数字电路课程设计报告之四路智力抢答器

PAGE8数电课程设计智力竞赛抢答器姓名：熊武学号：20110896学院：电气与电子工程专业：自动化班级110302指导教师：李岩四路多路智能抢答器设计前言关于这次设计的用于多人竞赛抢答的器件，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。目录一、实验目的……………二、设计内容及要求……………………三、总体设计思想与方案论证…………四、单元电路的设计、参数计算、器件选择及介绍….（一）、封锁电路…………………….（二）、脉冲电路……………………（三）、亮灯电路与蜂鸣器电路……………………五、总体电路设计图、工作原理及元器件清单………六、硬件电路安装、调试测试结果，出现的问题、原因及解决方法七、总结与体会…………八、参考文献………………………一、实验目的1．学习智力竞赛抢答器电路的工作原理。2．学习综合数字电子电路的设计、实现和调试方法。二、设计内容和要求设计实现一个可容纳四组参赛者的数字智力竞赛抢答器。要求：(1)可供四组抢答，有人抢答时，蜂鸣器发声，同时优先抢答者对应的指示灯亮，而后抢答者对应的指示灯不亮。(2)主持人具有将抢答器复原的功能。三、总体设计思想与方案论证抢答器的设计思想：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并伴有响声。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。之后主持人按下开关，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。原理框架图（图1）主持人主持人选手抢答声音提示控制电路封锁电路对应显示灯发亮蜂鸣器发声图1.原理框架图方案一、对照上面原理框架图，各个主要的部分选用对应功能的芯片进行设计，如果在仿真时没能找到相应的芯片则用相近的。比如在选手抢答时的输入用74148优先编码器进行编码让一个输入有效。方案二、对照框架图，选用各种逻辑站以及相关的逻辑函数进行设计，编号进直接把锁存器的输出，并通过175锁存器驱动对应彩灯发亮。通过比较可以得出方案二更可行，理由在于芯片组上集成的功能要强大些，且用的元器件的数目会相对少一些这样会更美观而且不容易出错。四、单元电路设计、器件选择及介绍1、封锁电路封锁电路的主要功能是分辨选手按键的先后，并能把第一个抢答者的编号锁存起来，并使其他选手的按键操作无效。实现该电路的功能的主要芯片是74175（图1为功能表，图2为逻辑功能图，图3为锁存器电路）表1图2工作原理：当主持人控制开关处于“清零”位置时该电路清零即当RD接低电平时，，，，全为低电平，各显示灯均熄灭，即此时封锁器电路不工作，当主持人将开关拨到“开始”后即RD为高电平时，此时锁存器处于工作状态，即抢答器电路处于等待工作状态。这时当有选手将按键按下时（如按下SW2）。此时=1，由D触发器的功能可知，此时=1，=0。当=0时，经过与非门变为1再经过非门变为0，再和4个选手组成的或门逻辑器再与，选手就可以通过开关来抢答，而且只有一次输入变化，因此CP只接收到一次的电平变化，因此那就后就保持了第一次的输出所以就封锁了CP的输入，此时74175不再工作，从而实现了封锁其他选手的作答。2、脉冲电路=1\*GB3①秒脉冲发生器由555定时器和外接元件R6、R7、C构成多谐振荡器。F=1000Hz振荡周期T=T1+T2，T1为电容充电时间，T2为电容放电时间充电时间T1=0.7(R1+R2)C放电时间T2=0.7R2C频率f=1/T亮灯电路与蜂鸣器电路亮灯电路由四个发光二极管构成，由锁存器175驱动，蜂鸣器由反馈信号驱动。五、总体电路设计图、工作原理及元器件清单1、电路工作原理当主持人按下“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并伴有响声。此后选手输入锁住，如果主持人按下复位键则编号显示处不作任何显示。然后主持人就按计时开关，选手开始作答。之后主持人按下开关，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。2、元件清单元件序号型号主要参数数量备注1电阻1K62按钮53741751四D触发器474211四输入与门574081二输入与门674041非门755519滑动变阻器1K13、总电路图六、硬件电路安装、调试测试结果，出现的问题、原因及解决办法1、这次设计的抢答器电路图简单，很多芯片的逻辑功能也都很清楚所以在调试时可以前判断该电路会是怎样的结果，对于这个抢答器,它涉及的大多都是数字电路的问题.所需要调试的值并不多.首先将各个模块连接到一起后,注意检查各个部分是否连接正确,还得仔细地看一下所用器件的型号是不是我们要的那种,在确保连接无误的情况下.那就能将整个电路进行防真了。按动各个按键，看看各管脚的电平变化是不是正确的，同时观察各个集成器件的各个管脚的电平变化情况，以及数码显示器的显示是否正确.如有不正确的就将其逐个问题解决了再进行后面的调试，直到所有问题都解决了为止。当连接好所有电路后，自己当主持人测试。首先我断开控制开关，宣布抢答开始，当有选手抢答时,该选手的指示灯不亮。另外也测试了当主持人合拢抢答开关时，看能否抢答。结果和预测的一样是不能抢答的。此抢答器设计是按要求一步一步完成的，因此主要功能有两个个：⑴抢答器的抢答功能，它能准确分辨、记录第一个有效按下抢答键者信息用声、光指示。=2\*GB2⑵主持人的清零功能2、脉冲改进（1）在开始设计抢答电路部分时，遇到不知如何让组别输出显示为三的问题。经过查找资料和分析后，逐步更改测试达到了上面抢答电路的电路图。（2）设计倒计时电路的秒脉冲时，用555构成多谐振荡器产生秒脉冲，但是仿真时在仿真时传递函数时间很缓慢，改变555扩展的电阻和电容增加产生的信号的频率。（3）对总电路仿真时，传递函数时间很缓慢，等上长时间倒计时部分不出结果，因此改变秒脉冲信号和抢答部分74LS175的时钟脉冲的频率。七、总结与体会本次课程设计对于我的课题的要求基本上实现了。这次课程设计时间有点匆忙，虽然大部分的功能都实现了，但是还是会存在不完美的地方，实在是时间有点紧，没办法做长时间的修改。设计进行地比较成功，对常用的芯片无论是从功能上，还是构造上都在了更深的了解，更重要的是锻炼了我们的动手能力，平时看书都能看得明白，但是到了仿真的时候还是会出现很多的问题，有时候一个小失误致使整个电路工作状态出现错误，但是还是能过一次次的调试，一次次地去修改最后得出了成品。也学了一个新的软件，这也是很重要的。这一课程设计使我将课堂上的理论知识有了进一步的了解，并增强了对数字电子技术这门课程的兴趣，同时对用Multisim软件对电路进行设计和仿真有了初步的了解。对平时数电课上所学的电子元件的工作原理有了更进一步的了解，如：74LS175、555振荡器等。这次的抢答器电路设计也让我认识到光靠理论的知识连起来的电路并不一定能够实现，要对其就出现的现象进行不断的修改和测试，争取完美，此次由于我个人能力的问题，只能