数字竞赛抢答器

1、数字式竞赛抢答器数电课程设计论文题 目： 数字式竞赛抢答器 学 院： 信息工程学院 专 业： 通信工程 学 号： 姓 名： 指导教师： 刘 奇 能 完成日期： 2013 / 11 / 22 目 录课程设计任务与相关要求3 1.1任务阐述 1.2 任务分析 1.3 设计框图 元件资料收集 6设计过程123.1抢答电路与控制电路3.2 报警电路3.3 计分电路完整仿真结果展示17硬件制作及结果展示18六. 不足与改进思路19七. 体会与感想20八. 参考文献20一.课程设计任务与相关要求1.1 任务阐述 : 必做部分:（1）设计一个可容纳8组参赛的数字式抢答器，每组设一个按钮，供抢答使用。（2）抢

2、答器具有第一信号鉴别和锁存功能，使除第一抢答者外的按钮不起作用。（3）设置一个主持人“复位”按钮。（4）主持人复位后，开始抢答，第一信号鉴别锁存电路得到信号后，由指示灯显示抢答组的编号，同时扬声器发出23秒的音响。选做扩展功能：（5）设置一个计分电路，每组开始预制100分，由主持人计分，答对一次加10分，答错一次减10分。1.2 任务分析 :(1)竞赛抢答器的工作过程: 接通电源时，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；抢答开始时，主持人将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，这时，抢答器完成以下工作：a.优先编码器电路立即分辨出抢答

3、者编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；b.扬声器发出短暂声响，提醒主持人注意；c.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；d.当选手将问题回答完毕，主持人操作计分开关，计分电路采用十进制加/减计数器、数码管显示。e.本轮抢答完毕，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。(2)单元电路设计:a. 抢答电路:抢答电路包括抢答按钮、优先编码电路、锁存器、译码显示电路。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。b.控制电路控制电路主要完成以下功能：主持人将控

4、制开关拨到“开始”位置时，控制扬声器发声，使抢答电路进入正常抢答工作状态；当参赛选手按动抢答键时，让扬声器发声，并使抢答电路停止工作。c.报警电路可以使用一片555定时器用于构成单稳态触发器,一片555定时器用于构成多谐振荡器,推动扬声器发声,由于器材限制,后改用发光二极管替代。d.计分电路计分电路与主电路相互独立，由主持人控制进行加、减计数。(3)设计框图:按照如图所示思路, 在Multisim 12工具软件中设计电路并进行仿真,仿真成功后在万用板上安装调试各单元电路,并最终测试抢答器的逻辑功能是否符合要求。框图如下所示：显示电路译码电路锁存器优先编码电路抢答按钮 主电路报警电路控制电路主持

5、人控制开关显示电路译码电路计分电路预制扩展功能电路 二.元件资料收集（1）元器件资料图示： 分别查阅被使用元件的datasheet,将芯片的引脚图、芯片管脚说明及功能表如下: 74ls148:引脚图如右 真值表如右芯片管脚说明如下:07 编码输入端(低电平有效)EI 选通输入端(低电平有效)A0、A1、A2 三位HYPERLINK /view/802204.htm t _blank二进制编码输出信号即编码输出端(低电平有效)GS 片优先编码输出端即宽展端(低电平有效)EO 选通输出端，即使能输出端b.74ls279:引脚图如右:真值表如右:c.74ls48:引脚图如右: 真值表如下:d.74l

6、s192: 引脚图如右: 模式选择如下:e.74ls00: 引脚图如右: f.74ls121: 引脚图如右: 芯片管脚说明: 引出端符号Cext外接电容端Q 正脉冲输出端/Q负脉冲输出端Rext/Cext 外接电阻/电容端Rint内电阻端B正触发输入端A1、A2 负触发输入端 g.555定时器:引脚如如右: h.八段数码显示管: 引脚图如右: 注:由于使用的是共阴极数码管,故com接地. i.74ls283: 引脚图如右: 真值表如下:三.设计过程3.1抢答电路与控制电路(1)电路要求: 抢答电路包括抢答按钮、优先编码电路、锁存器、译码显示电路。抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后

