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1、-课程设计报告设计题目：数字抢答器设计班级：计算机1306班*： 20133972姓名：指导教师：杨华设计时间：2015年7月摘要在智力竞赛中，为了公正准确的显示出第一抢答者，抢答器的存在是必不可少的。智力竞赛抢答器是一种非常实用的电子电路，根据使用者要求的不同和难易程度，可以设计出多种电路。简易八路数字抢答器主要包括抢答、编码、优先锁存、显示数字及复位等电路。可同时进行八路优先抢答。本文的主要内容包括数字抢答器的设计思路、组成电路以及运用Multisim 7软件进行仿真。此次设计的具有八个选手的数字抢答器电路一共有九个开关，主持人和八位选手各有一个开关，当主持人的开关打开并开始计时后，选手开
2、始抢答，该数字抢答器电路可以通过对应的灯光来显示抢答选手的代表号数，还可以在第一位选手抢答成功时阻止其他选手抢答。同时还设有报警系统，若有人抢答或超过预定时间蜂鸣器便会报警。关键词：抢答器，设计电路，仿真，报警电路目录摘要II第1章 概述4 第2章课程设计任务及要求42.1 设计任务42.2 设计要求5第3章系统设计5 3.1方案论证53.2 系统设计63.2.1 结构框架及说明6系统原理图及工作原理73.3 单元电路设计7单元电路工作原理7元件参数选择11第4章软件仿真12 4.1 仿真电路图124.2 仿真过程134.3仿真结果16第5章安装调试175.1安装调试过程175.2故障分析19
3、第6章结论20第7章使用仪器设备清单21参考文献21收获、体会和建议21第一章 概述抢答器是为竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，竞赛者可以分为若干组，抢答时各组对主持人提出的问题要在最短的时间内做出判断，并按下抢答按键回答问题。当第一个人按下按键后，则在显示器上显示该组的，同时电路将其他各组按键封锁，使其不起作用。回答完问题后，由主持人将所有按键恢复，重新开始下一轮抢答。抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如,30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。参赛选手在设定的时间内进行抢答，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的时间，并
4、保持到主持人将系统清除为止。如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效。本实验通过八路数字抢答器的设计实验，要求学生回去所学数字电子技术的基础理论和基础实验，掌握组合电路、时序电路和任意集成电路的综合使用及设计方法，熟悉掌握优先编码器、译码器、触发器、计数器、555定时器的应用方法和时序电路的设计方法。第二章课程设计任务及要求 2.1设计任务1.基本设计任务：（1） 设计一个具有八个选手（序号从1到8）的抢答电路，序号和选手一一对应。（2） 抢答器要求具有显示选手的序号，同时禁止其他选手抢答的锁存功能。（3） 设计主持人控制系统的开始与结束电路。当主持人发出抢答命令，并同时按下启动定时开关后，八
5、个选手通过各自的按键开关发出抢答信号。（4） 报警电路：对犯规选手（包括提前抢答和超时抢答），设计有显示抢答犯规选手序号的功能。2.扩展设计任务：（1）每个选手按键抢答问题的同时，配有声音提示。（2）当选手开始答题的时候，系统开始倒计时30s有数字显示。计时结束时，有声音提示。（3）自主设计部分（实物仿真均可）。2.2 设计要求自拟小型数字系统题目，并完成原理图设计、模拟仿真，按要求完成设计报告。1.理论设计部分独立完成系统的原理设计。说明系统实现的功能，应达到技术指标，进行方案论证，确定设计方案。画出电路图，说明各部分电路的工作原理，初步选定所使用的各种器件的主要参数及型号，列出元器件明细表
6、。系统中包含的中、小规模集成电路的种类至少在六种以上。2.模拟仿真根据理论设计用multisim 7在计算机上进行仿真。验证所设计方案的正确性。分析电路的工作原理，写出仿真报告。第3章系统设计3.1方案论证3.1.1 主要的设计内容设计一个八位数字抢答器并带有倒计时功能和提示报警功能。3.1.2 设计步骤1.设计各部分电路图；2.使用仿真软件Multisim 11进行仿真；3.使用电子技术综合实验箱进行实物调试。3.1.3 设备条件仿真软件Multisim 11，电子技术综合实验仪，导线若干，万用数字表3.1.4 应达到要求1.八位选手能够抢答并显示对应需要，抢答完成后能锁存抢答状况；2.主持
7、人能够控制抢答的开始与结束；3.控制电路具有抢答倒计时和答题倒计时功能；4.具有各种情况提示或报警电路。3.2 系统设计结构框图及说明显示电路优先编码器译码器锁存器抢答开关显示电路显示电路控制电路显示电路图1数字抢答系统框图系统原理图及工作原理图2 抢答器原理图定时抢答器的工作原理为：（1）抢答器系统接通电源时，主持人将开关置于清除位置，抢答器处于禁止工作状态，序号显示器灭灯，定时器显示设定时间。（2）当主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到开始位置，扬声器声音提示，抢答器处于工作状态，定时器开始倒计时。（3）在规定时间内若有选手抢答，该选手按下开关后，电路立即封锁，防止
