电子抢答器设计

1、精选优质文档-倾情为你奉上目录第一章 抢答器设计目的及要求一、设计目的多路抢答器在各种场合、电视台的娱乐节目中得到广泛应用。它能根据参赛选手的请求，很好地区分先后顺序并显示选手的编号。二、设计要求1）抢答开始时，由主持人按下复位开关清除信号，用发光二极管作为输出显示信号标志。2）当主持人宣布“抢答开始”后，先按键者相应的发光二极管点亮；3）有人按键被响应的同时，应有信号发出去锁住其余几个抢答者的电路，不再接收其它信号，直到主持人再次清除信号为止。当达到限定时间时，发出声响以示警告。4）在电路中设计一个计时功能电路，要求计时电路按秒显示，最多时限为1分钟，当时间显示一旦到达59秒，下一秒系统自动

2、取消抢答权，信号被自动清除，抢答重新开始。亦可倒计时显示。5）至少4路信号抢答设计。第二章 抢答器设计原理一、总体设计原理分析抢答器系统的原理框图如图1-1所示，设计的数显抢答器通常用TTL集成电路制作，它主要由定时器、倒计时数字显示、译码器、编码器、报警电路、锁存器、秒脉冲信号发生器等部分组成。秒脉冲产生电路控制定时电路；锁存器用来锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；用二极管显示抢答器组别号码；选用集成可逆计数器74190N来完成上述功能使其他选手的按键操作无效，有人抢答后能自动闭锁其他各路输入，使其他组再按开关时失去作用。设计重点是考虑如何在第一人按下按键后封锁其他人的信号传送，本设计

3、中采用控制D触发器时钟信号的方法实现，只要有人按下按键就会触发判断电路输出0封锁时钟信号到D触发器的通道，导致其他信号无法传送。抢答信号时钟信号信号处理编码优先锁存译码、驱动声响信号显示图2.1.1 多路抢答器系统的原理框图二、单元电路的工作原理多路抢答器需要实现选手的按键功能，电路应有开关输入电路，且开关应选用瞬态开关，以备下次继续抢答。电路能显示参赛选手的编号，因此电路应能区分每个选手的输入开关信号，可选用小灯泡显示。电路具有抢答功能，因此系统应设计封锁电路，一旦检测到有按键输入，立即将其他各路输入封锁。电路的数码显示和语音提示可由主持人用清除按钮解除，因此系统应设计清除电路，为下一次抢答

4、做准备。1、抢答电路设计工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时，触发器的控制端为低电平，输出(4Q一1Q)全部为低电平，因此=0，为静态灭灯输入使能端，只要=O，触发器各段输出全为低点平，显示器灭灯。当主持人开关拨到“开始”位置时，触发器处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端输入信号，当CLK端接收信号从低电平变为高电平，即上升沿时，触发器工作。当有选手将键按下时(如按下J3)，74LS175的3D=1，输出3Q =1，此时第三个小灯亮。此外， 端为低电平，而、输出均为高电平，经过或门后，输出为高电平，与信号源再次经过与门，此时输出信号封锁了其它按键的输入，。当按键松开后，

5、脉冲信号为下降沿，触发器出于保持状态，所以小灯保持亮的状态。即使有其他按键按下，信号也不会被接收，这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确,当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。2、定时电路设计节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，本文选用十进制可逆计数器74190进行设计，计数器的时钟脉冲由秒电路提供。在此电路中，当开关闭合时，由74190组成的减计数器对计数器置数，假设主持人设置59s，则十位计数器的预制端ABCD=0101，个位计数器的预制端ABCD=1001， 即74190的输入端分别是ABC

6、D=0101，ABCD=1001,， 十位计数器输出为, 个位计数器输出为。显示59。开始抢答时,，计数器开始减计数，秒信号由脉冲发生器提供。3、时序控制电路的设计时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下3项功能： 1)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。2)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。3)当设定的抢答时间到，同时抢答电路和定时电路停止工作。工作原理是：主持人控制开关从“清除” 位置拨到“开始” 位置时，有一低电平信号作用在端，同时，由于电路初始化，74190处于正常工作状态，定时电路进行递减。当个位减

