八路智力竞赛抢答器设计试验报告材料

1、实用文档建徽舛技冬吃数字电子技术课程设计题 目：八路智力竞赛抢答器设计姓 名：专 业：电子科学与技术班 级：122 班学 号：指导教师：20年 月 日安徽科技学院理学院文案大全安徽科技学院?数字电子技术?课程设计报告八路智力竞赛抢答器设计一、课程设计题目与实习目的一、题目：八路智力竞赛抢答器设计二、实习目的：1 .进一步掌握数字电路课程所学的理论知识.2 .熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用,并掌握其工作原理,进一步学会使用 其进行电路设计.3 . 了解数字系统设计的根本思想和方法,学会科学分析和解决问题.4 .培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度.5 .数点课程实验是大学中为我们提供

2、的唯一一次动手实践的时机,增强动手实践的 水平.任务和要求RAM®程、单板机、单片机等,都可以实现抢答器的方法很多,如EPROMS?、 组成抢答器系统.1抢答器设计要求设计一个抢答器,根本要求：1 .抢答器可以实现根本抢答；可同时供 8名选手或8个代表队参加比赛,他们 的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7,各用一个抢答按钮,按钮的编号与 选手的编号相又t应,分别是 S0 S1、S2、S3 S4 S5、S6 S7.2 .给节目主持人设置一个限制开关,用来限制系统的清零编号显示数码管灭 灯和抢答的开始.3 .抢答器具有数据锁存和显示的功能.抢答开始后,假设有选手按动抢答按钮, 编号

3、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.三、总体方案的选择4 1总体方案的设计针对题目设计要求,经过分析与思考,拟定以下二种方案：方案一：该方案是将抢答按钮先直接与锁存器而不是优先编码器相连,将最先抢答的选手的编号锁定,再依次经过优先编码器、译码器和七段显示器,最后显示的是 抢答选手的编号,经过优先编码器后的信号到单稳态触发器,单稳态触发器又与报警电路直接连接,所以显示编号的同时可以发出报警信号. 另外由主持人限制开关和其 他局部电路通过门电路实现对抢答电路、定时电路和报

4、警局部电路的限制.主体框图如下：安徽科技学院?数字电子技术?课程设计报告图1八路智力抢答器方案一设计框图方案二：主持人按动开始抢答的开关后,最先抢答的选手的电平信号先经过优先 编码器,再依次经过数据锁存器,此时已经限制了其他选手的抢答, 信号再经过译码 器和七段数码显示器,将最先抢答的该选手的编号显示出来,并同时产生报警信号, 到此完成的是抢答功能；如果没有人抢答,30秒减计数器减到00时也会发出报警信号,此是完成计时功能.主体框图如下：v扩展电路图2八路智力抢答器方案二设计框图安徽科技学院?数字电子技术?课程设计报告(2)总体方案的选择相比之下,第二种方案更好些.它的优点表现在以下几个方面：

5、 这种方案原理比 较简单.主持人对整体电路的限制只需几个门电路就可完成, 不必用特别的芯片来组 成限制电路；更容易实现报警提示功能,在有选手抢答后或者计时开始和结束时.既 减少了布线使整个电路更直观简单,又降低了产生错误的可能性.四单元电路的设计1 .设计所使用的元件及工具：74LS483个；74LS279 1个；74LS1922个；74LS1481个；74LS00 3个；74LS10 1个；发光二极管1个；555 1个；电容：0.1 pf 1个；0. 01 pf1个;电阻：10kQ 9 个；15KQ 1个；1kQ 1个；68KQ1个实验板一块；万用表一个；钳子一个；导线假设干.2 .各个单元

6、电路(1)抢答电路设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按按钮的先后,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钮操作无效.因此,选用优先编码 器74LS148和RS锁存器74LS279以及译码显示电路完成上述功能.安徽科技学院?数字电子技术?课程设计报告JI | "" -:Key -jrpace: 11fh " I . . a:K电¥：个§口自广：电：U< :二 I-T =o,o - Key-j|pace：K纤力网庭：；：U< :二 f ol -,Key "jpace0* 0«

7、71; 0 ： K绯,和日楂"： I -Key -JpaceSpiice：UR10-MA- lOkfl74)LSlja)D>R9：1S1：1：-皿一口他M ijjil. -l£o MH.叫.7J279N - -nr - sol- *i：u心 他 ABCBisIDBoc-sslDrg)?4LS4a(>21158® E2抢答器电路工作原理：SW1-8为八位选手的抢答开关,SWM刀双掷开关设为主持人限制开 关.当主持人限制开关置于清零状态时,RS触发器的R端为低电平,输出端全部为 低电平.于是74LS48的BI为高,显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST

8、为高电平, 74LS148处于工作状态,此时锁存电路不工作.当 SW蚂于开始状态,优先编码电路 和锁存电路同时处于工作状态.74LS279的1R 1S均为高电平,由真值表可知,输 出1Q为低电平,从而使74LS148输入使能端为低电平有效,即抢答器处于等待工作 状态.假设有选手假设为3号选手按动抢答开关即闭合 SW4,此时优先编码器 74LS148输入端I3接低电平有效,那么输出 A2A1AM 100, A2A1A8别接至4S、3s 2S,根据RS锁存器真值表,2Q3Q4QJ出分别为110,从而74LS48的输入端DCBM 0011,经74LS48译码,显示器上显示“ 3.与此同时,当74LS

