八路抢答器课程设计

1、电子技术课程设计题目八路抢答器的设计学院（系）:专业班级：电子132学生姓名：学生学号：13446413指导教师：设计时间：2015年6月22日 2015年7月15日电子技术课程设计任务书2学院电子（怀）132班同学:、设计题目八路抢答器的设计二、电子技术课程设计的目的和意义电子技术课程设计属于电子技术理论、实践环节的后期教育， 是电类课程学习中的一个重要环节。它是根据教学计划的要求，在老师指导下，对学生实施电子系统设计训练的必要过程，是对前期课堂教学效果的检验。其目标在于培养学生综合应用理论知识来分析和解决实际问题的能力。通过本次课程，要求学生能够将理论知识、基本实践能和计算机方法应用于具体

2、选题的设计与制作中，掌握相关电子线路工程技术规范以及常规电子元器件的性能技术指标，按照题目要求，独立完成设计任务，使学生学会单元电路以及整机电路的调试分析方法，更加深刻地理解和掌握模拟电子电路、数字电子电路的基本知识，培养了学生的工程实践能力、创新能力和综合设计能力。二、设计内容【题目描述】设计并制作一个多路智能竞赛抢答器【基本要求】（1） 抢答器可同时供 8名选手参加比赛，对应按键SB0-SB7 ；（2）主持人按下抢答“开始”，同时扬声器发出“滴”的一声，抢答开始；（3） 当某一路抢答成功， 发光二极管点亮，并在数码管上显示该电路的号码，直到主持人按复 位开关为止，其他人再抢答无效；（4）主

3、持人按“复位”按钮后，必须下次重新按“开始”按键才能继续抢答。【发挥部分】（1） 抢答器具有定时抢答功能，且抢答的时间可以有主持人设定（如30s）。当主持人按下“开始”后，要求定时器立即到计时，并在显示器上显示。；（2）参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效；（3）如果定时抢答时间已到，却没有选手抢答，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时抢答，时间显示器上显示00;（4）其他。四、设计要求1、课程设计的要求：（1）能够实现任务书中的功能；2、撰写“课程设计报告”，要求如下：（1）封面：统一采用常州大学课程设计说明书封面格式（2）任务书（3）目录（4）正文正文包括内容如下：1

4、）课程设计的目的和意义：概述所做系统的意义以及主要功能2） 系统方案论证：方案的比较及整机电路的工作原理，画出整个系统的功能结构图以及信号间 控制关系3）系统设计：具体各功能模块单元电路图，单元电路设计的计算，元器件选择；详细设计过程 的重点和难点；4 ）系统实现：仿真与验证，各单元电路的仿真过程及其调试报告；整理实验数据和测试波形， 对模拟电路应有理论设计数据、仿真数据；对数字电路应有设计流程、波形图、时序图或真值表5 ）调试运行：设计测试用例；输入信号并显示输出结果6 ）结论：课题完成情况说明（完成情况和扩展内容）；系统的亮点；系统的不足；系统可能的改进；系统可能的扩展。7 ）参考文献7）

5、致谢3、课程设计答辩验收要求：（1）运行所设计的系统；（2）回答有关问题；（3）提交课程设计报告电子稿和书面稿；五、设计时间：2015 年 6月 22日到 一2015 年 7 月一 15 日目录摘要22221 八路抢答器 1.1 前言1.2 八路抢答器功能 2 系统的组成及工作原理2.1系统组成框图 32.2系统的工作原理 33 电路设计 43.1方案的选择 43.1.1方案一 43.1.2方案二 53.1.3 方案的选择 53.2单元电路的设计 53.2.1 抢答电路的设计 53.2.2 定时电路的设计 113.2.3 触发器电路的设计 133.2.4 多谐振荡器电路的设计 153.2.5

6、秒脉冲产生电路的设计 164 性能的测试 175体会与总结 18参考文献 1819附录：元器件列表摘要介绍了数码显示八路抢答器电路的组成、 设计及功能，电路采用74系列常用集 成电路进行设计。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功 能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。若在规 定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中 的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能，若超过抢答时间则抢 答无效。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74LS74芯片实现对号码的

