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1、沈阳航空航天大学课 程 设 计说明书智能抢答器的设计班级 / 学号 学 生 姓 名 指 导 教 师 沈阳航空航天大学课 程 设 计 任 务 书课 程 名 称 电子技术综合课程设计 课 程 设 计 题 目 智能抢答器的设计 课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标 用数字电路设计一个具有锁存与显示功能的8人抢答逻辑电路接通电源后，主持人将开关拨到“去除状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置于“开始状态，宣布“开始抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时
2、器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“去除和“开始状态开关。二、设计要求1在选择器件时，应考虑本钱。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3画出电路原理图元器件标准化，电路图标准化。三、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。2进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1. 童诗白，华成英主编模拟电子技术根底M北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰写课程设计报告成绩 指导教师 日期 一、概述进入21世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中，例如企业、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设
3、备。过去在举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。人们于是开始寻求一种能不依人的主观意愿来判断的设备来标准比赛。因此，为了克服这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答器，从最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号的抢答器，再到现在的数显抢答器，其功能在一天的趋于完善不但可以用来倒计时抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确地仪器使得我们的竞赛变得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原那么。今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了消
4、耗很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，防止不合理的现象发生。但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求是酒无法实现，例如参赛人数的增加。随着数字电路的开展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样话，是一种高效能的产品。而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行设计，本次设计主要利用常见的74LS系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分功能模块进行各个局部的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。二、方案设计 译码显示锁存器译码电路控制电路优先编码电路控制开关抢答按
5、钮报警电路脉冲信号发生电路定时电路译码电路显示电路图1 智能抢答器电路的原理框图如下图电路包括主体电路和扩展电路两局部。其中主体电路完成根本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，中选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。扩展电路完成定时抢答的功能以及报警功能。图1所示电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“去除处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间30s，当主持人将控制开关置于 “开始时，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。中选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能： 1优先编码电路判断抢答者的编号，并由
6、锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号； 2控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答； 3控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，中选手将问题答复完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统恢复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。当定时时间到，却没有选手抢答是，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。三、电路设计1.抢答电路此局部电路主要完成的功能是实现8路选手抢答并进行锁存，同时有相应发光二极管点亮和数码显示。使用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS373来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先
7、抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号显示电路采用七段数字数码显示管；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S 置于去除端时，RS 触发器的 R、S 端均为0，4 个触发器输出置0，使74LS148 的优先编码工作标志端 0，使之处于工作状态。当开关S 置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时如按下S5，74LS148 的输出经RS 锁存后，CTR=1,RBO =1, 七段显示电路74LS48 处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5。此外，CTR 1，使74LS148 优先编码工作标志端，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74
8、LS148 的 此时由于仍为CTR1，使优先编码工作标志端1，5 所以74LS148 仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。通过74LS48译码器使抢答组别数字显示0-7。如有再次抢答需由主持人将S 开关重新置“去除然后再进行下一轮抢答。原理图如下：图2 抢答模块原理图表1 74LS148真值表输 入输 出1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX011111000
9、10XX011111101010X01111111100100111111111101 74LS148的输入端和输出端低电平有效。是输入信号，为三位二进制编码输出信号，1时，编码器禁止编码，当0时，允许编码。是技能输出端，只有在0，而均无编码输入信号时为0。为优先编码输出端，在0而的其中之一有信号时，0。各输入端的优先顺序为：级别最高，级别最低。如果0有信号，那么其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按编码，000。优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是给优先级别高的设备先编码2.译码显示电路图3 译码显示电路二进制译码器是将输入的二进制代码的各种
10、状态按特定含义翻译成对应输出信号的电路。也称为变量译码器。假设输入端有n位，代码组合就有2n个，当然可译出2n个输出信号。显示译码器由译码输出和显示器配合使用，最常用的是BCD七段译码器。其输出是驱动七段字形的七个信号，常见产品型号有74LS48、74LS47等。字符显示器：分段式显示是将字符由分布在同一平面上的假设干段发光笔划组成。电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段式数字。而LED数码显示器是最常见的。通常有红、绿、黄等颜色。LED的死区电压较高，工作电压大约1.53V，驱动电流为几十毫安。74LS47译码驱动器输出是低电平有效，所以配接的数码管须采用共阳极接法；而74LS48译码驱
11、动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管须采用共阴极接法。数码管常用型号有BS201、BS202等。使用时，公阴极接地，7个阳极ag由相应的BCD七段译码器来驱动。3. 倒计时电路图4 倒计时模块原理图LED数码管接收来自74LS192的输出信号并显示出来。74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为30秒。555芯片完成产生秒脉冲的功能。工作过程为：抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时
12、，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。当记到了30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00。4. 脉冲电路 图5 555计时器电路图其中555构成多谐振荡器，振荡频率为：f0=1/(R1+2R2)*C*ln2=1.43/(R1+2R2)*C四、 性能的测试1. 脉冲电路的测试 如图表所示，该脉冲信号输出波形为周期T=1s，频率f=1Hz的脉冲表1 脉冲电路测试数据表R1值(k)R2值(k)C值(F)
13、频率Hz周期(s)40401011图6 脉冲电路周期2抢答电路测试图7 抢答电路测试 经测试，中选手1在规定时间内率先抢答时，LED数码管显示1.3. 电路整体性能测试图8 整体电路测试 对电路的整体测试结果完全符合实验最初设计要求，电路设计连接成功。五、 结论接通电源，开关打到预置端，倒计时数码管显示30。主持人拨动开关后，倒计时电路开始从30秒倒数，8路触点开关处于待命状态。假设有选手按下所在开关抢答，抢答电路显示选手所在编码07，倒计时电路停止计时。同时其他选手所在的开关被锁定，抢答无效。如果30秒倒计时结束后仍无人抢答，LED灯熄灭，倒计时电路锁定为00，抢答不再有效。这时只需主持人重新将开关打到预置段，整个电路全部回到初态。准备进行下一轮抢答。六、 性价比 本实验设计电路结构简单明了，元器件价格低廉，易获取，且运行可靠。本实验可实现性较高，性价比拟高。七、 课设体会及合理化建议刚开始觉得这次课程设计的电路是比拟复杂的。初期还是感到无从下手。这是我再一次接触multisim软件，熟练以后十分顺手。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，在多种方案的选
