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1、课 程 设 计 任 务 书题 目 智力竞赛抢答器设计 系 (部) 信息工程系 专 业 自动化 班 级 自动化 072 学生姓名 学 号 6 月 15 日至 6 月 19 日 共 1 周指导教师(签字) 系 主 任(签字) 2009 年 6 月 5 日2一、设计内容及要求设计内容：（1）四组参赛者在进行抢答时（用 4 组彩灯代 表） ，当抢先者按下面前的按钮时，抢答器能 准确地判断出抢先者，并以声、光为标志。要 求声响、光亮时间为 9 秒后自动熄灭。（2）抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动 封锁其他各组进行抢答。（3）抢答器应具有限时（抢答时、回答问题时） 功能。限时档次分别为 30秒、60
2、 秒、90 秒； 时间到时应发出声响。同时，时间数据要用数 码管显示出来。（4）抢答者犯规或违章时，应自动发出警告信 号，以提示灯光闪为标志。（5）系统应具有一个总复位开关。要求：对设计中所用的电子元器件完成选型，进行原理图设计，对性能指标进行计算分析。使用相应软件例如 PROTELL99 绘制相应的电路原理图，并进一步对电路仿真。二、设计原始资料本课程设计的核心为抢答模块，其由四个触发器组成。抢答模块的功能是互锁。主要元件 D 触发器、分频电路、多谐振荡器、CP 时钟脉冲源。3三、设计完成后提交的文件和图表1计算说明书部分电路原理图中元件的参数计算，电压、电流的计算。2图纸部分：电路原理图的
3、设计，仿真结果4四、进程安排教学内容 学时 地点 备注集中学习 1 天 教室资料查阅与学习，讨论 1 天 图书馆、实验室分散设计 2 天 实验室成果验收 1 天 实验室五、主要参考资料1.模拟电子技术基础华成英，高等教育出版社2.protel 电路设计指南王彦平等，清华大学出版社3. 阎石，数字电子技术基础，高等教育出版社 20034. 康华光，电子技术基础（数字部分），高等教育出版社 20045成 绩 评 定 表姓 名 周开华 学号设计题目 智能竞赛抢答器 设计要求（1）四组参赛者在进行抢答时（用 4 组彩灯代 表） ，当抢先者按下面前的按钮时，抢答器能准确地判断出抢先者，并以声、光为标志。
4、要求声响、光亮时间为 9 秒后自动熄灭。（2）抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动 封锁其他各组进行抢答。（3）抢答器应具有限时（抢答时、回答问题时）功能。限时档次分别为 30 秒、60 秒； 时间到时应发出声响。同时，时间数据要用数码管显示出来。（4）抢答者犯规或违章时，应自动发出警告信号，以提示灯光闪为标志。（5）系统应具有一个总复位开关。要求：对设计中所用的电子元器件完成选型，进行原理图设计，对性能指标进行计算分析。使用相应软件例如PROTELL99 绘制相应的电路原理图，并进一步对电路仿真。6教师评语成绩7目录1、课程设计任务书22、成绩评定表53、摘要84、论文1、智能抢答器的设计
5、92、设计体会123、今后的修改意见13四、参考文献138摘要智能抢答器智能抢答器的设计主要分为两个部分：抢答器和计时器。抢答器的互锁功能可以用 D 触发器和或非门来实现。四个选手抢答时，若抢答成功，则抢答成功者面前的二极管灯变亮（四个选手面前的灯亮时的颜色各不相同） ，蜂鸣器发出响声；若抢答违规，则灯泡会变亮，以示警告。计时器主要由计数器和译码显示器构成。9s 计时器可以用一个计数器 74LS160 来实现，而 30s、60s、90s 计时器则需要利用两片计数器串联来实现。30s、60s、90s 计时器的连接方法相似，都是利用使能控制输入端 EP、ET 来控制计时的时间长短。由于计数器的输出
6、端和显示器的输入端均为四管脚，故无需外加译码器，进行码制转换。关键词：触发器 或非门 计数器 串联9论文一、智能竞赛抢答器的设计智能竞赛抢答器的设计，按照设计的要求，可以分为两个部分来设计和完成：抢答部分和计时部分。抢答部分是智能竞赛抢答器的主要部分。如图 1.1 所示，O 为总复位开关，A、B、 C、D 四个开关分别为四个选手的抢答按钮，开关 1 为主持人发布抢答命令开始按钮。图 1.110当总复位开关合上后，若主持人没有合上开关，选手却合上了开关，即抢答打了。设其中一个选手抢答了，则或门 U13 的输入端存在高电平，从而输出端为高电平。由于主持人没有合上开关，与非门 U9A 的输入端为低电
7、平，故输出端为高电平。即 U35 与门的输入端均为高电平，从而输出端也为高电平，电灯泡变亮，以示警告。即实现了设计内容及要求（4） ，抢答者犯规或违章时，应自动发出警告信号，以提示灯光闪为标志。若主持人合上开关后，选手 A 最先按下按钮，则D 触发器 U10 的输入端 D 为高电平，输出端 Q 为高电平。图 1.2由于 A 合上了开关，从而或门 U13 输出高电平，又由于主持人合上了开关，故 U36 与门的输入端均为高电平，从而输出高电平，进而 U8 计数器 74LS160 的预置数端和置零端均无效计数器开始从零计数，当计数计到 9 时，与非门 U12 的输入端均为高电平，从而输出低电平。U1
