电工与电子课程设计-智力竞赛抢答器.doc

题目 智力竞赛抢答器 班级 12热工（2）班 学号 201210610226 姓名 指导 时间 2013年12月20日 景德镇陶瓷学院电工电子技术课程设计任务书姓名 陈昱桦 班级 12热工（2）班 指导老师 江老师 设计课题：智力竞赛抢答器 设计任务与要求设计一个可容纳8人参赛的数字式抢答器； （一）基本功能：1、 抢答器同时供8名选手比赛使用，分别用8个按钮s0s7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、 抢答器具有锁存和显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在数码管上显示选手号码。抢答实行优先抢答，优先锁存的选手编号一直保存到主持人将系统清除为止。 （二）扩展功能：1、抢答器具有定时抢答功能，抢答时间由主持人设定（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，发光二极管灯亮。2、参赛选手在设定时间内抢答有效，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，如果时间到无人抢答，本次抢答无效，系统报警并停止抢答，定时器上显示00。设计步骤1、 查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、 先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、 依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；4、 列出标准的元件清单；5、 总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。设计说明书字数不得少于3000字。参考文献1、吕思忠、施齐云.数字电路实验与课程设计【m】.哈尔滨工程大学出版社，20012、崔葛瑾.数字电路实验基础【m】.同济大学出版社，20053、王毓银.数字电路逻辑设计.第三版【m】.高等教育出版社，20054、范文兵.数字电子基础技术【m】.清华大学出版社，2007目录1、 总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12、 抢答电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23、 定时电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44、 时序控制电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .65、 总体电路原理相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76、 总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87、 元件清单. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98、 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109、 设计心得体会. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111、总体方案与原理说明抢答器作为一种工具，已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。本设计以多路智力竞赛抢答器为基本概念，从实际应用出发,利用电子设计自动化(eda)技术,用数字、模拟电子器件设计具有扩充功能的抢答器。该抢答器主要运用到了编码器，译码器和锁存器：它采用74ls148来实现抢答器的选号，采用74ls279芯片实现对号码的锁存，采用74ls192实现十进制的减法计数，采用555芯片产生秒脉冲信号来共同实现倒计时功能。本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等。在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二极管直接指示出组别。在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有组别抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无组别抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。总体框图如下： 图【一】总体方案与原理说明2、抢答电路此部分电路使用优先编码器74ls148和锁存器74ls297来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关s置于清除端时，rs触发器的r、s端均为0，4个触发器输出置0，使74ls148的优先编码工作标志端0，使之处于工作状态。当开关s置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下s5），74ls148的输出经rs锁存后，ctr=1,rbo=1,七段显示电路74ls48处于工作状态，4q3q2q=101,经译码显示为“5”。此外，ctr1，使74ls148优先编码工作标志端，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74ls148的此时由于仍为ctr1，使优先编码工作标志端1，5所以74ls148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。通过74ls48译码器使抢答组别数字显示0-7。如有再次抢答需由主持人将s开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。原理图如下：图【二】抢答电路3、定时电路该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74ls192减法计数电路、74ls48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。