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1、课程设计专用封面设计题目： 四路数字抢答器课程设计 所修课程名称： 电子技术基础（数字部分） 修课程时间：完成设计日期：评阅成绩评阅意见：评阅教师签名： 年 月 日_ _学院_ _专业 姓名_ _ 学号_（密）（封）（线）一、设计题目：一、设计题目：四人智力抢答器四人智力抢答器二、设计要求：二、设计要求：(1)4 名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为 1，2，3，4。(2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零和抢答的开始。(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，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，
2、同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答，同时计数器显示此时的时间。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。(4)抢答器具有定时（秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响。参赛选手在设定时间（秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。(5)如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警，并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示 0。(6)用定时器产生频率为Hz
3、的脉冲信号，作为定时计数器的 CP 信号。三、题目分析：三、题目分析： 本设计是一个数字电路设计课题，针对我们所有学的数字电路知识,为满足四组参赛队参赛的声光显示智力抢答器，我们采用双触发器实现抢答电路，采用三十进制计数器实现计时电路、并由 555 时基电路组成。此课题的设计工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，显示器清零，定时器显示设定时间；主持人触发“开始”按扭后，计时器开始倒计时，抢答器处于工作状态。有选手抢答时，本次抢答完成；通过对抢答信号的优先判断，然后将编号锁存、显示。当一轮抢答完之后，如果再次抢答必须由主持人再次操作“复位”开关和“开始”键。四
4、、方案设计与论证：四、方案设计与论证：1.1.方案选择：方案选择：方案一：抢答电路采用双触发器和基本门电路设计与制作编码回路，然后通过4511 译码器对其进行译码显示；秒脉冲信号采用定时器产生振荡脉冲而得；秒倒计时选用三十进制同步加减计数器 74192 实现。方案二：抢答电路采用优先编码器实现优先抢答功能，然后经4511 译码器译码显示；秒脉冲信号由 555 时基电路振荡产生；秒倒计时器选用三十进制同步加减计数器 74192 实现。2.2.方案比较：方案比较：两种方案的设计原理相同。方案二锁存电路采用 74LS优先编码器实现，设计原理简单，但是调试复杂，受芯片质量和外界干扰较大，方案一锁存电路
5、由触发器和基本门电路控制输入的脉冲而实现，设计原理简单，但是锁存控制方面较复杂。介于本实验提供的芯片选择方案一。3.方案论证方案论证:图 1 为数字抢答器系统的原理框图，它包括抢答电路、计时电路、报警电路和控制电路四个模块。抢答编码电路采用双触发器进行触发到基本门电路（与非门）进行编码，同时将编码发送到译码器译码显示抢答者编号；其次将输入译码器的信号经过处理去控制输入触发器的从而禁止其他选手进行无效操作，选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号优先编码输出，一直保持到主持人将系统清除为止。倒计时电路采用三十进制同步加减计数器 74LS192，将其工作于减计数器。秒脉冲和报警电路采用 555 组
6、成的多谐振荡器振荡电路产生。控制电路采用基本的门电路组合而成。图 1 抢答 按钮基本门电路译码器译码 显示控制电路控制 开关报警 电路倒计时计数器脉冲 信号译码器译码 显示系统原理图五、五、具体实现具体实现1.1.抢答电路设计抢答电路设计 如表 1 所示为 74HC74 的逻辑功能表 表 1 74HC74 逻辑功能表输入输出SDRDCPDQQLHXXHLHLXXLHLLXXHH HHLLH HHHHL根据以上的逻辑功能表，可以看出，只有当SD、RD两个端子为高电平的时候 74HC74 才有效。当SD、RD有一个为高电平，一个为低电平的时候，它的输出端就有一个为高电平，一个为低电平，在这个设计中
7、，由于所取的是Q端，故考虑将RD端接一个控制开关(主持人)，当主持人按下这个开关的时候，就达到了清零的效果。下图 2 所示为本设计中的抢答 器的主体电路。 在下图的电路中，四个抢答端从 S1S4，分别对应四个抢答选手的 14 号。另外，S0 按 钮为主持人按钮，当该抢答器上电开始工作时，主持人需要先按下 S0 按钮来清零，当有选 手按下了抢答按钮时，与之相对应的 LED 灯亮，并且蜂鸣器响。并且在数码管上面会显示 出先按下抢答按钮的选手的编号。当抢完毕后，需要重新开始新一轮的抢答时，则主持人 再按一下，S0 按钮就可以了。由于在该抢答器中只需要数码管显示从 04（其中 0 的状态 为没有选手按
8、下抢答按钮，或者是主持人清零） ，而 CD4511 则能从 09 进行译码，故它的D 端就直接接地，而 C，B，A 这三端的驱动方程分别为4Q、32QQ、31QQ。同时，为了保 护数码管，从 CD4511 引出来与数码管相连接的线上必须接上 510的电阻。A BC D E F GCAH4511BT_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT374LS00N74LS00N74LS00N74HC74N_4V1D21Q51Q61CLR11CLK31PR474HC74N_4V1D21Q51Q61CLR11CLK31PR474HC74N_4V1D2