9、148输入端有一个为 低电平时,GS为低电平有效,即标志译码器处于工作状态,从而使 1S为0,此时1Q 输出为高电平,致使EI为高电平,74LS148处于禁止工作状态,其他选手抢答按钮 的输入信号不会被接受.这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性.抢答结束后,主持人开关置于清零状态,数码管变灰,一切恢复初始状态,以便进入下一轮抢 答环节.安徽科技学院?数字电子技术?课程设计报告(2)定时电路设计设计要求抢答器具有定时功能,且节目主持人根据抢做题的难易程度, 可设定一 次抢答的时间(设为30s).设计中选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计, 74LS192是具有置数和清零功能,其

10、引脚图和逻辑图如图10所示.图 10 74LS192引脚图和逻辑图PR P1、P2、P3-置数并行数据输入;Q0 Q1 Q2 Q3-计数数据输出；CR清零端；LD置数端；CPu加法计数CP输入;CPd减法计数CP输入;CO进位输出端；BO借位输出端.表5 74LS192真值表MRPLCPuCPt)htodeHXXXReset (Asyn+LLXXPreset (Asyn.)LHHHNo ChangeLH/HCount UpLHHCount 口.内 n根据设计要求,需要两片74LS192构成100进制减计数器.由功能真值表可知, 只需将个位74LS192的借位输出端BOW十位74LS192的CP

11、d即可实现100进制减计安徽科技学院?数字电子技术?课程设计报告数.值得注意的是,要使其实现减计数, CPUS口必须接高电平.计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供.秒脉冲电路由555构成的多谐振荡器构成, 如图11所示.多谐振荡器无需外加输入信号就能在接通电源自行产生矩形波输出.图11多谐振荡器由于周期为一秒,所以频率是1赫兹.图中电容的充放电时间分别是：t1=RBX CX ln2 0.7RBX C t2=(RA+RB) 义 CX ln2 0.7(RA+RB)C所以 555 的 3 端输出的频率为：f=1/(t1+t2)= 1.43/(2RA+RB)C我们采用的电阻和电容值分别是：RA=15K,

12、R2=68©, C1=10uf,满足上式,即得到的是秒脉冲.由以上集成芯片设计的定时电路如图12所示.U5amm74LSJ8D=：1IDiiF =：1Q0uF：CCf555 VIRTUAL Time I而Mi n个位图12定时电路安徽科技学院?数字电子技术?课程设计报告工作原理：首先主持人根据题的难易程度改变 74LS192的输入端D3D2D1D的电 平来确定抢答时间假定为30秒,555构成秒脉冲产生电路为计时电路提供脉冲. 抢答开始前主持人闭合开关,74LS192的置数端PL为低电平有效,处于置数状态, 数码管显示定时时间.抢答开始,主持人翻开开关,计数器处于计数状态,555产生的

13、秒脉冲与十位74LS192借位输出端其初始状态为高电平相与.计数器递减计数 至00,十位74LS192借位输出端为低电平,计数器停止工作,产生报警.计时期间 有人抢答,减计数器停止计时,显示器上显示此刻时间.3报警电路设计由555定时器和三极管构成的报警电路如图 13所示.图中555定时器用来构成多谐振荡器,其震荡频率和秒脉冲产生电路中频率的计算方法相同.3端的输出信号经过三级管驱动扬声器,发出报警信号.当4端的输入信号是高电平时,振荡器工作,有报警信号,4端输入低电平时,振荡器不工作,没有报警信号.也就是说需要报警时只需限制输入端即可.电路图如下：J>R6R5IkQ ： ： UI；：5

14、55 TIMER RATED013：R7 ： - U2C5：5 _j f_J4i.li.IBUZZER - 200 Hz- 2H171I4：；：vcc-> 1' " " "E3T1OUTDISJ d -THETEICONr rL * u ?X： 1.00 nF-4-图13报警电路安徽科技学院?数字电子技术?课程设计报告(4)时序限制电路时序限制电路是抢答器设计的关键,需要完成以下三项功能：a.主持人将限制开关拨到“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.b.当竞赛选手按动抢答键时,扬声器发声,同时抢答电路和定时电路停止工作.