两块74ls192实现减法计数，通过译码电路74ls48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74ls192减法计数电路、74ls48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。两块74ls192实现减法计数，通过译码电路74ls48显示到数码管上，其时钟信号由555定时器提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管dpy_7-seg 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，直接锁住电路选手抢答无效。原理图如下：图【三】定时电路图【二】图【二】4、时序控制电路设计的时序控制电路如（图4）所示。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的输人使能端。工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自于（图2）中的74ls279的输出1q=0，经g3反相，a1，则时钟信号cp能够加到74ls192的cpd时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时在定时时间未到时，则“定时到信号”为 1，门g2的输出=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，1q1，经g3反相，a0，封锁cp信号，定时器处于保持工作状态；同时门g2的输出=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，则“定时到信号”为0，门g2的输出=1，74ls148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时门g1处于关门状态，封锁 cp信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能（3）的要求。集成单稳触发器74ls121用于控制报警电路及发声的时间。原理图如下：图【三】时序控制电路5、总体电路原理相关说明首先是各个选手分别对应的按钮编号是s0、s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7，抢答后显示器上显示的分别是0、1、2、3、4、5、6、7。然后是主持人对整个电路系统清零，将开关置于“清零”的位置，输出低电平，分为两路：一路与锁存器的1r2r3r4r端相连，使输出端1q2q3q4q为低电平，1q所输出的低电平经与门反馈给74ls148的ei端子，编码器不工作，因此抢答部分显示器灭灯无显示，实现了清零；另一路低电平输出到计数器74ls192的ld端，而cr端也是低电平，所以使得对应显示器输出预置的数据。接下来主持人根据题目的难易程度设置抢答时间，此设定可以通过调节输入两片74ls192的四个输入端d、c、b、a的高低电平来进行（例如要设定时间为30秒,就将十位的74192的d、c、b、a分别置位为0、0、1、1，而将各位的74ls192的d、c、b、a都置于0）。当主持人宣读完题目说“开始”并将开关置于“开始”位置后，输出为高电平，此高电平有两路方向：一路输出到74ls192的ld端，使其处于高电平而开始减计数；还有一路输出到锁存器的r端。当任意一个选手抢答时，例如3号抢答时，74ls148三号端子输入低电平有效，此时gs为低电平有效，表征编码器在正常工作。编码输出a2a1a0为100，与其对应的4s3s2s为100，经74ls279锁存，4q3q2q输出为011，经译码显示编号为3。与此同时，1q所输出的高电平反馈回编码器的是能输入端，使其停止工作。此时，其他选手若再按动按钮也无对应输出，这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性。另一路，74ls148的gs端输出电平由高变低，与秒脉冲发生器产生的秒脉冲相与后输出为0，使得无脉冲抵达计数器74ls192的down端。计数器停止工作，保持原来显示不变，即实现了暂停减计数使其记录抢答时间的功能。若没有选手按动按钮，则74ls279输出全为高电平，74ls148也输出高电平，1q端输出低电平至74ls48的灭灯输入ri/rbo端，使得信号经74ls48到显示器上时无显示；若到定时部分计数器倒计时到00还无选手按动按钮的话，十位74ls192的借位输出端输出高电平反馈回个位down端，停止计数。综上所述，所设计的电路基本可以实现要求中的功能。6、总体电路原理图7、元件清单序号名称备注数量1共阴数码管 5v3个2译码器74ls483个3rs触发器74ls2792个4优先编码器74ls1481个5可逆计数器74ls1922个6定时器5551个72输入与非门74ls001个84输入与非门74ls201个9电阻5001个10电阻1k1个11电阻16k1个12电阻60k1个13发光二极管2个14触点开关8个15单刀双掷开关1个16电容电解电容（10f）1个17电容瓷片电容（0.01f）1个18导线若干参考文献1、吕思忠、施齐云.数字电路实验与课程设计【m】.哈尔滨工程大学出版社，2001.2、崔葛瑾.数字电路实验基础【m】.同济大学出版社，2005.3、王毓银.数字电路逻辑设计.第三版【m】.高等教育出版社，2005.4、范文兵.数字电子基础技术【m】.清华大学出版社，2007.5、王港元.电工电子实践指导【m】.江西科学技术出版社，2003.6、黄继昌.电子元器件应用手册【m】.人民邮电出版社，2004.7、彭介华.电子技术课程设计指导【m】.高等教育出版社，1997.8、李士雄、丁康源.数字集成电子技术教程.高等教育出版社，2003.设计心得体会为期一周的课程设计已经结束，在这一周的学习，设计中，让我对抽象的理论有了具体的认识。通过本次这几，我掌握了常用元件的识别和测试，了解了电路的连接方法。这次课程设计的电路是比较复杂的，在实验中，我也遇到了还不少问题，在自己的不懈努力和同学的帮助下，都一一解决了，同时，经过本次课程设计，让我对数电的逻辑功能有了更加深入的了解，对一些电工软件有了一定的了解，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，学会如何建议自己的学习，提高自己的学习效率。这对我今后的学习和工作都是非常有意义的，这是自己含税和智慧的结晶，收获还是有的。通过这次练习我有了很多收获，这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要