8、2 输出的低电平作用于计数器的使能控制开关 EP、 ET，计数停止。在计数的过程中，由于计数器与译码显示器相连，故计数器每计数一次，显示器就加以，从 19，9 秒后，计时停止。在计时过程中，与非门 U12 始终输出高电平；由于 U10 也输出高电平，从而与门 U19 的输入端均为高电平，蜂鸣器发出响声，发光二极管发出发出蓝色光。9 秒时间到了之后，与非门 U12 输出低电平，从而 U10 输出低电平，蜂鸣器不响，发光二极管熄灭。选手 A 按下按钮后，D 触发器 U10 的输出端 Q 输出高电平，而 Q 分别为或非门U2、U3、U4 的输入端，从而或非门 U2、U3、U4 的输出端均为为低电平，
9、D 触发器 U5、U6、U7 均被置零，此时选手 B、C、D 不论谁再按下按钮，都不起作用，即不能使他们面前的蜂鸣器发出响声，发光二极管变亮，这样就实现了互锁功能。从而，实现了设计内容及要求（1)、 （2） 。选手 B、C、D 抢答成功时的原理和选手 A 抢答成功时的原理相同。抢答部分设计完成以后就是计时部分的设计了。计时部分的设计可用两片计数器 74LS160 的串联来实现。如图 1.3 所示，将两片计时器的四个输入端和地相连，输出端和译码显示器相连，计时器 U14 的进位输出端连在 U15 的使能控制端。当计时器 U14 从 1 计数到 9 时，计数器 U15 不工作，当计数器 U14 计
10、数计到 1011时，U14 的进位输出端变为高电平，U15 计数一次。U14 每进位一次，U15 就计数一次。当 U15 计数到 3 时，与非门 U18 的输入端均为高电平，从而输出图 1.3低电平，U14 的使能控制端均无效，计数器停止工作。这样，就实现了 30 进制的计数器的连接。由于计数器和译码显示器相连，计数器每计数一次，显示器显示的数就加一。当输入时钟脉冲信号源为秒脉冲时，就实现了 30 秒计时的功能。60秒计时器和 90 秒计时器的设计原理和 30 秒计时器的设计原理相似，只需将第二片计时器的输出端的 QA、QB 分别改为 QB、QC 和 QA、QD 与与非门相连即可。再加上一个单
11、刀四掷开关，即可实现计时时限的选择。12二、设计体会 这次课程设计的体会颇多，各种各样的感触都有。设计前的不知所措、茫然，设计过程中的着急和烦恼，设计结果出来后的激动与喜悦，构成了这次课程设计的心理变化图。刚一拿到课程设计任务书，真不知道从何下手，就先将从老师那儿下下来的制图软件安上，先熟悉一下软件的环境。Protel99 了解了一下，感觉元器件的查找和使用特不方便，就又试了试 MULTISIMN,感觉使用起来挺方便的。第一天就这样过去了。第二天，找了一些参考资料书看了看，试着将人家的设计电路图用 MULTISIMN 做出来，看能否实现。结果，第二天就为了找两个元件而过去了，D 触发器和喇叭。
12、最后，D 触发器倒是找着了，而喇叭到现在也没找到，只好按老师说的那样，用蜂鸣器来代替。第二天是这五天中最郁闷的一天。这主要是对软件的不熟悉造成的。在通过对 MULTISIMN8.0 的熟悉和使用的过程中，开始逐渐懂得了向他人学习的重要性了。在生活中也一样，有很多我们不熟悉不了解的东西，我们可以向周围的人请教，如在学校我们可以向老师和同学们请教，我们也可以向书本学习，还可以到的网上去搜索。但别人的东西终究是别人的，要把它吸收了，理解了，再灵活运用，进行加工改造，才能成为自己的东西，否则只不过是一件复制的赝品而已。翻了很多资料书，也在网上下了不少电路图，在 MULTISIMN 中做出来后，要么就根
13、本运行不出结果来，要么就跟自己的设计要求大相径庭。为了设计出符合设计要求的电路图，只好一点一点的去理解人家的设计思路，而不再是抄袭人家的电路图，再结合自己的设计要求，将设计原理图画出来。设计的思想和原理有了，并不代表就能将它实现，因为理论和现实总是存在差别的。在设计 30 进制的触发器的时候，我用异步置零法来实现，但运行起来怎么也得不到三十进制，而是十进制。我翻了翻数电课本，感觉没错，但就是运行不出自己想要的接过来。将课本上的连接图用 MULTISIMN 画出来，也不能运行出来，后来自己又静下来想了想，极有可能是第二片计数器的 QA 从1 变为 0，QB 从 0 变为 1 时，QB 已变为 1
14、 了，而 QA 还没来得及变为 0 时就要已经作用于与非门了。因此，只要将 QA 延时一定时间就可以了。但具体延时多长时间，怎么延时，就显得比较复杂了。考虑到这些，只好另想办法了。最终，通过对使能控制端的作用，将三十进制计数器设计出来了，而不是先前的通过置零输入端来控制。经过五天的努力，通过团队的协作，终于将智能竞赛抢答器给设计出来了，当时的那种快感、成就感，是无法用语言来表达的，因为我们是一路从酸甜苦辣中走过来的。13三、今后的修改意见对于这个电路，其各方面的功能还可以进一步完善，正如胡老师说的一样，若选手抢答违规了，我能不能知道是谁抢答违规了呢？对于这个问题，我们可以将每个选手的抢答按钮后面连上一个灯泡即可解决。还有，9 秒计时，我能不能倒计时呢？对于这个问题，可以用计数器 74LS190 来代替 74LS160，将 74LS190的脉冲输入端 UP 置 1，UD 输入秒脉冲即可实现。总之，该抢答器各方面的功能和性能还可以进一步完善。参考文献1.protel 电路设计指南王彦平等，清华大学出版社2.数字电子技术基础 阎石， 高等教育出版社 20033.数字电路与逻辑设计 许莉娅，北京理工大学出版社
