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1、数字电子技术基础数字电子技术基础课程设计课程设计设计题目十设计题目十 智力竞赛抢答器智力竞赛抢答器专专 业：业： 自自 动动 化化班班 级：级： 080301姓姓 名：名： 李李 志志 辉辉 20080177 10孙孙 鹏鹏 20080187 20张张 丽丽 业业 20080199 30指导教师：蒲春华指导教师：蒲春华2010 年年 7 月月 3 日日2010 年年 7 月月 9 日日抢答器是竞赛问答中的一种常用的必备装置，从原理上讲，它也是一种典型的数字电路，包括了组合逻辑电路和时序逻辑电路。一、设计目的一、设计目的1. 掌握抢答器的设计方法。2. 熟悉锁存器的应用。3. 了解学习触摸开关和
2、发声元件。二、设计指标二、设计指标(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。(3) 抢答者和主持人的按钮开关采用触摸按钮，蜂鸣器用压电陶瓷蜂鸣器作发声元件。三、设计提示及参考电路三、设计提示及参考电路1抢答器的基本工作原理智力竞赛抢答器是用来判断哪一个预定状态首先发生的电路，图 10-1 所示是抢答器的原理框图，主要由开关阵列电路、触发锁存电路、显示电路几部分构成。开关阵列电路触发锁存电路显示电路图图 10-1 抢答器组成框图抢答器组成框图开关阵列电路是由多路开关组成，竞赛者与开关相对应。触发锁
3、存电路是当某一开关首先按下时，触发锁存电路被触发，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱。显示电路即按钮开关按下时对应的指示灯亮。图 10-2 是用 CMOS 四 D 锁存器和门电路组成的四组抢答器。枪答开始前，抢答者的四个按钮 S0S3 路均末按下，锁存器 CC4042 的输入端 D0D3 都为0，主持人通过复位按钮 S0 使时钟端 CL 为 l，因此锁存器清零，四个发光二极管均不亮：同时 G1 门输出为 0，蜂鸣器不发声。图图 10-2 四路抢答器原理图四路抢答器原理图当有人抢答时，例如按钮 S1 被按下，锁存器的 D1 输入端为 1，对应的输出端 Ql 由
4、0 变为 1，经 CC4049 反相后驱动对应的发光二极管发光；同时 Q1由 1 变为 0，使 G1 门输出为 1，蜂鸣器因此而发声，表示 S1 对应的选手优先抢答成功。G1 门输出的高电平经过 G2 门后使 CC4042 的时钟端 CL 由 1 变0（此时主持人的按钮 S4 已经断开） ，从而使其由接收状态转为锁存状态，禁止后抢答者的信号存入锁存器，因此即使其他选手再按下所对应的按钮也不起作用。2.触摸按钮图 10-3 是两种自制的触摸按钮的原理图。触摸开关是两块距离约为 1mm彼此绝缘的小导体（如铜片） ，也可用两根距离约为 1mm 的裸导线组成。图（a）示所示电路，原始状态时非门 G 输
5、出为高电平，当有人用手指触及两个铜片时，相当于两块铜片间串接一个等效电阻，使非门输出变为低电平；图（b）所示电路，原始状态时非门 G 输出为低电平，当人用手指触及两块铜片时，非门输出变为高电平。10-3 触摸按钮触摸按钮（a）原始状态高电平；）原始状态高电平；(b)原始状态低电平原始状态低电平3.单音频音响电路图 10-4 是用压电陶瓷蜂鸣器作发声元件的单音频音响电路。压电陶瓷蜂鸣器再适当信号驱动下能够发声，两个 CMOS 门电路与 R1、R2 和 C 组成振荡器，当控制端电压 uA为高电平时，振荡器产生振荡，输出的高频信号驱动蜂鸣器发声；uA为低电平时，振荡器停振，蜂鸣器不发声。10-4 单
6、音频音响电路单音频音响电路四、课程设计器件四、课程设计器件CC4042、74LS04、74LS20 、触摸按钮、发声元件、发光二极管及导线等。五、课程设计实物图五、课程设计实物图六、智力抢答器的应用六、智力抢答器的应用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
7、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。抢答器在各种知识、智力竞赛中有很大的用处，他能准确、公正、直观地判断出第一抢答者，并通过抢答器的指示灯显示和警示蜂鸣等手段指示出第一抢答者。如今在很多的综艺节目中，更多的采用大屏幕显示抢答者，渲染出更加激烈的比赛气氛，而且配合演播厅的整体效果，就要求抢答器也能提供多种接口，并抛弃传统的长长的蜘蛛网似的开关引线。现在广泛应用一种基于 EDA技术的实用无线抢答器系统的设计方案，他采用超大规模逻辑器件 CP
8、LD 来处理抢答器的逻辑，通过上位微机来完成声音和动画等效果。该系统的优点在于:反应快、安装简单、覆盖范围广、可扩展性强、使用效果更美观等。七、设计总结七、设计总结数电课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在短短的一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次数电课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是
9、远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做数电课程设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 这次数电课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在蒲老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在王老师的身上我学得到很多实用的知识。总体来说,这次实习我受益匪浅.在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力.在让我体会到了设计的艰辛的同时
10、,更让我体会到成功的喜悦和快乐. 这次数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高：1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。另外，我们还更加充分的认识到，数字电路这门课程在科学发展中的至关重要性 2，查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。3，相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，比如电路设计中的分频器的设计，开始并不理解分频器的原理，但是和其他的专业同学讨论后，理解了分频器的基本原理后，很快的设计了电路原理图。