7、到九时，,十位触发器时钟信号端接受到高电平，在上升沿的作用下,十位的74190触发器处于工作状态，借位减一。当选手在定时时间内按动抢答键时，相应的小灯亮，四位反向输出端经过与非门和或门后输出1，信号传到端，在高电平信号作用下两片触发器均停止计时，保持状态不变。当定时时间到依然没有人抢答，两片触发器的输出端均为0，经过或非门的作用信号为高电平，再经过与非门，是信号变为低电平作用在，使两个触发器重新置位，禁止选手抢答。将以上各单元电路的设计加以组合，可以得到定时抢答器的整体电路。第三章 器件选用及功能一、器件说明表1：应用器件汇总器件类型名称个数电源VCC2脉冲发生器2TTL74LS190N274

8、LS175N2数码管DCD-HEX2灯泡4组合逻辑器件或非门2与非门4或门3与门4电阻15开关单刀单掷开关13蜂鸣器BUZZER1二、主要器件的引脚和功能表1、74190N功能为异步置数控制端为计数控制端AD为并行数据输入端为输出端/D为加/减计数方式控制端异步置数功能当=0时，与CP无关，与并行输入数据AD被置入。=ABCD。计数功能取=0,=1时。当/D=0时，对应CP脉冲上升沿，十进制加法计数。当/D=0时，对应CP脉冲上升沿，十进制减法计数。保持功能当=1,=1时，计数器保持原来的状态不变。图3.2.1 74190引脚图表2:74190真值表图3.2.2 74190N内部结构2、触发器

9、74LS175N图3.2.3 74LS175N引脚图表3:74LS175N真值表清零时钟输入输出工作模式CP1D2D3D4D1Q2Q3Q4Q0×××××异步清零11D2D3D4DDDDD数码寄存11××××保持数据保持10××××保持数据保持选用74LS175N是由于通过控制脉冲而实现优先锁存功能，D触发器的特点：当出现上升沿脉冲时，输入和输出同步。无上升沿脉冲，触发器保持原来的状态。3、秒脉冲发生器图3.2.4 脉冲电路图3.2.5 波形图秒脉冲信号发生器能产生快

10、读、幅度和重复频率可调的矩形脉冲的发生器，可用以测试线性系统的瞬态响应，或用作模拟信号来测试雷达、多路通信和其他脉冲数字系统的性能。4、蜂鸣器蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，采用直流电压供电，广泛应用于计算蜂机、打印机、复印机、报警器、电子玩具、汽车电子设备、电话机、定时器等电子产品中做发生器件。蜂鸣器主要分为压电式蜂鸣器和电磁式蜂鸣器两种类型。蜂鸣器在电路中用字母“H”或“HA”表示。蜂鸣器的结构原理：压电式蜂鸣器主要由多谢振荡器、压电式蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。有的压电式蜂鸣器外壳上海装有发光二级管。 多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。当接通电源后（1.515V直流工作电

11、压）,多谐振荡器起振,输出1.52.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。三、倒计时及数字显示模块1、原理通过单时钟同步十进制减数器74LS190(2片)来实现60s的。2、原器件的选择及参数  计数器选用集成电路74LS190进行设计较简便。74LS190是十进制同步可逆计数器，它具有异步并行置数功能、保持功能。74LS190没有专用的清零输入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的输出数据间接实现清零功能。译码器采用74LS48（2片）、倒计时显示采用BCD译码器作为显示，它由计数器驱动并显示计数器的输出值。现选用两个74LS190芯片级联成一个从60倒计到0

12、0的计数器，即其中作为个位数的74LS190芯片的CLK接秒脉冲发生器，再把个位数74LS190芯片输出端的QA、QD做与后与十位数的74LS190芯片的CLK连起来。当个位数减到0时，再减1就会变成9， 0（0000）到9（1001）之间QA、QD与后的输出由0变为1,十位数的74LS190芯片实现减一。引脚的输入信号由个位数74190芯片的QA、QB、QC和QD引脚与十位数74190芯片的QA、QB、QC和QD用4输入或非门，再经过与非门连起来。工作开始时，LD为0，计数器预置数60，置完数后，LD变为1，计数器开始倒计时。当倒计时减到数00时，LD又变为0，计数器又预置数60，之后又倒计

