数电课设抢答器—燕

1、数字电路逻辑设计课程设计报告系 别： 物理系 专 业： 电子信息工程 指导教师： 薛彦辉 班 级： 1402 姓 名： 李海燕 吕 梁 学 院2016.6课程设计任务书院（系）： 物理系 专业 ：电子信息工程学 号20140506213学生姓名李海燕班级1402课程设计（论文）题目竞赛抢答器设计课程设计（论文）任务设计目标：设计并仿真实现一个竞赛抢答器基本要求： 1、抢答器可供四组使用，抢答指示用发光二极管2、记分部分独立，并且具有预置、递增、递减功能指导教师评语及成绩 成绩： 指导教师签字： 年 月 日 摘要随着科技的进步和社会的发展，现代电子产品设计越来越注重产品的易使用型，人机界面一定要

2、良好。声音、图象等作为人类交往的最重要手段，也被体现在电子产品设计中。采用一颗语音芯片，让产品开口说话，可以起到强化宣传品牌、指导用户使用、故障紧急提示、娱乐等功能，使产品设计新颖实用、先声夺人、出奇制胜。在很多竞争场合要求有快速公正的竞争裁决，例如证券、股票交易以及各种智力竞赛等。在现实生活中很常见，尤其是在随着各种智益电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛，让观众看得更有情趣。可见抢答器在现实生活中确实很实用，运用前景非常广泛。在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪

3、一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。数字抢答器有主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛组的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始后，若有选手安东强大按钮，编号立即锁存，并数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出声音提示；同时封锁输入电路，禁止其它选手抢

4、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。 【关键词】智力抢答，数字抢答器，锁存器，编号目录绪论- 3 -一、 方案设计与论证- 3 -1.1 抢答器的基本工作原理- 3 -1.2系统框图- 4 -1.3 方案比较- 5 -二、单元电路设计- 5 -2.1 抢答器控制电路    - 5 -2.2 报警电路- 6 -2.3 零点锁存电路- 6 -2.4 编码器电路的设计- 7 -2.5 定时电路- 8 -2.6 复位电路- 8 -2.7 译码器电路和数码管显示电路的设计- 10 -三、总电路工作原理及元器件清单- 12 -3.1 总电路原理图：- 12

5、-3.2元件清单- 12 -四、硬件电路的调试- 13 -五、结论与心得- 15 -六、参考文献- 16 -绪论随着科技的进步和社会的发展，现代电子产品设计越来越注重产品的易使用型，人机界面一定要良好。基于数字电子技术的设计创新和产品创新看起来似乎永无止境，而且它们也的的确确在方方面面日益完善和丰富着我们每个人的日常生活和工作。声音、图象等作为人类交往的最重要手段，也被体现在电子产品设计中。采用一颗语音芯片，让产品开口说话，可以起到强化宣传品牌、指导用户使用、故障紧急提示、娱乐等功能，使产品设计新颖实用、先声夺人、出奇制胜。1、 方案设计与论证1.1 抢答器的基本工作原理整个电路框图主要分为两

6、部分，一个是计时部分，一个是抢答电路，其中抢答器电路由，编码器电路，RS触发电路，译码器电路，数码管显示电路组成，封锁电路由三个或门组成，其作用是只让先按下的有效，而后按下的无效，主持人按钮用来将电路复位，并将输出清零和编码电路解除封锁，译码电路用来译出编码，数码显示部分用来显示按下的选手号码，555定时电路用来定答题的时间。 1.2系统框图 当主持人宣布开始，定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时，并通过译码器在显示器中显示。报警电路给出声音提示。当选手首先按某一开关键时，可通过触发锁存电路被触发并锁存，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电

7、平变化又反过来将触发电路锁定。然后在译码器中译码，将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状态。最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出。如图1.2抢答按钮触发器锁存电路译码电路主持人控制开关控制电路报警电路秒脉冲产生电路定时电路译码电路显示电路显示电路 图1.2系统框图1、当主持人按下“开关”按钮后，选手可以通过按按钮的快慢来决定由谁来回答，按得快的选手的编号显示在电子显示管上。2、此后选手输入被锁住，如果主持人按下复位键则编号显示处不作任何显示。3、然后选手开始作答，作答的时间少于30秒，以倒数的

8、方式进行，而且通过显示屏把时间显示出来。4、主持人按下开关，所有的显示及工作状态回到初始状态以便进行下一次答题。1.3 方案比较方案1：采用CD4511芯片作为抢答信号的触发、锁存和译码输出。这样虽然比较简便，但实际在实现锁存功能时比较繁琐难实现。方案2：采用JK触发器和译码器来完成抢答部分。虽然元件较多，但在实现锁存功能时可以简单的实现。经过对比两方案的优缺点，决定采用抢答信号锁存简单实现的方案2。然后利用软件proteus来进行仿真调试，再进行逐步改进。二、单元电路设计2.1 抢答器控制电路    参考电路如图2.1所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键

9、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；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于"清除"端时，RS触发器的 端均为，个触发器输出置，使74LS148的 ，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，当有选手将键按下时（如按下S4），74LS148的输出 经RS锁存后，1Q=1,74LS48处于工作状态，QQQ=100,经译码显示为"4"。此外，1，使74LS148 ，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，使ST，所以74LS148仍处于禁

