数电课程设计八路抢答器

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1、 数字电子技术基础课程设计项 目_ 八路抢答器 _专 业_ _年级班别_ 姓名学号1 姓名学号2 姓名学号3 指导教师 2012年6月 25日 惠州学院 HUIZHOU UNIVERSITY数字电子技术基础课程设计报告 2 前言 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

2、这些问题。在本次 课程设计中，将主要设计一个供八人使用的定时抢答器，利用 本次设计出的电路制造成的定时抢答器，即可轻松实现在八个 人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。数字电子技术基础课程设计报告 3 目录 一 设计目的4 二 设计课题及其技术要求 2.1基本功能.4 2.2拓展功能.4 三 设计总体思路 3.1抢答器的组成框图.5 3.2具体电路.7 （1）抢答电路7 （2）定时电路.8 （3）报警电路.9 （4）时序控制电路.10 （5）整机电路.11 四 元件选择.12 五 心得体会.13 附录：参考文献.14数字电子技术基础课程设计报告 4 一、设计目的 1、巩

3、固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所 学知识的能力。 2、培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资 料的自学能力。 3、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电 路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和 工程设计方法。 4、学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高学生动手 能力和进行数字电子电路实验的基本技能。 二、其技术要求 2.1 基本功能如下： 1 设计一个智力竞赛抢答器，可同时供 8 名选手或 8 个代表队 去参加比赛，他们的编号分别是 0、1、2、3、4、5、6、7，各用 一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号

4、相对应，分别是 S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。 2 给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编 号显示数码管灯灭）和抢答的开始。 3 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手 按动抢答按钮，编号立即锁存，并在 LED 数码管上显示出选手的编 号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他数字电子技术基础课程设计报告 5 选手抢答。优先抢答选手的编号一致保持到主持人将系统清零为止。 2.2 拓展功能如下： 1) 抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设 定（如 30s）。当节目主持人启动“开始”开关后，要求定时器 立即减计时，并

5、用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声 响持续时间 0.5s 左右。 2) 参赛选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显 示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系 统清零为止。 3) 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效， 系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显 示器上显示 00。 三、设计总体思路 3.1抢答器的组成框图定时抢答器的总体框图如图(1)所示，它由主体电路和扩展电路 两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选 手按动抢答键时，能显示选后的编号，同时能封锁输入电路，禁止 其他 选手抢答。扩展电路完成

6、定时抢答的功能、图(1)所示的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；当节目主持人宣布抢答题目数字电子技术基础课程设计报告 6 后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬 声器给出声响提示，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，并封锁输入电路，禁止选 手超时后抢答。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扬声器发出短暂声响，提醒

7、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。数字电子技术基础课程设计报告 7 图(1) 定时抢答器总体框图 3.2具体电路 抢答电路抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁 存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按 键操作无效。选用优先编码器 74LS148 和 RS 锁存器 74LS279 可 以完成上述功能，其电路组成如图(2)所示。其工

8、作原理是，当主持 人控制开关处于“清除”位置时，RS 触发器的 端为低电平，输出 R 端（4Q1Q）全部为低电平，于是 74LS48 的 =0，显示灯灭。 BI 74LS148 的选通输入端 =0,74LS148 处于工作状态，此时锁存电 ST 路不公作。当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁 存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入数字电子技术基础课程设计报告 8 端 的输入信号，当有选手将键按下时（如按下 S3）， 7 I 0 I 74LS148 的输出 =010， =0，经 RS 锁存器侯，CTR=1， 0 1 2 Y Y Y EX Y =1,74LS279

9、处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经 74LS48 译码后， BI 显示器显示出“5”。此外，CTR=1，使 74LS148 的 端为高电平， ST 74LS148 处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入。当按下的键 松开后，74LS148 的 为高电平，但由于 CTR 维持高电平不变， EX Y 所以 74LS148 仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接 受。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢 答者回答完问题后，由主持人操作控制开关 S，使抢答电路复位， 以便进行下一轮抢答。 图(2)抢答电路 定时电路 节目主持人根据抢答器的难易程度，设定一次抢答的时间，通过

