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1、数字电子技术基础课 程 设 计课题名称： 六人数字式竞赛抢答器姓 名：丁鑫烨 王义胜 苏世杰学 号： 班 级： 2009级 11 班指导教师： 申利平重庆大学电气工程学院2011年6月目录一.概述11.内容摘要12.设计内容及要求23.总体方案系统框图2二. 单元电路设计及其工作原理32.时钟电路43.计时电路54.提示报警电路75.小组提示灯电路76.计分电路8三.完整电路图(见附页)8四.个人总结9原件清单9参考文献9电子技术课程设计报告六人数字式竞赛抢答器一.概述1.内容摘要智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。抢答能引起参赛者和观众的极大兴趣，并
2、且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。但是，在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，在何时抢答，如何计算答题时间等等问题，若是仅凭主持人的主观判断，就很容易出现误判。所以，我们就需要一种具备自动锁存，置位，清零等功能智能抢答器来解决这些问题。在本次课程设计中，将主要设计一个供六人使用的定时抢答器。他要实现以下主要功能：（1）为6位参赛选手各提供一个抢答按钮，分别编号S0、S1、S2、S3、S4、S5；（2）主持人可以控制系统的清零与抢答开始，选手成绩加分与减分。（3）抢答器要有数据锁存与显示的功能。抢答开始后，若有任何一名选手按动抢答按钮，则要显示其编号至系统被主持人清零，抢答成功
3、后扬声器发出嘀嘟声提示，同时其他人再按对应按钮无效；（4）抢答器要有定时功能，一次抢答时间为30秒。当主持人启动“开始”键后，定时器自动计时，当计时30秒抢答时间到后停止，同时扬声器上发出短暂低频声响；（5）参赛选手只有在设定时间内抢答方为有效抢答。若抢答有效，则定时器停止工作，同时答题计时器开始工作 （6）若在抢答时间内无选手进行抢答（按对应按钮），则系统短暂报警，并且禁止选手超时抢答。（7）若抢答后选手答题的时间超过2分钟，则系统发出嘀嘟声提示答题结束。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队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计时与报警电路，以上两部分组成主体电路。通过抢答
4、队伍编号锁存电路和数据分配电路实现对每组计分电路的控制，有主持人开关控制加减计分，以上构成拓展电路。利用本次设计出的电路制造成的定时抢答器，即可轻松实现在6人或6个代表队之间进行的抢答比赛中进行控制，使得这一活动更加趣味、公平。2.设计内容及要求在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。同时还可以设置记分、犯规及奖励记录等多种功能。该设计就是针对上述各种要求设计出的供6名选手参赛使用的数字式竞赛抢答器。 本题要求是：（1）设计制作一个可容纳六组参赛的数字式抢答器，每组设计一个抢答按钮供抢答者使用。（2）电路具有
5、第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出“嘀嘟”的双音音响持续23秒。此时，电路应具备自锁功能，使别组的抢答开关不起作用。（3）设置记分电路。每组在开始时预置成100分，抢答后由主持人记分，答对一次加10分，否则减10分。（4）设置定时电路。30秒时仍无人抢答，则报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。（5）设置犯规电路。对提前抢答和超时抢答的组别鸣喇叭示警，并由组别电路显示出犯规组别。3.总体方案系统框图组别显示(数码管管)组别显示(LED)窄脉冲形成稳压电源数字式智力竞赛抢答器原理
6、框图计时器器犯规电路提示报警电路预置记分电路加分(主持人)减分(主持人)组别锁定第一信号鉴别抢答开关时钟电路清零开始主持人抢答器工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到”清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器置零；主持人将开关置拨至开始”状态，宣布”开始”，抢答器工作。抢答定时器30秒倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示等功能。如果再次抢答必须由主持人再次操作”清除”和”开始”状态开关。二. 单元电路设计及其工作原理1.抢答电路提前抢答锁存正常抢答锁存该电路完成两个主要功能：一是在主持人按下开始开关后，分辨出选
7、手按键的先后，并有正常抢答锁存电路锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示该编号并禁止其他选手抢答，使其按键操作无效；二是在主持人未按下开关时，若有人提前抢答则由提前抢答电路锁存提前抢答这的编号，同时译码显示器显示该编号，并输出提前抢答信号驱动报警电路报警。工作过程：开关S置于”清零”端时，输出清零信号(低电平，是电路中所有计数器的清零信号)，正常抢答锁存RS触发器的 端均为0，其4个触发器输出置0，使74LS148的ST=0，使之处于工作状态，此时提前抢答锁存RS触发器端均为1，若此时有人按下抢答按钮，其组别编号将被提前锁存电路锁存同时由数码管显示，并输出提前抢答信号(高电平)。当开关S置
