数字定时抢答器设计报告

数字电子技术课程设计报告题目：数字准时抢答器姓名：xxxxxxxxx学号：班级：农业电气化及其自动化2010级1班指导老师：xxx设计时间：2012年10月15号—10月28号信息与工程学院目录34511131515一、设计任务与要求设计一个智力比赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队比赛，他们的编号分别是0.1.2.各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应设置一个系统消除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。抢答器拥有锁存与显示功能。抢答开始后，若有选手按动即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。别的，要封闭输入电路，严禁其余选手抢答。优先抢答选手的编号向来保持到主持人将系统消除为止。抢答器拥有准时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动"开始"键后，准时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响连续的时间秒左右。参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，准时器停止工作，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消除为止。假如准不时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并严禁抢答，准时显示器上显示00。二、设计原理和系统框图剖析整体框图的功能，描绘整体框图的工作过程。准时抢答器的整体框图所示，它由主体电路和扩展电路两部分构成。主体电路达成基本的抢答功能，即开始抢答后，入选手按动抢答按钮时，能显示选手的编号，同时能封闭输入电路，严禁其余选手抢答。扩展电路达成准时抢答的功能。工作原理为：接通电源后，主持人的开关处于“消除”地点时，抢答器处于严禁状态，选手编号的LED数字显示器灯不亮，抢答准不时间LED数字显示器显示设准时间。当主持人把开关拨到“开始”地点后，抢答器进入工作状态，选手们进行抢答。当此中一个选手按下抢答按钮后，其余选手再按按钮无效，报警器发出声响表示进入回答下列问题状态，选手编号的LED数字显示器显示出抢答成功的选手的编号，与此同时准不时间开始倒计时，抢答准不时间LED数字显示器显示出该选手所剩下的回答下列问题的时间。当抢答准不时间到了，优先编码电路停止工作，选手门不可以连续抢答。抢答准不时间LED数字显示器显示时间为“0”。原理及设计：该部分主要由555准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段数码管即有关电路构成。详细电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，经过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路供给。74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人依据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，经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不时间；假如没有人抢答，且倒计不时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时此后选手抢答无效。三、单元电路设计给出单元电路图，剖析各单元电路的功能，记录各单元电路的功能。1、抢答电路设计设计电路如图2所示。电路采纳优先编码器74LS148和锁存器74LS297来达成。该电路主要达成两个功能：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（显示电路采纳七段数字数码显示管）；二是严禁其余选手按键，其按键操作无效。图2工作过程：开关S置于"消除"端时，RS触发器的R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标记端（图中5号端）0，使之处于工作状态。当开关S置于"开始"时，抢答器处于等候工作状态，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”。别的，CTR＝１，使74LS148优先编码工作标记端（图中5号端）＝１，处于严禁状态，封闭其余按键的输入。当按键松开即按下时，