7、锁存，采用 74LS190实现十进制的减法 计数，采用555芯片产生脉冲信号来共同实现倒计时功能，同时采用 555芯片来实 现报警信号的输出。电子技术课程设计属于电子技术理论、实践环节的后期教育，是电类课程学习 中的一个重要环节。它是根据教学计划的要求，在老师指导下，对学生实施电子系 统设计训练的必要过程，是对前期课堂教学效果的检验。其目标在于培养学生综合 应用理论知识来分析和解决实际问题的能力。通过本次课程，要求学生能够将理论知识、基本实践能和计算机方法应用于具体 选题的设计与制作中，掌握相关电子线路工程技术规范以及常规电子元器件的性能 技术指标，按照题目要求，独立完成设计任务，使学生学会单

8、元电路以及整机电路 的调试分析方法，更加深刻地理解和掌握模拟电子电路、 数字电子电路的基本知识， 培养了学生的工程实践能力、创新能力和综合设计能力。关键词：抢答器编码译码定时报警1八路抢答器1.1前言进入新世纪后，电子产品日渐出现在人们的日常生活中，例如学校和电视台等 单位经常举办各种智力竞赛，抢答记分器是必要设备。过去在举行的各种竞赛中我 们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的 答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观判断造成比赛的不公平。人们于是开 始寻求一种公平公正的方式来规范比赛。因此，为了克服这种现象的惯性发生人们 利用各种资源和条件设计出抢答器，从

9、最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号 的抢答器，再到现在的数显抢答器，其功能在一天的趋于完善不还可以用来倒计时 抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确地仪器使得我们的竞赛变 得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原则。今天随着科技的不断进步，抢答器的制作也更加精益求精，人们摆脱了耗费很 多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛 者的编号能通过指示灯显示出来， 避免不合理的现象发生。但这种电路不易于扩展， 而且当有更高要求是无法实现。随着数字电路的发展，数字抢答器诞生了，它易于 扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样话，是一种高效能的

10、产品。 而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行 设计，本次设计主要利用常见的 74LS系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分 功能模块进行各个部分的设计，最后完成了八路抢答器的设计。1.2八路抢答器功能八路抢答器是一个设计八人抢答的电路。抢答器同时供8名选手参加；路拥有开关控制功能和数据清零功能，该开关只能由主持人控制；抢答器具有锁存功能既 选手按动按扭，锁存相应的编号，之后其他选手按键被禁止；在锁存的基础上用数 码管显示抢答者编号的显示功能； 有30秒倒计时电路，选手抢答后倒计时停止；倒 计时结束时，选手按键被禁止。2系统的组成及工作原理2.1系统的组成框

11、图首先主持人点击开始抢答按扭，同时伴随着蜂鸣器“滴”的一声，选手开始抢 答，第一个抢答选手的编号通过优先编码电路编码后，在锁存器中将编码锁存， 然后通过译码显示电路显示出数字。同时输入脉冲信号使定时电路工作，再倒计 时开始，从30秒倒计时开始，到达00时，蜂鸣器出声，提醒主持人时间到，抢 答无效。如图1所示：抢答按钮*优先编码电路 *锁存器译码电路译码显示控制开关T控制电路I秒脉冲产I I生皂踣IZL定时电路J译码电路显示电踣图1系统组成框图2.2系统的工作原理：如图2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

12、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，蜂鸣器发出声响，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）蜂鸣器发出短暂声响；（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

13、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。图2系统的工作原理3电路设计3.1方案的选择：3.1.1【方案一】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 示器灯灭，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，开始抢答。定时 器倒计时，蜂鸣器发出声响提示，选手在规定时间内抢答时，抢答完成：优先判断、 编号锁存、编号显示、扬声器提示，当一轮抢答后，定时器停止，禁止二次抢答， 如果再次抢答必须

14、有主持人再次操作“清除”和“开始”按钮。如图3所示：图3方案一3.1.2【方案二】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 示器灯灭，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，开始抢答。定时 器倒计时，扬声器发出声响提示，选手在规定时间内抢答时，抢答完成：锁存、编 号、编号显示、扬声器提示，当一轮抢答后，定时器停止，禁止二次抢答，如果再 次抢答必须有主持人再次操作“清除”和“开始”按钮。如图 4所示：图4方案二3.1.3确定方案发现方案二存在的一些缺点和不足之处，首先是由控制电路控制锁存器来进行 对其他选手的禁止锁存功能不好实现；其次是优先编码器失去了实际工作

