路抢答器课程方案报告

个人资料整理 仅限学习使用电子信息工程学院电子课程设计报告八路抢答器姓名：_____专业：______班级：______学号：_______同组人：_______指导教师：_______学校：日期：个人资料整理 仅限学习使用目录摘要---------------------------------------------------------------------------3---------------------------------------------------------------------------4第一章设计要求----------------------------------------------------------51.1基本要求-------------------------------------------------------------51.2提高要求-------------------------------------------------------------5第二章系统的组成及工作原理------------------------------------------62.1系统的组成框图-----------------------------------------------------62.2系统的工作原理-----------------------------------------------------6第三章电路设计--------------------------------------------------------------73.1方案的选择-----------------------------------------------------------73.1.1方案一----------------------------------------------------------73.1.2方案二----------------------------------------------------------83.1.3确定方案-------------------------------------------------------83.2单元电路设计--------------------------------------------------------93.2.1抢答电路的设计----------------------------------------------93.2.2定时电路的设计---------------------------------------------113.2.3报警电路的设计---------------------------------------------123.2.4时序电路的设计----------------------------------------------13第四章电路实验与调试---------------------------------------------------154.1焊接--------------------------------------------------------------------154.2调试中出现的问题及解决-----------------------------------------15第五章设计总结-----------------------------------------------------------15参考文献----------------------------------------------------------------------18附录<元件清单）---------------------------------------19个人资料整理 仅限学习使用摘要本设计是一个八路竞赛抢答器，采用中小规模集成电路实现。电路包括以下几部分：抢答判别部分、显示部分、时序控制部分、定时部分和报警部分、主持人部分及时间设定部分。电路选用优先编码

74LS148

、锁存器

74LS279

、74LS48

译码器和一个七段数码管组成的抢答显示电路；定时显示主要由

555定时器秒脉冲产生电路、十进制可逆计数器 74LS192 减法计数电路和两个 4段数码管等相关电路组成；由555定时器和三极管构成的报警电路。接通电源后，主持人将开关拨到 "清零"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布"开始"抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：编号锁存、优先判断、编号显示、扬声器提示。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。通过课程设计提高和巩固了所学的专业知识，以及知识的综合应用和焊接技术。个人资料整理 仅限学习使用第一章设计要求1.1基本要求1．给定的主要器件：74LS14874LS27974LS4874LS192NE55574LS00发光二极管共阴极显示器74LS121功能要求：设计一个智力竞赛抢答器，可同时共8名选手参加比赛，并具有定时抢答功能。具体功能要求如下：基本功能：<1）设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的选号分别是0、1、2、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。<2）给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零 <编号显示数码管灭灯）和抢答器的开始。个人资料整理 仅限学习使用<3）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直保持到主持人将系统清零为止。1.2提高要求<1） 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<如30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时。同时扬声器发出短暂的响声，响声持续0.5秒左右。发光二极管灯亮。<2）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。<3）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示 00。个人资料整理 仅限学习使用第二章系统的组成及工作原理2.1系统的组成框图：图1抢答器的系统组成框图2.2系统的工作原理：如图1所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。扩展电路完成定时抢答的功能以及报警功能。图 2.2所示电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间<30s），当主持人将控制开关置于 “开始”时，扬声器发出声响，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能：<1）优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号；<2）扬声器发出短暂声响；个人资料整理 仅限学习使用<3）控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；<4）控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。个人资料整理 仅限学习使用第三章 电路设计3.1方案的选择：3.1.1本方案设计框图如下图所示，电路选用优先编码

74LS148

、锁存器74LS279、74LS48译码和一个七段数码管组成的抢答显示电路；先对电路输入信号锁存再优先编码后显示，用锁存后的信号来控制锁存器74LS373的LE端来实现正常抢答。扩展电路采用十进制可逆计数器74LS192减法计时。3.1.2 方案二本方案在选手抢答前利用“清除 /起始”开关S使基本RS触发器输出端Q为0，使集成8线-3线优先编码器禁止；当主持人按下“清除/起始”开关S时，基本RS触发器输出端Q为1，与优先扩展输出端Yex共同作用，使集成8线-3线优先编码器选通输入端ST为0，允许编码，等待数据输入。此时优先按动序号的组号立即通过编码器按BCD421码输出，经RS锁存器74LS279将该数码锁存到LED显示器上。与此同时，Yex<引脚为14）由1翻转为0，与非门G1输出为个人资料整理 仅限学习使用1，选通输入端ST为1，编码器被禁止。此外，在Yex由1翻转为0时，还驱动报警电路工作，发出声音。BusBus46选手控制开关&5G1GFEDCBAVCC74LS00D5V1415910111213OGOFOEODOCOBOAU1_~74LS247D8x10kohmQQ~~DCBALTRBIBI/RBO374LS00D674LS00D&&62173545432132101111VCC12455V基本RS触发器R1主持人开关控制 3kohm2 1 开始1