74LS148

的此时因为仍为

CTR＝１，使优先编码工作标记端（图中

5号端）＝１，因此74LS148仍处于严禁状态，保证不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。若有再次抢答需由主持人将S开关从头置“消除”而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。2、准时电路设计节目主持人依据抢答器的难易程度，设计一次抢答的时间，经过预置时间电路对计数器进行预置，采纳十进制同步加减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路供给。详细电路如图3。原理及设计：该部分主要由555准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段数码管即有关电路构成。详细电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，经过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路供给。原理及设计：该部分主要由555准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段数码管即有关电路构成。详细电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，经过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号图3由时钟产生电路供给。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不时间；假如没有人抢答，且倒计不时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时此后选手抢答无效。联合我们的实质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=10uF，代入到上式中即得，即秒脉冲。3、报警电路设计由发光二极管和10K欧姆的电阻构成。当计时器时间到,无人抢答,发光二极管亮,抢答电路和计时电路停止工作。4、时序控制电路设计时序控制电路是抢答器设计的重点，它要达成以下三项功能。主持人将控制开关拨到“开始”地点时，扬声器发声，抢答电路和准时电路进入正常抢答工作状态。当参赛选手按动抢答按键时，扬声器发声，抢答电路和准时电路停止工作。当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，准时和准时电路停止工作。依据上边的功能要求，设计的时序控制电路如（图5）所示。图中，门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与严禁，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端。图11、4的工作原理是：主持人控制开关从"消除"地点拨到"开始"地点时，来自于（图2）中的74LS279的输出1Q=0，经G3反相，A＝1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，准时电路进行递减计时。同时，在准不时间未到时，则“准时到信号”为1，门G2的输出=0，使74LS148处于正常工作状态，进而实现功能①的要求。入选手在准不时间内按动抢答键时，1Q＝1，经G3反相，A＝0，封闭CP信号，准时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出=1，74LS148处于严禁工作状态，进而实现功能②的要求。当准不时间到时，则“准时到信号”为0，=1，74LS148处于严禁工作状态，严禁选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封闭CP信号，使准时电路保持00状态不变，进而实现（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。四、电路测试数据和结果（1）单元电路检测①抢答电路把主持人的控制开关设置为“消除”地点，用万用表检查RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q~1Q）所有为低电平。于是74LS48的4端BI/RBO=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端，即5端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。而后把主持人的控制开关拨到“开始”地点，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等候工作状态，给8路抢答端口即输入端I7I0给上低电平的输入信号，如当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS锁存器后，74LS279的输出1Q=1，BI/RBO=1，74LS279处于工作状态，输出端4Q3Q2Q=101，YEX=0，经RS锁存器后，出“5”。别的，1Q=1，使74LS148仍处于严禁工作状态，其余按键的输入信号不会被接收。②准时电路用示波器检查555的输出波形能否为1Hz的方波信号，如不是对555的外头电路进行调整达到要求为止。给74LS192的数据输入端设定一次抢答的时间，如35秒（00110101）的八位数据。察看显示器的显示时间能否进行减计数。有问题按原理进行改正。③时序控制电路及报警电路<1>主持人将控制开关拨到“开始”地点时，抢答电路和准时电路进入正常抢答工作状态。<2>当参赛选手按动抢答按键时，扬声器发声，抢答电路和准时电路停止工作。<3>当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和准时电路停止工作。（2）整机电路调试①开始时，主持人将控制开关接地，抢答电路部分锁存器74LS279的状态输出全为0，74LS48的灭灯输入与锁存器74LS279的1Q相接，故抢答电路无显示（消除）；与此同时，在计时电路部分，减法计数器74LS192的预置数端为0，将预先的预置数送入减法计数器中。当主持人按键弹起时，计数器开始计数工作，抢答开始；②在没有人按键且抢答时间没到时，优先编码器YEX输出为1，计数器

BO2输出为

1，74LS148

的

5端，即

ST

BO2

*CTR＝0,

而CLCK

CTR*BO2*CP优先编码器和计数器都正常工作；③当在规准时间有人按下抢答按键时，YEX输出为0，1Q=1，ST=1，优先编码器停止工作，今后选手的抢答无效，电路将按键者的编号显示在LED上；同时，1Q=1，计数部分的计数脉冲CLCKCTR*BO2*CP=0，计数器停止工作，此时的倒计不时间记录并显示在LED上；74LS148的YEX端由1跳变到0，Q输出暂态高电平，发光二极管亮；④假如在规准时间内无人抢答，BO2由1跳变到0，Q输出暂态高电平，发光二极管亮；ST=1，抢答电路停止工作，今后的抢答按键无效。（3）实验数据记录74LS14874LS27974LS4874LS192②74LS192①主持人YEXST1QBILDBO2LDBO1CPD开关S01000010CP0110001111CP有人001111110抢答G1G2G374LS121555主持人BO2CP1Q1QBO2ST1Q1QSYEXBO2PR43开关S11CP11100101100001CP111001111000有人1CP001010101111抢答五、结束语经过一个多礼拜的共同努力，我们终于达成了数字电路课程设计课题。固然时间不长，可是在这个过程中我们获得了好多东西。因为从前没有做过这一方面的课题，因此一开始看到这个题目的时候有点手足无措，不知道从什么时候开始做，不知道焊枪怎么使用。经过老师的指导后，我和另两位同学开始查资料、议论，开始设计整机电路原理图，我们感觉只有设计好这个才是先期准备的重点。在这个过程中，我们有矛盾、争辩、矛盾，可是经过商议我们找到了最好的解决方法，同时也收获了友情。在这一段时间内，我们经历了阶段性成功的愉悦、测试失败后的绝望、堕入窘境时的手足无措、从头投入的振作。在老师的指导下，我们终于成功解决所有问题，当接通电源，计时器在跳动，全部都正常工作的时候，我们终于体验到成功的快乐，我们培育出了无与伦比的默契和深沉的友情。经过本次课程设计，最大的收获就是把书籍和实践联合起来了，提升了着手能力。学到了很多东西，懂得了团联合作的真实意义，对我们此后的学习和工作帮助很大。作为电气专业的学生，课程设计关于我们来说是很重要的。此次实验，让我们从开始的不懂不会不敢，到此刻基本认识了每一个元件的构成和功能，能够记着每个元件管脚的地点，能大概看懂每部分的结构和应用，以及在面对焊接电路常有问题时能简单办理，的确