分析根据进入实验室之前绘制的电路原理图在面包板上接

13、线，并仔细检查之后，接入标准1HZ脉冲信号，接通电源，观察该部分电路接的发光二极管工作状态。实际观察结果：指示二极管开始一直不亮，经排查第二片74LS192的11号管脚多接了一根高电平线，打开主持人控制总开关，计数二极管闪烁30下，指示二极管发光。电路符合要求。8.3 译码显示电路调试及实验结果分析（该部分内容已经包括在译码显示电路设计中）8.4 控制电路调试及实验结果分析根据用Multisim软件绘制的可正确运行的电路原理图在面包板上接线，并仔细检查之后 ，接通电源，观察该部分接的发光二极管工作状态。 实际观察结果：观察结果正常，当主持人清0后，当抢答选手按动自己所对应的开关时，对应二极管发

14、光。当其他选手按动自己的开关，对应二极管不发光。8.5 系统联调及实验结果分析将抢答电路部分和计数（倒计时）电路部分按照实验电路原理图连接起来，秒脉冲用数字逻辑箱上的标准1HZ脉冲代替，认真仔细检查之后，接通电源。实验结果分析：当主持人清0时，控制电路部分的数码管显示0，计数部分的数码管显示30，主持人开关打到高电平后。如果有选手抢答，控制部分的数码显示管会显示该选手的序号，与此同时30秒倒计时开始。而如若在他之后又有其他的选手抢答，计数部分则不会有显示,倒计时部分也不会有影响。30秒倒计时结束后指示灯自动亮。9改进意见及收获体会改进意见:在接线的过程中，所接的线显得杂乱，可以在接线的过程中适

15、当减少接线的数量，改善布线格局，提高面包板上的美观度。用优先编码器代替与非门,将所要的数据传入译码器,可以减少电路接线的复杂性，还可以加强电路的逻辑功能,可以用555接成报警器电路，当选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。收获体会：总结：先来说说自己的的收获，第一巩固强化啦自己对multisim软件的熟练。再次，自己在接线，线路布局，以及其他的各种实践方面的能力。最重要的是我们体验到啦从理论到实践的转变。将所学变为所用，这其中的乐趣是无穷的 。经历过程：这次的实践过程是十分漫长的，从开始的电路图设计，调试成功，到面包板的线路布局。以及其中的错误纠察，

16、不想说其中有多少埋怨，多少苦楚，但是最后我们还是很成功的完成啦。很高兴。 10 器件明细清单逻辑箱一个数码管（BS207）三个译码器（74LS48）三块十进制可逆计数器（74190）两块十进制计数器（74160）六块双上升沿D触发器三块双四输入与非门（74LS20）三块四二输入与非门（74LS00）三块反相器（74LS04）两块电容10PF一个电容0.01F一个电阻1K四个石英晶体4MHZ一个 参 考 文 献（1）谢自美主编.电子线路设计实验测试（第二版）。华中科技大学出版社2000（2）焦宝文主编.电子技术基础课程设计指南（第一版）。请华大学出版社1984（3）数字电路逻辑设计与集训。中国石油大学出版社 2010（4）数字电路设计.仿真.测试。华中科技大学出版社 2010（5）集成电路应用手册第 三 部 分设计图纸图