15、c.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.本设计中采用门电路对限制开关、抢答电路、定时电路、报警电路进行连接,以实现上述三项功能要求(如图14所示).- - - CP *7T5imr-G1A ；* CRJ . ST' -时序限制电路图14时序限制电路安徽科技学院?数字电子技术?课程设计报告其中,两输入与非门采用74LS00,弓I脚图如图15所示.三输入与门采用74LS11, 引脚图如图16所示.电路中利用与非门两输入端相连实现非门的逻辑功能.图16 74LS11引脚图ABCG2的作用是限制工作原理：门G1的作用是限制时钟信号CP的放行与禁止,门74

16、LS148的输入使能端.主持人限制开关从“清零位置拨到“开始位置时,74LS279号CP能够力口至I 74LS192的输出1Q=Q经G3反相,A=1,那么从555输出端来的时钟信的CPd始终输入端,定时电路进行递减计时.同时,在定时时间未到时,74LS192的借位输出端BO2为低电平,门G2的输出ST为高电平,使74LS148处于正常工作状态,从而实现功能a的要求.中选手在定时时间内按动抢答按钮时,1Q=1,经G3反相,A=0,封锁CP信号,定时器处于保持工作状态；同时,门 G2的输出ST为低74LS148处于禁止工作状态,从而实现功能 b的要求.当定时时间到时,来自74LS192的BO2为高

17、,ST为高,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c的要求.安徽科技学院?数字电子技术?课程设计报告五总体电路图k勺;衿麻0TALATS U1074LS4SD74LS192DA c* : L1- 6-555_y UmerR1lOk(lR2 - iDkfl74LSOODT43烟厂端0381Dk'nvcd°fe10k介RTUMCfG0_-=0»KeyJpacioo 匕口广护1GlOkON4Wr-WkflWuF ±=1Q0nFlOkOIBA7JLSOOO7JLSOOO74

18、L514SI、7iLS279E741LS192D74LS46D74LS4BD图17总电路图下面介绍八路智力竞赛抢答器的使用原理.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1R2R3R4瑞相连,使输出端1Q2Q3Q4QH氐电平,1Q所 输出的低电平经与门反应给 74LS148的EI端子,编码器不工作,因此抢答局部显示 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

19、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 G B、A的上下电平来进行例如要设定时间为 30秒,就第10页安徽科技学院?数字电子技术?课程设计报告将十位的74192的D G B A分别置位为0、0、1、1,而将各位的74LS192的D G 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

20、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A2A1AM 100,与其对应的4s3s2助100,经74LS279锁存,4Q3Q2的出为011,经译码显示编号为3.与止匕 同时,1Q所输出的高电平反应回编码器的是能输入端,使其停止工作.此时,其他 选手假设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.假设没有选手按动按钮,那么74LS2

21、79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；假设到定时局部计数器倒计时到 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应回个位 Downg,停止计数.综上所述,所设计的电路根本可以实现要求中的功能.六电路仿真电路仿真采用Multisim仿真软件进行的.Multisim软件可提供的仿真元器件资源： 仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件；可提供的仿真仪表资源：示波器、逻辑分析仪信号发生器、交直流电压表电流表等.它不仅具有其它EDAX具软件的仿 真功能,还能仿真单

22、片机及外围器件.因此,选用该软件对抢答器各单元电路及整体 电路进行仿真.第11页安徽科技学院?数字电子技术?课程设计报告GM Ke1加1 $gn*10kD-RF-vcc上3 U3L ,工S3、皿>1X3102Key =jgpa&e,15 口加家电Key10kDT4LS14SN74LSQ0N苔 HQtm-ZS3'in"U11IC O 74L5Q0N-ioknT4LS 口 UIIUH2AO7JLS11H74L5192N苧 nxnHHH七、小结通过本次课程设计,不仅有效稳固了本学期所学数电的相关知识,增强了对重要知识点的记忆和理解,还学会如何运用Multisim仿真进

23、行仿真受益匪浅,现总结如下.本设计的难点在于时序限制电路的设计,如何在第一位抢答者抢做题目后让编码 器停止工作；如何使计时电路在抢答后停止倒计时； 如何让定时电路和抢答电路同时 清零.设计过程中,根据以往抢答器设计思路,及查阅相关资料,可运用74LS279勺输出1Q完成上述限制任务.从这一点,折射出自己在平时的学习中较死板, 缺乏变通 思考的水平.在电路仿真的过程中,由于Multisim操作相对较简单,因此在仿真过程 中较为顺利.第12页安徽科技学院?数字电子技术?课程设计报告通过本次实践操作,也让我深刻明白：只有将课本上的理论知识,结合实践不断 练习,不断总结提炼,反复思考实践中的经验教训,

24、才能够真正消化为自己的知识.八分析和总结本次课程设计我只用了 一个星期的时间就全部做完,效率很高,由于在设计之前根据设计的要求,每个模块都仔细的设计分析了,正是整个过程我都认真的态度和方 案选择适宜,才有这么高的效率.而且从本次课程设计中收获很多. 可以总结为以下 的几点：一、稳固数电知识这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识,在整个实习过程 中,都离不开对数字电路课程知识的再学习. 我在最开始,就先将实习用到的知识通 过翻阅数电书回忆了一遍这也是对这门课的复习,给以后的复习备考减少了很多负 担,这样的回忆让我对知识的理解更加透彻, 对后来的快速设计起了很好的铺垫作 用.而且还参考了数字电路实验指导书,关于芯片的管脚,里面有清楚的描述.二、学会用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路；虽然这不是第一次用电路板,由于之前的课内实验也用过,但当时的运用也只是 插些导线和电阻电容之类的,用了电路板的很小局部.这次的实习中应用