15、意义，而 其锁存器对选手进行锁存时存在竞争冒险，可能导致抢答器不能正常工作。方案一 增加了定时的功能，并是先编码后锁存。相较而言，方案一更优。3.2单元电路设计3.2.1抢答电路的设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的的先后，同时优先编码器编码，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。选用优先编码74LS148和RS锁存器74LS74可以完成上述功能。_ 74LS148工作原理：74LS148的输入端和输出端低电平有效，Io-I7丄输入信号， 丫2绻为三位二进制编码输出信号，_5二1时，编码器禁止编码，当IS二0时，卫 许编码。丫S是技能输出端，只

16、有在丨0,而Io17均无编码输信号时为0。Yex 为优先编码输出端，仁Is = 0而Io7的其中之一有信号时，Yex = 0。IoI7各输 入端的优先顺序为：丨7级别最高，I0级别最低。如果I7 = 0 （有信号），则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按 I7编码，Y2 Y1Y0二000。优先编 码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是给优 先级别高的设备先编码。其引脚图如图 5所示：图5 74LS148引脚图如图6为74LS148真值表:输 入输 出I sI 0I1I 2I 3I 4I 5I 6|7丫2Y1Y0YexYs1XXXXXXXX111110

17、11111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100111111111101图6 74LS148真值表74LS148在电路中的图。如图7所示:图7 74LS148电路图当主持人按“开始”按扭时，选手开始抢答，74LS148开始工作，此时EI使能 输入端为低点平，第一个选手抢答后，通过优先编码器编码，数码显示管显示数字。 然后，EI使能输入端变为高电平，抢答无效。如图 8所示：图8 74LS148工作流程图74LS74工作原

18、理；在TTL电路中，比较典型的d触发器电路有74LS74 74LS74 是一个边沿触发器数字电路器件，每个器件中包含两个相同的、相互独立的边沿触 发d触发器电路。74LS74内含两个独立的上升沿双d触发器，每个触发器有数据输入、置位输入、 复位输入、时钟输入和数据输出。置位输入和复位输入为低电平使输出预置或清除，而与其他的输入端的电平无关。当置位输入和复位输入均为高电平时，符合建立时 间要求的D数据在CP上升沿作用下传送到输出端。图9为74LS74引脚图，如图9 所示：冋iiii冋F1ttu2CP1莎IV丄UJin Ld lJ EJ El U图9 74LS74引脚图74LS74的真值表，如图1

19、0所示:输入输出SdRdCPDQn + 1Qn + 101XX |1 I010XX0100XX 1*11T1101 11T00111JXQnQn图10 74LS74的真值表74LS74在电路中的图。如图11所示:图11 74LS74电路图主持人按“开始”键开始抢答，选手按键抢答，优先编码器开始编写第一个抢 答选手编号，编写完后，通过锁码器锁存起来再在数码显示管上显示编号。显示之 后，抢答无效，此时74LS74中R=S=1主持人再通过清零开始新一轮抢答。如图 12 所示：图12 74LS74工作流程图抢答电路工作原理是：当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器的R端为低平，输出端（4QH1

20、Q）全部为低电平。于是74LS47的BI=O,显示器灭灯；74LS148 的使能端EI=0,74LS148处于工作状态。此时锁码器不工作。当主持人将开关拨到“开 始”位置时，优先编码器和锁存器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SB7,SB6,SB5,SB4,SB3,SB2,SB1,SB0输入信号，当有选手将键按 下时（如按下SB3）,74LS148的输出丫2Y1Y0=010,GS=1经RS锁存器后，R=1,S=1,此 时74LS74处于工作状态，4Q3Q2Q=01（经74LS47译码后，显示器显示出4。此外LT=1, 使74LS148的EI端为高电平，74LS148处

21、于禁止状态，封锁了其他按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的GS为高电平，但由于EI仍然为高电平，所以74LS148 仍处于禁止工作状态，其他按键的输入依然无用，这样保证了抢答者的优先性以及 准确性。当优先抢答者回答完问题后，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。如图13所示：图13抢答器电路抢答器工作流程图，如图14所示：振荡器选手译码主持人计时器译码显示蜂鸣器显示322定时电路的设计定时电路是一个设计抢答时间的电路。它选用74LS190来定时。74LS190工作原理：74LS190为同步减法计数器， 靠CP加在4个触发器上实现， 当计数控制端CT为低电平时在CP