13、时，如此循环下去。具体接法如图3.3.1：图3.3.1 倒记时及数字显示电路四、综合逻辑电路图图3.4.1 综合逻辑电路图第四章 仿真调试过程一、仿真图按照上述电路图进行连接线路并在Multisim上进行仿真，演示结果如以下各图所示：图4.1.1 主持人按下复位开关清除信号图4.1.2 主持人按下复位开关清除信号，无信号允许图4.1.3 持人宣布“抢答开始”，倒记时开始图4.1.4 持人宣布“抢答开始”，显示信号标志图4.1.5 3号选手抢答成功，不再接收其它信号图4.1.6 时间到，下一秒抢答重新开始图4.1.7 总电路图仿真二、问题解决在软件调试过程中，我遇到以下几个问题：在调试时蜂鸣器工

14、作异常，蜂鸣器时响时不响，通过对频率，工作电压和接地方式的调整，检测出原工作电压大于高电平电压导致蜂鸣器不能正常工作，另外频率的设定也很重要，不同的频率声响不同；最终确定了1000HZ，2V工作电压来驱动蜂鸣器。在调试时数码管时，仿真不能正常显示数字，经检测把问题锁定在上拉电阻的阻值上，经过几次调试，把电阻设定为240 。使数码管能够正常显示数字。有人抢答，但是显示器仍然循环走。利用74LS175的非门输出信号，将四个输出信号两个两个结合，经过与非门后，再用或门引入端，如果有人抢答，就会将高电平信号输入端，使74190处于保持的状态，输出信号不变，进而显示器显示计数保持不变，起到了控制作用。在

15、倒计时电路中，电路开始运行后，显示器显示的计数保持不变，即74190只置数，并不减计数。经过检测后，认为触发脉冲的触发频率有问题。通过调试，确认为1MHZ，电路正常工作。第五章 设计心得体会在此次为期三周的课程设计中我遇到了很多的问题，（有自身基础知识不扎实，原理掌握得不够）主要由以下几个方面：起初面对整个设计一点思路都没有不知如何下手，总觉得整个设计很庞大。后来经过老师的指导和同学间相互交流，渐渐觉得这个设计并不像想象的那么困难，于是有了一定信心的我开始琢磨如何进行设计。首先是选题，选题是毕业设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目，这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大。好比走路，这开始的

16、第一步是具有决定意义的，第一步迈向何方，需要慎重考虑。否则，就可能走许多弯路、费许多周折，甚至南辕北辙，难以到达目的地。因此，选题时一定要考虑好了。然后是找资料了，查资料是做毕业设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，到图书馆、书店、资料室去虽说是比较原始的方式，但也有可取之处的。总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所选的题目也大概有了一些了解，这一步就是在这样一个基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。最后就应该动手实现了，其实以前的三步都是为这一步作的铺垫。通过这次设计，使我感受最深的是数字电路设计需要的不

17、仅是扎实的知识功底和严谨的科学态度，更要有坚韧不拔的毅力和勇于探索的勇气。只有对所有的器件（譬如芯片）有了深入的了解之后才能选择正确的器件设计电路。在此次设计过程中由于我们频繁使用一电子设计软件如：Multisim等，因此使我熟悉了软件的使用，同时在电脑的电子设计和绘图方面有了进一步的提高。好的电路不仅要求正确，而且要是最简单的，这里说的最简单不是每个器件最简单，如果那样我们不必选择器件了，只需使用门电路就可以了。我们要的是对整个电路来讲是最简单的，尽量在功能齐全的情况下减少元器件的数量。通过这次四路抢答器的设计，我发现了以往学习中的许多不足，也让我掌握了以往许多掌握的不太牢的知识，感觉学到了

18、很多东西。三周的课程设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐性和坚持下去的毅力。在整个电路的安装调试的过程中，花费时间最多的是各个元件电路的连接，电路的细节设计以及连完线路后的检查工作上，其中在连接电路是出现问题比较多，例如在有人抢答问题是数字显示板不停时，通过老师的指导和讲解下我门有了更深刻的认识，同时对元件的原理的功能了解的更多更深刻。在这次过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当的烦琐，有时花很长时间检查电路故障，分析原因，那时心中就有点灰心，有时还特别想放弃，此时更需要静下心来，仔细的查找原因，在对待问题上要做到态度端正，对像数电这样逻辑性强的学科，每个环节都要弄得清清楚楚，有一点漏洞都不能出结果。虽然本次设计由于我没有完整的操作和实践过程，所以很难对自己的设计进行全面的评估，因此也就不能在发现问题时要根据现象判断问题出在哪，然后去找原因，再去寻求解决的方法，但在同学的讨论和老师的指正下找到了解决的线索，是我能更好的理解和使用，在此我要感谢所有给予我关心帮助的老师