8、其他选手抢答，同时显示器显示该选手的序号。（4）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。3.3 单元电路设计单元电路工作原理(1)抢答器电路的设计图3 抢答器部分的电路图抢答器的功能有两个：1、能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答选手的编号并显示；2、有禁止其他选手抢答的锁存功能，可用优先编码器74LS148和锁存器74LS373完成上述功能。3、设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。在这里首先通过管脚分配把开关S分配到相应一个拨动开关。该开关联系到一个相应的线路，这个线路通过与非门连接其他信号，从而达到复位的功能。抢答开始后选手将开关掷
9、向低电平表示进行抢答，抢答之后手动调至高电平；之后是一个锁存器74ls373，当主持人发出抢答信号后，锁存器处于打开状态，当*选手抢答成功后，锁存器处于锁存状态，其他选手再抢答无效；再后来是一个优先编码器，对抢答成功和提前抢答或是超时抢答的选手序号进行编码；再后面是两个译码器74ls47和两个数码管组成显示电路分别对正常抢答和违规抢答的选手进行显示。该电路中的一些逻辑门是用来配合实现以上功能的。图474LS148的真值表（2）控制电路的设计下图为控制电路电路图图5-1 主持人复位开关图5-2 控制电路电路图控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下功能：1、主持人将控制开关拨到“启动”位置时，扬
10、声器声音提示，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作时间为30s；2、当参赛选手按下抢答键时，扬声器声音提示，抢答电路和定时电路停止工作；3、当设计的抢答时间10s到，无人抢答时，扬声器声音提示，同时抢答电路和定时电路停止工作。图6定时电路电路图（3）报警电路的设计由555定时器和三级管构成的报警电路，其中，555构成多谐振荡器，其输出信号经三极管驱动扬声器。图7报警电路电路图元件参数选择元件参数555定时器LM555CM，555_VIRTUAL_Timer74LS0074LS00D74LS3274LS32D74LS14874LS148D74LS4774LS47D74LS19074LS190D74
11、LS11274LS112D电阻2.4K、100K电容10nF、0.001uF、0.1uF带颜色LED灯红橙黄绿蓝蜂鸣器BUZZER 200MHZ数码显示管DCD_HE*LED数字显示器与译码器共阳极LED数字显示器与译码器直流电源5V第4章软件仿真 4.1 仿真电路图4.2 仿真过程任意按下选手抢答开关，显示器正常显示选手序号，例如按下第六个开关显示如图所示：图8 抢答电路仿真-显示当主持人开关打开时，若5号选手抢答如下图所示图8 该图为规定时间内五号选手抢答，亮绿灯。若主持人的复位开关没打开，则不会显示选手的号数。如下图所示。图9 主持人开关没打开时的电路开始运行后，倒计时显示器正确显示10
12、秒抢答倒计时，如下图所示：图10 抢答倒计时显示超时抢答，报警系统工作图11该图为超时抢答亮红灯，并且报警声响起若主持人开关为开启，抢答未开始时抢答，报警系统工作，亮红灯。图12该图为抢答为开始时抢答亮红灯，并且报警声响起4.3仿真结果打开仿真软件，进行主持人抢答复位开关的复位实现，然后打开抢答开关，发出抢答信号，开始10s倒计时，选手可以进行抢答，若有*选手抢答成功则计时停止，显示抢答选手序号，其他选手再抢答无效，若倒计时至0后，仍无选手进行抢答，计时也停止，任何选手在发出强抢答信号视为超时抢答，显示违规抢答选手序号，如果在支持人发出抢答信号之前有选手抢答，则视为提前抢答，同样为违规抢答，显
13、示器选手序号并伴有违规提示音。抢答结束后，若有选手抢答成功，则进入答题环节，主持人打开答题开关，开始进行30s倒计时，期间有时间显示，当答题时间记为0是停止计时，发出警报声，答题结束。图13 30s倒计时图图14选手开始答题第5章安装调试5.1安装调试过程安装时首先设置八个选手的按键开关和一个主持人的按键开关，分别为k1到k10，向上为高电平即为开始或抢答。然后依据实验电路图依次连接。首先要连接的必然是抢答电路，因为这是整个实验的基础部分，其他部分也是在此之上进行完善拓展的。抢答电路，有八个选手分别接在k1，k2，k3，k4，k5，k6，k7，k8的8个高低平开关上。抢答选手通过74LS373进行锁存，禁止其他选手再抢答，同时信号传到74LS148优先编码寄存器，最后通过译码器传到数码管上显示抢答选手编号。安装顺序为先8个开关接在74LS373的1D，2D，3D，4D，5D，6D，7D，8D然后1Q,2Q,3Q,4Q,5Q,6Q,7Q,8Q接在74LS148的I1，I2，I3，I4，I5，I6，I7，I8上，Y2非，Y1非，Y0非对应接在译码器的DCBA上同时显示在数码管上。对应接上电源及地，使其工作。然后连接拓展电路。利用555定时器和电阻电容组成周期为1秒的多谐振荡电路实现定时功能，利用7
