课程设计报告-8路数字抢答器

1、石家庄经济学院信息工程学院电子信息工程与通信工程专业电子技术课程设计报告题目： 智力竞赛抢答器 姓 名 * 学 号 * 班 级 * 指导教师 * 2010年 6 月 29 日要求：1指导教师按照课程设计大纲要求完成学生课程设计指导工作。2课程设计任务书由指导教师照大纲要求填写，内容要全面。3课程设计报告由参加本学生填写。课程设计结束时交指导教师。(打印稿一份，电子稿一份)4指导教师要根据每一位学生课程设计任务完成情况，认真审核设计报告，并在课程设计结束时，给出客观、准确的评语和成绩。5课程设计任务书和报告要语言流畅，图表正确规范。6本表要用钢笔、圆柱笔填写或打印，字迹工整。课程设计任务书班级

2、* 姓名 * 学号 *03 课程设计题目 智力竞赛抢答器 课程设计起止日期 2010-6-14 至 2010-7-3 实习地点 实验楼105 课程设计内容与要求一、设计要求用中小规模集成芯片设计并制作智力竞赛抢答器，具体要求如下：1、数字抢答器应具有数码锁存、显示功能、抢答组数分为八组，即序号0，1，2，3，4，5，6，7，优先抢答者按动本组序号开关，组号立即锁存到LED显示器上，同时封锁其他组号。2、系统设置外部清除键，按动清除键，LED显示器自动清零灭灯。二、扩展定时报警功能。抢答者在30s内进行抢答，抢答有效，终止定时；30s定时到，无抢答者本次抢答无效，系统短暂报警，发光二极管灭灯。

3、指导教师 年 月 日一、设计原理与技术方法：包括：电路工作原理分析与原理图、元器件选择与参数计算、电路调试方法与结果说明；软件设计说明书与流程图、软件源程序代码、软件调试方法与运行结果说明。抢答器组成总体框图 抢答按钮优先编码电路74LS148主持人控制开关秒脉冲产生电路NE555同步计数器74LS192显示电路（七段显示器）译码电路74LS48二进制/BCD编码转化电路锁存器74LS279译码电路74LS48显示电路（七段显示器） 如图所示，定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布

4、抢答题目后， “抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：1) 优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；2) LED显示器显示出抢答的参赛队伍的组序号，提醒节目主持人注意；3) 控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；4) 控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答

5、。课程设计报告注：一总体电路图如上图所示：各子电路设计包括：抢答电路抢答电路由优先编码电路74LS148，锁存器74LS279，译码器74LS48，以及八段数码显示器组成。首先抢答器由七个点开关组成。当开关合上时电路接地。集成芯片74148得到低电平。并对之进行编码输出。输出信号由锁存器74279进行锁存。经过7448译码以后由LED显示器显示出刚才闭合的开关。设计电路如下图所示。电路选用优先编码器 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

6、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（图中5号端）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(图中4端) =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，CTR，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5号端），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CTR，使优先编码工作标志端（图中5

7、号端），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。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。74LS148为8线3线优先编码器，表1为其功能表。74LS148的功能真值表定时电路由秒脉冲产生电路NE555，同步计数器74LS192组成。对于秒脉冲电路，555构成的多谐振荡器作为秒脉冲发生器 555构成的多谐振荡器原理图 取=15K, =68K, C=10uF, 可得振荡频率为所以, T=1s B74LS192构成的三十进制递减计数器74LS192是十进制可编程同步加/减计数器，采用8421码二-十进制编码，并具有直接清零，置数

8、，加/减计数功能。 预置时间30秒的倒计时整体电路（注：NE555上发光二极管和电阻可以不加）控制电路和报警电路：A控制电路控制电路的主要功能为1) 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，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，发光二极管亮灯，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，二极管发光，同时定时电路停止工作。控制电路由开关，74LS03与非门。7474LS04非门以及74LS20四输入与非门构成。将各个子电路有机的组合在一起并且实现其既定的功能。B报警电路本设计的报警电路设计的比较简单，仅仅由一个发光二极管构成，当30秒倒计时完毕

9、。并且无人抢答时。发光二极管发光以示报警。在实际使用过程中。实际使用过程中，建议使用555触发器构成蜂鸣器报警，或者使用音乐芯片。由报警控制信号触发，并且由此引发报警。其中555触发器构成的蜂鸣器的原理电路图与秒脉冲电路基本相同。仅为通过改变R1，R2的阻值达到改变脉冲频率。达到实现蜂鸣的效果。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。具体电路如图3所示。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。74192的预置数控制端实现预

10、置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。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，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。下面结合图4具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。结合图4，图中电容C的放电时间和充电时间分别为 ，于是从NE555的3端输出的脉冲的频率为，结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=1