10、预数字电子技术基础课程设计报告 9 置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器 74LS192 进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。具体电 路如图(3)所示， 图(3) 可预置时间的定时电路 报警电路由 555 定时器和三极管构成的报警电路如图(4)所示。其中 555 构 成多谐振荡器震荡频率数字电子技术基础课程设计报告 10 C R R C R R f ) 2 ( 43 . 1 2 ln ) 2 ( 1 0 2 1 2 1 其输出信号经三极管推动扬声器。PR 为控制信号，当 PR 为高 电平时，多谐振荡器工作。反之，电路停振。 图(4)报警电路 时序控制电路时序控制电路时

11、抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能： 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路 和定时电路进入正常抢答工作状态。 当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停 止工作。 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路 和定时电路停止工作。根据上面的功能要求以及图(2)和图(3)，设计的时序控制电路如图数字电子技术基础课程设计报告 11 (5)所示。图中，门 G1 的作用是控制时钟信号 CP 的放行与禁止， 门 G2 的作用是控制 74LS148 的输入使能端 。图(5)A 的工作原 ST 理是，主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自 于图

12、(2)中的 74LS279 的输出 CTR=0，经 G2 反相，A=1，则从 555 输出端来的时钟信号 CP 能够加到 74LS192 的 时钟输入端， D CP 定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，来自于图(3)中 74LS192 的借位输出端 =1，门 G2 的输出 =0，使 74LS148 2 BO ST 处于正常工作状态，从而实现第一个功能的要求。当选手在定时时 间内按动抢答键时，CTR=1，经 G3 反相，A=0，封锁 CP 信号， 定时器处于保持工作状态；同时，门 G2 的输出 =1,74LS148 处 ST 于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门 G1 处于关门状

13、态， 封锁 CP 信号，使定时电路保持 00 状态不变，从而实现第三个功能 的要求。74LS121 用于控制报警电路及发声的时间。 A 抢答与定时电路的时序控制电路 B 报警电路的时序控制电路 图(5) 时序控制电路数字电子技术基础课程设计报告 12 整机电路定时抢答器的主体逻辑电路如图(6)所示。 图(6) 定时抢答器的主体逻辑电路 四、元件选择 序号 元件名称 型号 数量 1 六门反相器 SN74HC04N 1 2 双 4输入与门 HD74LS21P 1 3 4线七段译码器 HD74LS48P 3 4 8线3线优先编码器 SN74HC148N 1 5 十进制计数器 CD74HC192E 2

14、 6 RS 触发器 SN74LS279AN 1 7 555定时器 NE555P 2 8 单稳态触发器 DM74121N 1 9 陶瓷电容 0.1F 2 10 电解电容 10F 1 11 电解电容 100F 1 12 电阻 1K 1数字电子技术基础课程设计报告 13 13 电阻 15K 2 14 电阻 68K 2 15 电阻 510 4 五、心得体会 数电的课程结束后，接下来的是课程设计，刚开始时，对项目 的选取举棋不定。因为刚刚接触数电时，学的是逻辑、学的是芯片， 74、74、74听到最多的，但很陌生，所以很纠结项目的选定， 经小组讨论决定，选最接近娱乐生活用的八路抢答器。选定项目后， 就开始去摸索所学的74系列各芯片的相关设置与功能。在前几次课 程实验后，对相关芯片有所了解，所以就可以很快得开展电路设计、 仿真、调试整整用了两天。由于对电路有所把握，所以在实验 室搭建电路验收很顺利。这次实践的机会让我们认识到实践是检验 真理的唯一标准，在实际中遇到突发的情况也能随机应变，即时想 出对策，而且能运用周围的现有的材料改变本来的电路，但不改变 原理。虽然整个过程艰苦，但这次的动手机会让我获益良多，从实 践能力和意志品质方面都有了进一步的提高。 确实，学电子类的靠技术吃饭，要多动脑，多动手实践才能真 正去把握，仅仅学理论是行