8、于”开始”时(提前抢答锁存RS触发器的端均为0,被清零)，输出抢答开始信号(高电平)，提示抢答开始的发光二级管发光，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按钮按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后输出101给74LS48，经译码数码管显示为”5”。此外，YEX=0，经过锁存后输入1至74LS148的ST，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YEX=1 ,此时由于ST输入的仍为锁存后的信号为，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开关重新置于“清除”端，然后
9、再进行下一轮抢答。2.时钟电路时钟电路为555构成的周期为1s的多谐振荡器，为整个计时电路提供时钟信号3.计时电路(1）抢答计时及扬声器计时电路1抢答计时时扬声器计时1抢答计时电路为两片74LS160组成的同步计数器，输入脉冲为时钟信号，有开始信号A启动，当计数满30(即30秒)或者有正常抢答信号B时停止。计数满30时U56的QA=QB=1，ENT=QAQB=0(QAQB=1为无人抢答信号)，计数器停止计数。有正常抢答型号 ENP=AB=0，停止计数。当有正常抢答信号，或前抢答信号，或无人抢答信号输入时扬声器计时电路开始工作，计数满3时(即3秒)停止，停止原理同抢答计时器计数满30时停止类似，
10、在计数期间输出扬声器控制信号(高电平)，计数结束后控制信号为低电平，以此来控制扬声器的发声时间。(2)答题计时器及扬声器计时电路2答题计时器扬声器计时2答题计时器由3片74LS160计数器组成，有正常答题信号启动，计满120(即120秒)停止，并且输出答题时间到信号(高电平)停止原理同抢答计时器。由于连接了数码管与译码器，答题者回答所用去的时间可以实时显示。、扬声器计时电路2有答题时间到信号启动，其工作原理同扬声器计时电路14.提示报警电路扬声器计时信号2扬声器计时信号1时钟电路答题超时信号高频振荡器低频振荡器报警电路由正常信号，或提前抢答信号，或无人抢答信号，或答题超时信号启动。当输入为正常
11、抢答信号或答题超时信号时，在一个时钟脉冲周期内，时钟信号为低电平时低频振荡器工作高频振荡器不工作，时钟信号为高电平时则相反，因此扬声器发出嘀嘟的提示声音。当输入为无人抢答信号时，只有低频振荡器工作，扬声器发出低频报警音。当输入为提前抢答信号时，只有高频振荡器工作，扬声器发出高频报警音。由于扬声器计时电路的控制，扬声器的提示及报警时间均只有3秒。5.小组提示灯电路计分组别输入正常抢答信号小组提示灯电路由74LS138数据分配器组成与发光二极管组成，当有人正常抢答时，组别编码信号与正常抢答高电平信号输入74LS138数据分配器，74LS138根据组别编码将正常抢答的高电平信号取非后输出到正确的支路
12、上，使相应组别前的抢答提示二极管发光。6.计分电路计分电路能实现对当前抢答小组加分、减分、预置100分功能。六个计分小组的十位、百位（个位始终显示零）分别用计数器74Ls192、显示译码器74ls48、七段数码管构成。预置数都为100，计数器用异步连接。主持人的置数开关同时控制六个计数器74ls192的置数端。加分开关通过数据分配器74ls138选择控制某一个组，其地址变量为当前抢答小组的组号输入（来自抢答信号），74138输出端Q1-Q6分别连接十位的计数器的加法计数端up。每按动一次加法开关产生一个上升沿，计数器十位加1。同理，扣分开关的数据分配器Q1-Q6连接至74ls192的down端
13、，实现减法计数显示。三.完整电路图(见附页)四.个人总结本次电子实验设计是对数字电子技术课程的实践。通过这次电子设计，加深了对课程概念的理解，锻炼了自己的动手能力。我在本组主要负责计分电路和提示亮灯电路。在做电子设计的最开始阶段，本小组完全处于迷茫的状态。本实验需要实现的功能较多，需要用到的电路知识也比较全面。但是通过在网上搜索近似功能电路、查看老师给的部分电路参考以及尽心设计，基本完成了实验要求的基本内容，并尽可能做到用尽量少的元件完成更完美功能。在设计电路过程中，遇到了大量概念理解不熟悉的情况，特别是555计时器的相关知识。通过翻看课本、网络查询等方式加深对很多知识的理解。虽然遇到了很多复
14、杂难以解决的问题，但是通过努力解决后会获得极大的成就感，有次也产生了对本门课程更多得兴趣。通过设计也认识了74ls192等课程学习中没有认识到的功能元件，认识到了自己用一些简单的元件的组合原来是可以完成很多功能的。同时，通过这次实践认识到了自己的不足。有些相当然的设计看似正确，但是仿真却无法通过。真正的电子设计是需要掌握每一个细节的，而并非像考试那样做对一部分就能得一部分的分。所以，学习需要尽心，不能得过且过。最后，由于我们的知识水平有限，虽尽心设计，但依然会有一些不如意的地方，希望老师见谅并斧正。原件清单共阴极数码管2274LS48N2274LS279N274LS148N1 74LS138N374LS192N1274LS160N774LS08N374LS02N274LS00N4100电阻112400电阻21k电阻224k电阻210k电阻747k电阻151k电阻110uf电容310nf电容3按钮10单刀双置开关1红色发光二极管6蓝色发光二极管1PNP三极管1蜂鸣器1参考文献数字电子技术基础，唐治德，科学出版社数字电子技术基础，宋卫海，杨现德，北京大学出版社数字电子技术实验，夏鸣风，重庆大学电气工程学院10