7、，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。控制电路实现主持人将控制开关拨到“开始”位置时，控制扬声器发声，使抢答电路进入正常抢答工作状态；当参赛选手按动抢答键时，让扬声器发声，并使抢答电路停止工作。(2)设计思路: 使用8-3线优先编码器74ls148实现优先编码电路,锁存电路采用74ls279,然后通过七段数码管译码芯片74ls48实现译码功能,最后接于数码管实现显示;由于抢答器若显示1至8更符合人们的思维习惯,故此采用全加器74ls283给由74ls279输出端的编码信号实现加一后再送至译码器,此做法系论文亮点之一。 (3)按如上所示思路,接成如下电路即能

8、实现最基本的抢答与主持人控制功能,经过仿真检测,此单元电路工作正常。 此单元电路仿真说明如下: 按下空格键即主持人复位,由于是可弹回式开关,每个抢答回合主持人均只需拔动开关一次。 当主持人成功复位后,数码管不显示。此时八位抢答选手可分别按数字键18实现抢答,当某位选手抢答成功后,数码管将显示此位选手编号;此抢答信号将被锁存,即当某位选手抢答成功后,其他选手无法再行改变信号输出,除非主持人再次复位开始下一轮抢答。仿真图如下:3.2 报警电路(1)电路要求:当某位选手抢答成功后,数码管闪烁发光一段时间。(2)设计思路:使用一片555定时器构成单稳态触发器，使用另外一片555构成多谐振荡器。(3)仿

9、真:按照如上设计思路，接成如下所示电路并用multisim实现电路仿真，根据逻辑功能：其中与非门输入一端接主持人复位开关上方，一端接74ls279的R端,检测后知仿真结果正确。 仿真图如下所示:3.3计分电路(扩展部分)(1)电路要求:主持人在竞赛开始前将所有选手计分板置100分,在每一轮抢答中,如果某位选手答对此题,则此位选手加10分,答错则减10分。(2)设计思路:a最低位由于一直是零，所以考虑直接由译码器输入全为0的编码信号；b计分板前两位可以通过由两片74ls192构成百进制计数器；c由于74ls192是异步置数，且为低电平有效，且芯片的加减计数均为下降沿有效，所以三个开关均用可弹回式

10、开关。d由于逻辑功能不要求清零，所以直接将两芯片的清零端接至低电平(3)仿真:按照如上设计思路，接成如下所示电路并用multisim实现电路仿真，仿真成功。由于所有计分板的电路所实现的逻辑功能均相同，所以既用八块既可以实现所有选手的计分。以下是单片计分板的仿真电路图： 操作说明：在竞赛开始前，首先由主持人按下R键，为每位选手预置100分，然后抢答完后，可由主持人通过按下A键为相应的选手加10分，按下S键为相应选手减10分。所有计分板仿真图展示如下:四.完整仿真结果展示 各单元电路所拼接而成便可以组成一个完整的竞赛抢答器电路,由于页面大小限制,只展示基础部分加上选手1的计分板仿真电路图，如下：五

11、.硬件制作及结果展示 由于芯片种类及数目限制,计分板电路无法实现。通过在万用板上插上芯片并焊接好电路,通过调试，电路能成功实现所有的单元电路，实物图如下所示：不足与改进思路由于时间限制，计分板电路可以更加简洁，使用更少的开关，比如所有选手的加减分均可以在两个开关上实现，这样，主持人在某选手抢答完后，不需要找相应选手选手对应的开关，从而可以减少使用时的误操作及节省时间。改进思路： 将由基础部分的电路中的72ls279的锁存编码输出信号引至计分板，并通过3-8线译码器来控制相应选手的计分板的控制开关，如果选中此位选手，则此位选手的计分板才能够进行加减分操作，没被选择的选手即保持原有分数，这样所有选手的加减分操作由主持人仅通过两个开关便可以进行。体会与感想通过此次课程设计，让我对设计电路的流程有所了解，并通过相应的数电知识的应用从而巩固了此门课程，也更加明白了制作小型电路也需要先通过仿真的原因。通过动手实践，我进一步了解了数字电路的基本知识，理论知识得到了巩固和加深。在焊接的过程中，我深深体会到了细心的重要性，在完成电路焊接的过程中，必须要一