9、1Q51Q61CLR11CLK31PR474HC74N_4V1D21Q51Q61CLR11CLK31PR474LS00N74LS00N303174LS20N74LS20N48193334451k1k1k1k46Key = 42932510 1234567205152535455564950Key = 2Key = 1Key = 359LED21516171847U2SONALERT 200 Hz 210图 2 抢答电路图2.2.秒脉冲电路设计秒脉冲电路设计图 3 为 555 定时器产生的 1Hz脉冲信号。由 555 构成多谐振荡器，振荡频率fo143，（RI2R2）C=1Hz 在设计中我们选择
10、 R1=15K,R2=68K,C1=10 uF，C2=0.01uF 从而实现产生周期为 1s 的脉冲图 3 秒脉冲电路图3.3.倒计时电路设计倒计时电路设计图 4 为倒计时部分模块电路图。计时器选用三十进制同步加减计数器 74LS192 进行设计，采用减计数器工作方式，初始值设置为 30 秒对应的个位 74LS192 置数输入二进制为 Q3Q2Q1Q0=0000，十位 74LS192 置数输入二进制为 Q3Q2Q1Q0=0011。 其中个位 74LS192的减计数端 CPD 接秒脉冲，非同步借位段 BO 接十位 74LS192 的减计数端 CPD，而十位74LS192 的借位输出端与与非门控制
11、秒脉冲的输入，两 74LS 192 的清零端接低电平而两加法计数端接高电平。74LS192 的输出通过 CC4511 译码器译码再由数码管显示，达到显示倒计时目的。图 4 倒计时电路图A BC D EF GCAH4511BT_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT3A BC D EF GCAH4511BT_5VDA7DB1DC2DD6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14EL5BI4LT374LS00N5VA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR1474HC192
12、5VA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4LOAD11BO13CO12CLR1435 36 37 3839 40 41 4243584410 11 12 1314222324510 2627285761646869510 707189724.4.报警电路设计报警电路设计由发光二极管和扬声器构成的报警电路如下图 5 所示。有选手抢答后，有一高电平流入发光二极管，二极管发光，同时扬声器发出响声；如果三十秒倒计时结束仍无选手抢答，扬声器将发出警报提示。图 5 报警电路图5.5.控制电路设计控制电路设计锁存控制电路：对输入 CC4511 的信号各接一个与非门再与输入 74HC74
13、 的秒脉冲共接一个四输入与非门以此来控制 CP 从而锁存优先抢答的选手的信号，阻止其他选手抢答。时间与报警控制电路：时间与报警控制电路采用基本门电路组合而成，此电路形式简单，调试方便；当主持人按清零按钮时计数器处于置数状态，当主持人按开始按钮时计数器进入倒计时状态。如果期间有人抢答，抢答信号经过锁存控制电路再各加一与非门后与秒脉冲共进入一个四输入与非门来控制计数器，让计数器停止工作。与此同时抢答信号经过处理变为一个高电平让报警电路工作。如果计数器倒计时结束图 6 控制电路图六、系统调试六、系统调试首先检查电路连接的正确性，连线是否都一一对应，有无出现漏接、多接等情况；然后检查电路焊接是否正常，
14、要求不出现虚焊、短路等情况；电路检查正常后进行如下调试：1.1.抢答电路调试抢答电路调试接通电源，断开与控制电路、倒计时电路的连接 “复位”控制开关复位后打到工作状态；按下抢答按扭，看译码显示是否对应。可能出现问题以及对策：1、按下抢答键后译码显示部分无任何反应。可能是因为 CC4511 处于锁存状态，检查 CC4511 的 LE 端是否因为短路而接着高电平，看数码管是否能够正常显示；也可能是因为抢答按键无效，故应检查按下键后对应的指示灯是否亮。2、译码显示部分出现显示乱码或者显示不完全，可能是因为数码管连线时出现虚焊、短路现象或是数码管因为焊接时温度过高而损坏。3、抢答键触发无效，可能是因为
15、按键损坏，使用万用表进行检查2.2.倒计时电路调试倒计时电路调试首先，调试由 555 组成的秒脉冲产生电路，调节 R1、R2 阻值，使秒脉冲电路产生 1S周期的矩形波；然后将此脉冲直接加到 74LS192 减计数脉冲输入端，看它能否实现从 30到 0 的连续减计数。可能出现的问题及解决办法：1、译码显示部分出现显示乱码或者显示不完全，可能是因为数码管连线时出现虚焊、短路现象或是数码管因为焊接时温度过高而损坏2、计数器不能有效计数，可能是因为 74LS192 清零端（CR）为高电平，置数使能端为低电平。3、译码显示出现明显的跳跃计数情况，可能是因为 555 多谐振荡器振荡产生的秒脉冲信号纹波较大，造成波形不规则。3.报警电路调试报警电路调试接通电源，给报警电路输入一个高电平，看二极管是否正常发光，同时听扬声器有无发出响声。如果二极管不发光则二极管坏了，扬声器不响则有可能在焊接时把它损坏了。4.整机调试整机调试各模块电路调试功能正常后，通过控制电路将各模块连接在一起。首先，先连接抢答电路和倒计时电路，实现以下功能：a、有选手抢答时禁止其他选手抢答，并且倒计时能够停止在所抢答时刻上；b、时间到时禁止选手进行抢答。其次，将报警电路接入，实现以下功能：a、主持人按下“开始”键时蜜蜂鸣器发出声音以此提醒选手抢答；b、有选手抢答时蜜