22、上升沿作用下Q0到Q3同时变化，从而消除了异 步计数器中出现的计数顶峰。74LS19 0引脚图如图15所示：四检輸由端进位#借位训1 1 1丄丄顼饑控制YLDQ3 Q2 Q1CPWA心询74LS190GP输由一巧tT/dD CB ZY 11 11 1四悝谕入端图15 74LS190引脚图74LS19 0的真值表。如图16所示:输入输出CPD3D2D1DOQ3Q2Q1Q0Xd3d2d1dOd3d2d1d0tXxxx加计数器txxxx减计数器Xxxxx保持图16 74LS190真值表74LS190在电路中的图。如图17所示:2C E d L O Q O O O OLooU274LS19ISES8山

23、Id图17 74LS190电路图当主持人按“开始”键，选手开始抢答前，先设计30秒，由于U2中的RC0端作为U1的CP输入，所以U1为高电位，U2为低电位，使得U1中D0=D1=1， D2=D3=0 ； U2中D0=D1=D2=D3=0来设定30秒。抢答开始，PL和D/U非为高电 平，74LS190同步减法置数开始工作，如果有人在倒计时结束前，抢答或者直至00秒没人抢答，抢答结束。主持人清零开始新一轮抢答。其流程图如图18所示：定时电路工作原理是：输入脉冲信号使 74LS190的输出信号译码显示在数码管 7SEG-BCD上。74LS190的9，10，1，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时

24、 30秒，所以把右边的芯片的 DoD1D2D3=1100,左边的芯片的 D0D1D2D3=0000,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， 74LS190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CLK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

25、示为 00。定时电路图如图19所示：图19定时电路3.2.3触发器电路的设计由555定时器和蜂鸣器构成的触发电路。当设定的抢答时间到，无人抢答时， 蜂鸣器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。通过TR端输入信号低电平经 3端输出高电平推动扬声器，使其工作。反之，当 TR端输入高电平时，555不工作。555的引脚图。如图20所示:555真值表如图21所示:UTHUT卍UO放电端DIEr ox0与地导通12/3Vccl/3VccQ2地导通11/3Vgg保持原状态不变保持原狀态不变-12/3Vccl/3Vcc1地it开图21 555真值表555在电路图中的图。如图22所示:图22 555电路图主持人

26、按开始键，选手开始抢答，定时器开始倒时，此时触发器中TR端为高电 平，若在规定时间内，没有选手抢答，此时触发器的TR端变为低电平使得3端Q输 出为高电平，蜂鸣器发声提醒主持人时间到，主持人按清零键开始新一轮抢答。其 流程图如图23所示图23 555工作流程图324多谐振荡器电路的设计多谐振荡器电路是抢答器设计的关键，它要完成以下二项功能： 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，蜂鸣器发声，抢答电路和定时电路 进入正常抢答工作状态。 当参赛选手按动抢答键时，抢答电路和定时电路停止工作。根据上面的功能要求设计的电路如图 24和25所示：图24抢答的多谐振荡器电路图25定时的多谐振荡器电路图中，U60

27、的作用是控制时钟信号 CP的放行与禁止，U6:B的作用是控制74LS148 的输入使能端EI。主持人控制开关从“清零”位置拨到“开始”位置时，74LS190的PL端为高电平，则从555输出端来的时钟信号 CP能够加到74LS190的CFD时钟 输入端，定时电路进行递减计时，在定时时间未到时，74LS190的借位输出端RC0=1 使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能的要求；当选手在定时时间内按动 抢答键时，CP=1封锁CP信号，定时器处于保持状态，74LS148处于禁止工作状 态，从而实现功能的要求；当定时时间到时，74LS192的CP=1,门U2的输出ST=1, 74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答，门 G同时处于关门状态，封锁CP 信号，使定时电路为00状态，555用于控制报警电路及发声的时间。3.2.5秒脉冲产生电路的设计为了准确地计时，本设计需要内部秒脉冲产生电路，即能够产生周期为一秒的 电路，如图所示用555设计的秒脉冲产生电路。因为周期为一秒，所以赫兹是1HZ。 图中电容C20的充放电时间分别是：T仁(R100+R01)*C20*In2，T2=R100*C20*In2=0.7R100*C20.所以 555 的三端输出的频率为：f=1/(T1+T2)=1.43/ R100