8I765432101EV~3974176543210U21111111174LS148DQQU3BQQU3A2174LS279D2174LS279D210S0SRSSRSRSSRAAAGE542106532167945111111174LS04D 清除图3.1.3 方案三本方案的设计框图如图1，先对输入信号优先编码再锁存后输出显示，主要控制优先编码74LS148选通输入端ST非来控制正常抢答。个人资料整理 仅限学习使用确定方案方案二中多加了一个基本RS触发器，以及74LS148引脚与74LS279之间连线有所改变，这又涉及到之后的提高方案中的连线的改变。此处基本RS触发器又相当一锁存器，它可以对主持人的指令进行进一步的锁存，这样就可以增强它的抗干扰能力，但其线路过于复杂，由于方案三已能满足基本设计和提高设计的要求，而且它的原理更简单易懂，元件更少，连线也方便，焊接更可靠，且比较容易实现，所以最终选用了方案三 。个人资料整理 仅限学习使用3.2单元电路设计3.2.1抢答电路的设计设计电路如图所示，电路选用优先编码 74LS148、锁存器 74LS279、74LS48 译码和一个七段数码管组成的抢答显示电路；该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，同时译码显示编号 <显示采用七段数字数码管显示）；二是禁止其他选手按键输入，按键无效。开关 SW1 置于“清除”端时，锁存器的 LE端输入为“1”时，停止工作。开关 SW1置于“开始”端时，抢答器处于等待工作状态，锁存器 74LS373 的LE端输入为“0”时，当选手抢答按键时， LE端变为“1”并锁存，再经编码译码，最后显示。若进行下一轮抢答则需主持人重新将开关 SW1置于“清除”端后置“开始”才可。个人资料整理 仅限学习使用图3.2.1抢答电路其工作原理是：当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端<4Q～1Q）全部为低电平。于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0输入信号，当有选手将键按下时<如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，此时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，个人资料整理 仅限学习使用封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后， 74LS148的YEX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，其它按键的输入信号仍不会被接受。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，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。3.2.2定时电路的设计74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码显示在数码管上。74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时 30秒，所以把左边的芯片的 1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为 30秒。555芯片完成产生秒脉冲的功能。工作过程为：抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。当记到了 30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00。个人资料整理 仅限学习使用图3.2.2定时电路3.2.3报警电路的设计由555定时器和三极管构成的报警电路如图 3-3所示：个人资料整理 仅限学习使用图3.2.3报警电路其中555构成多谐振荡器，振荡频率为：f0=1/(R1+2R>*C*ln2=1.43/(R1+2R>*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，电路停振不再工作。3.2.4时序电路的设计时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：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入正常抢答工作状态，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，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3.2.1和图3.2.2，设计的时序控制电路如图3.2.4所示：图3.2.4个人资料整理 仅限学习使用图3.2.4(左>为抢答与定时电路的时序控制电路图3.2.4(右>为报警电路的时序控制电路图中，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3-4<左）的工作原理是：主持人控制开关从“清零”位置拨到“开始”位置时，来自于图3-1中的74LS279的输出CTR=0，经G3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，在定时时间未到时，来自于图 3-2的74LS192的借位输出端BO2=1，门

G2的输出

ST=0，使

74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求；当选手在定时时间内按动抢答键时，相，A=0，封锁CP信号，定时器处于保持状态，门

CTR=1，经G3反G2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求；当定时时间到时，来自于图3-2的74LS192的借位输出端BO2=0，门G2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答，门G1同时处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路为00状态，从而实现功能③的要求，74LS121用于控制报警电路及发声的时间。个人资料整理 仅限学习使用第四章 电路实验与调试4.1焊接通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。同时在电路板上要预先确定电源的正负端，便于区分及焊接。正确焊接各芯片个管脚连接必须查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路。4.2调试中出现的问题及解决方法<1）显示电路不稳定问题在完成电路的焊接进入调试阶段时发现抢答器数码管显示选手编号不稳定。主要表现在单选手按下抢答键后数码管显示的不是选手当前号码。因此着手对电路进食检查，首先检查数码管看是否是关节焊接错误，后又检查电路各个芯片管脚接错均未发现问题，最后发现当触动某按键连线时显示正常由此判断可能是因为出现了虚焊，遂将电路各焊点又仔细焊接了一遍，此时电路显示正常。<2）控制开关无法控制电路在调试是发现当按下主持人开关时电路断电，当松开后数码管显示始终为7，经过一个多小时对电路用万用表逐个检查，发现是开关触焊接错误，通过改正焊接后电路能正常工作。<3）数码管不能正常倒计时在进入定时电路调试时，发现数码管不能正常倒计时，出现乱码。对这问题我们检查了芯片是否完好，电路界限是否正确均未发现问题，后发现是由于在焊接时焊线有些地方出现部分短接，于是就将焊线重新理清，数码管也能正常工作了。个人资料整理 仅限学习使用第五章设计总结本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合，既考查了同学对理论知识的掌握程度，由反映了实际动手能力，更主要的是考查了同学对知识的综合运用以及创新设计思维能力，为今后的发展提供了一次良好的学习环境。针对课设题目八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证实验方案的可实行性，虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。同时也使自己认识到：1、设计思路是整个设计的灵魂拿下每个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的。只有对课题的充分理解，对各种器件的熟练掌握，勾画出基本的设计图是成功的关键，，必须多花时间在设计上才能为后续工作提供更扎实的基础。翻阅各种资料，上网查询填补所需知识的空白是必要的。2、焊接制作必须精益求精焊接必须精益求精，一丝不苟，一点的差错都可能导致实验结果错误，因此必须准确无误还要工整，这样才能在调试中能比较轻松进行，也是整个电路可看性更好。3、调试调试工作是个精细工作。在调试过程中，有些问题是芯片本身损坏引起的，也有些是因为焊接问题引起的等因此排查过程需要特别有耐心，通过对芯片功能的检验，对焊点的检查最后检查出问题所在。当最后解决问题时，电路的正确是非常振奋，也很有成就感和满足感。个人资料整理 仅限学习使用4、建议设计的作品主要是用74系列集成芯片来完成的，在焊接的过程中由于芯片的引脚过多，布线工作不是很方便。有时候还因为某一跟线没有焊牢，造成电路的不稳定，这些都是有待改进的。