10、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。如有再次抢答需由主持人将开关重新置 清除"然后再进行下一轮抢答。74LS148为线线优先编码器.图2.1数字抢答器电路2.2 报警电路2.3 零点锁存电路2.4 编码器电路的设计编码器采样74ls148作为编码芯片，将输入的信号进行编码，然后输出2二进制码，输出接到74279上，A0 ，A1 ，A2 均分别接到74279的S上，当输出均为高时表示无选手按下，为无效电平，RS触发器输出为低，即无编码输出。74ls148芯片及真值表如下：图2.2 表2.22.5 定时电路由555定时器产生时间脉冲，参赛选手按动抢答键时，即出现正

11、脉冲，定时时间15S，当第一次出现低电平时，表示答题时间到，然后主持人即可按复位。图2.3它基本原理是，由于电容C的两端的电压不能突变，定时器的2端电压低触发端为低电平，输出端3为高电平。电源经过R1、R2给电容C充电，当电容的电压充到电源电压的2/3时，555内部的MOS管导通，输出为低电平。接着电容通过R2和已经导通的MOS管放电，当电容的两端电压下降到低于1/3的电源电压时，MOS管截止电容放电停止，此时电源通过R1、R2再次向电容充电，如此反复，形成震荡，从而在3端得到时钟脉冲源输出。2.6 复位电路图2.3JK说 明000000输出状态不变110011000输出状态与J端状态相同10

12、1100011输出状态与J端状态相同11111101每输入一个时钟脉冲输出状态改变一次10 表2.3JK触发器的功能表JK边沿触发器。将两个的输出端通过异或非门作为输入，送到JK触发器的时钟信号端CLK，因为如果计时器一旦输出“00”，异或非门的输出刚好为1，而触发器的CLK从0到1，接收到一次上升沿的时钟信号，因而JK触发器此时Q输出为1，再把Q送到两个芯片的MR端，此时芯片就不再处于计数状态，因而可以做出来到“00”停止计时的效果。 2.7 译码器电路和数码管显示电路的设计抢答部分和倒计时部分的译码器均采用74ls48芯片，而数码管则选择与之相对应的7段共阴数码管搭配，为避免电流过小，可在

13、译码器与数码管间接上拉电阻以增大电流，上拉电阻选用1k的9针排阻。译码器电路和数码管显示电路设计如下：图2.5表2.5三、总电路工作原理及元器件清单 3.1 总电路原理图：图3.13.2元件清单1. 集成电路： 74LS148 1片 74LS373 1片 74LS48 2片 74LS192 1片 NE555 1片 74LS00 2片 74LS121 2片 74LS21 1片 74LS32 1片 74LS08 1片2. 电 阻|： 100K 2只 40 2只 15k l只 68k l只 3. 电 容： 10UF 3只 10nf 1只4. 其 它： 共阴极显示器 2只, 双刀单闸开关 1只，PBN

14、O开关4只，buzzer蜂鸣器2只 四、硬件电路的调试4.1 仿真软件简介 Proteus 是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、AVR系

15、列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2、MPLAB等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。 proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具,真的很不错。可以仿真51系列、AVR,PIC等常用的MCU及其外围电路（如LCD,RAM,ROM,键盘,马达,LED,AD/DA,

16、部分SPI器件,部分IIC器件.） 其实proteus 与 multisim比较类似,只不过它可以仿真MCU！4.2仿真结果五、结论与心得持续近三个星期的课程设计结束了，我们的设计虽然有一些小毛病，但总体上还是很成功的。三周的时间虽然很短暂，但从中获益匪浅. 毕竟在课堂上学习的内容真真正正能用到实际是有点超乎我们的想象，而且要把理论知识付诸实践确实非一件易事。我从最初的设想设计一个什么样的数字电路到绘制电路图，然后打印排版，最后校正设计中的漏洞与不足。在此次设计中，我将课本理论知识与实际应用联系起来，按照书本上的知识和老师讲授的方法，首先分析研究此次电路设计任务和要求，建立初步的设计思想，选择

17、合适的器件，然后按照分析的结果进行实际连接操作，进行电路仿真检测和校正，再进一步完善电路。在其中遇到一些不解和疑惑的位置，还有一些出现的未知问题，先自己查找资料或者上网寻找信息、和同学之间也认真分析讨论，然后对讨论出的结果进行实际检测校正，对一些疑难问题我也认真向指导老师询问请教，和老师一起探讨解决。通过此次电路设计，我加深了对课本知识的认识理解以及应用，对一些器件的具体应用思想也有深刻的理解，以及对电路设计方法和实际电路连接实现特定功能也有了一定的认识。我相信在今后的相关的实际应用中我会充分的利用我这次电路设计过程中所学到的知识和经验。首先对数字电路这门课程有了更深的了解，因为课程设计本身要

18、求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，在电路的设计过程中，无形中便加深了对数字电路的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解；以前的数字实验只是针对某一个小的功能设计，而课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计。例如： 555定时器的使用原理和作用，用它构成触发器和振荡器的方法，还有一个难题就是怎么来选择我们所需要的芯片，从而实现我们所想实现的功能。其次，以前没有接触过仿真软件，这次审计要使用仿真软件，所以学会了proteus 软件的基本应用，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。但是在电路仿真的过程中出现大量问题，需要我们细心解决，所以，我对电路故障的排查能力有了很大的提高。但由于是自己学习没有专业指导难免有一些我们不了解的功能。所以我们以后要多接