11、0uF，代入到上式中即得，即秒脉冲。预置时间30s的整体电路二、课程设计工作记录：包括：设计步骤与时间安排、调试步骤与时间安排、课题完成结果说明设计步骤与时间安排 6月14日开始进行设计选题。经过本组成员的协商，确定选取八路智力竞赛抢答器电路的研究与设计一题。随之开始收集资料。研究设计此系统的可行性。6月14日正式开始设计电路。并且进行了计算机辅助设计。全组四名同学分工进行了电路设计。其中我负责模拟电路。刘立云同学负责芯片调查，张辉，朱泽刚同学负责练习焊接电路。本组各同学之间相互帮助，团队协作。很快设计出实验所要求的电路并运用Multisim软件对所设计的电路进行了仿真模拟和调试。经过大家共同

12、的努力协作与6月18日将电路设计成功并确定了最终的设计方案。 调试与时间安排计算机辅助设计与调试于6月26日完成。电子器件购买到以后随即进行了电路的焊接调试工作。调试过程中，出现了以下问题:焊接有虚焊跟短路的问题经过我们用万用表和数字逻辑笔的检查，检修了电路。有管脚焊接错位点的问题课题完成结果说明本课题结果以实物以及课程设计报告的形式呈现。并附Multisim设计的设计电路图。三元器件清单：见附录四分析和总结：本次课程设计用了二个多星期的时间全部做完，整个过程大家积极参与，认真思考从中收获很多。可以总结为以下的几点：1，对数字电路知识的巩固与提高这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关

13、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顾了一遍，这样的回顾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。2，学会了理论联系实际课程设计，通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。这并不是在课堂上的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑实际中的很多问题。有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。比如在动笔做题时我们是不用考虑导线的电阻的，但在实际中，导线电阻有时是会带来时延造成

14、花型变化的错乱，所以我们应尽量在连接电路时选择最短路径。3，学会了如何运用电路板、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，因为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，用了电路板的很小部分。这次的实习中应用了整块板子，实习后对电路板的组成完全了解了，并能熟练运用。实习中通过对电路的连接也懂得了如何通过设计的分析对所连电路的整体布局，如何更好的放置芯片在最合适的位置。在导线的连接上，如何选择导线走向是关键，我们应该尽量保证所连电路的简捷，宁短勿长，合理布线。一个完美的作品不仅要能很好的完成要求实现功能，还要在感官上给人美的享受。所以站在美的角度对自己的电

15、路进行改良是很必要的。4，和同学的互相协作共同进步在实习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间也会从别人上上学到更多。在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的思想，其他人的设计一定有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法。5，其他课程设计是开端，连接是关键，测试是必须。所以实现过程中不仅要求对知识的掌握要足够准确与精通，更要有绝对的耐心与细心。连接电路时一定按照自己的设计图仔细连接这会对后面的测试起到很好的铺垫作用。在后面查错时就不用花费精力在

16、查线上，可以给减少很多后续工作.个人感受：通过将近两周的课程设计，使我对数字电路有了进一步的了解，在设计抢答器、报警器、定时器的过程中，通过翻阅资料，上网搜索等，我对各电路器件（如：03与非门，279SR锁存器，555定时器和LED显像管等）及原理有了更深一层次的认识，既增强了我的理解能力,也使我能更好的运用所学的知识。开始时我还不太明白电路是如何连接的，并且对其原理也不甚了解，但通过对所学知识更深入的了解和同学的讲解和帮助，最终使我克服了难关，并成功地作出了设计。两周的锻炼,14天的不同感受,我有过对知识掌握不足时的迷茫，也有过思路不清时的懊恼,但一路走来，我却收获了知识，收获了希望和努力后

17、的成果。在此我要感谢老师的谆谆教导和同学们的帮助，我相信这十几天的不懈努力会给我未来的学习带来很多的启发,我会在以后的工作生活中更好的理论联系实际,证明自己的能力。五改进设想及建议（1）我们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。我们的想法是根据单片机原理及相关知识对我们的设计进行一些改进。（2）完成电路的设计后，我们进行了电路的模拟，用电路仿真工具，如Multisim软件对设计出的电路进行仿真和模拟，这样既可以提高效率，又可以提高模拟的准确性。六结语本文详细介绍了抢答

18、器的设计方案，功能及在设计过程中所做的改进。这种抢答器主要是基于74系列集成芯片，成本较低，且基本能够使用于学校的一些活动中。七参考文献：康华光 编,北京 高等教育出版社,2000年6月版.李海 编 ,重庆 重庆大学出版社 1999年9月版.欧阳星明 编，武汉 华中科技大学出版社，2002年5月版 HYPERLINK :/ 肖景和 编CMOS数字电路应用300例，北京，中国电力出版社，2005年1月版闫石主编数字电子技术基础第五版附Multisim仿真模拟结果截图元件清单：序号名 称型 号数量备 注1七段译码器74LS4832十进制加减计数器74LS19223555定时器CB55524优先编码器74HC14815单稳态触发器74LS12116RS锁存器74LS279 17与非门74LS20 1每个芯片有4个两输入端的与非门8与非门74L