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1、数字电路逻辑设计课程设计报告系 别： 物理系 专 业： 电子信息工程 指导教师： 薛艳辉 班 级： 1402 姓 名： 李海燕 吕 梁 学 院2016.6课程设计任务书院（系）： 物理系 专业 ：电子信息工程学 号20140506213学生姓名李海燕班级1402课程设计（论文）题目竞赛抢答器设计课程设计（论文）任务设计目标：设计并仿真实现一个竞赛抢答器基本要求： 1、抢答器可供四组使用，抢答指示用发光二极管2、记分部分独立，并且具有预置、递增、递减功能指导教师评语及成绩 成绩： 指导教师签字： 年 月 日摘要随着我国经济和文化事业的发展，在很多竞争场合要求有快速公正的竞争裁决，例如证券、股票交
2、易以及各种智力竞赛等。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。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，
3、以及它的实际用途。数字抢答器有主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛组的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始后，若有选手安东强大按钮，编号立即锁存，并数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出声音提示；同时封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 【关键词】智力抢答，数字抢答器，锁存器目录绪论基于数字电子技术的设计创新和产品创新看起来似乎永无止境，而且它们也的的确确在方方面面日益完善和丰富着我们每个人的日常生活和工作。随着科技的进步和社会的发展，现代
4、电子产品设计越来越注重产品的易使用型，人机界面一定要良好。声音、图象等作为人类交往的最重要手段，也被体现在电子产品设计中。采用一颗语音芯片，让产品开口说话，可以起到强化宣传品牌、指导用户使用、故障紧急提示、娱乐等功能，使产品设计新颖实用、先声夺人、出奇制胜。一、 抢答器的基本工作原理整个电路框图主要分为两部分，一个是计时部分，一个是抢答电路，其中抢答器电路由，编码器电路，RS触发电路，译码器电路，数码管显示电路组成，封锁电路由三个或门组成，其作用是只让先按下的有效，而后按下的无效，主持人按钮用来将电路复位，并将输出清零和编码电路解除封锁，译码电路用来译出编码，数码显示部分用来显示按下的选手号码
5、，555定时电路用来定答题的时间。 2.2 系统框图 当主持人宣布开始，定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时，并通过译码器在显示器中显示。报警电路给出声音提示。当选手首先按某一开关键时，可通过触发锁存电路被触发并锁存，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，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。然后在译码器中译码，将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状态。最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出。如图2.1抢答按钮触发器锁存电路译码电路主持人控制开关控制电
6、路报警电路秒脉冲产生电路定时电路译码电路显示电路显示电路 图2.1系统框图1、当主持人按下“开关”按钮后，选手可以通过按按钮的快慢来决定由谁来回答，按得快的选手的编号显示在电子显示管上。2、此后选手输入被锁住，如果主持人按下复位键则编号显示处不作任何显示。3、然后选手开始作答，作答的时间少于30秒，以倒数的方式进行，而且通过显示屏把时间显示出来。4、主持人按下开关，所有的显示及工作状态回到初始状态以便进行下一次答题。 2.3 方案比较方案1：采用CD4511芯片作为抢答信号的触发、锁存和译码输出。这样虽然比较简便，但实际在实现锁存功能时比较繁琐难实现。方案2：采用JK触发器和译码器来完成抢答部
7、分。虽然元件较多，但在实现锁存功能时可以简单的实现。经过对比两方案的优缺点，决定采用抢答信号锁存简单实现的方案2。然后利用软件proteus来进行仿真调试，再进行逐步改进。单元电路设计1、抢答器按键保持与封锁电路图2 按键保持与封锁电路该电路可以完成两个功能：一是能够分辨出选手按键的先后顺序，并且能够锁存优先抢答选手的号码，同时译码显示电路显示编号；二是后面的选手按键操作将无效。工作过程：开关J6开启时，则输入为高电位“1”，经过四个或非门后变成低电位“0”。则四个D触发器的异步复位端将触发器置“0”，抢答电路处于系统清零状态；当J6闭合时，抢答电路处于工作状态。当抢答开始，若J1先按键，则Q
8、1端输出高电位“1”通过或非门变成低电位“0”，将其他D触发器置0，则抢答信号输出为“1110”（J4J3J2J1），然后通过输出选手号码显示电路显示对应号码。2、选手号码显示电路图3选手号码显示电路 该电路由优先编码器74LS148N（1）四路抢答器原理见图-1图-1该电路由四个D触发器、与非门及脉冲触发电路等组成。其中S1，S2，S3、S4为抢答人按钮，S5为主持人复位。74LS175为四D触发器。无人抢答时，S1S4均未被按下，1D4D均为低电平，在555定时器电路产生时钟脉冲作用下，1Q立即变为高电平，对应指示灯X1发光，同时数码管显示为1，将555定时脉冲封锁，此时送给74ls175
9、的CLK端不再有脉冲信号，所以74LS175输出不再变化，其他抢答者再按下按钮也不起作用，从而实现了抢答。若要清除，则由主持人按S5按钮完成，并为下一次抢答做好准备。3.2 编码器电路的设计编码器采样74ls148作为编码芯片，将输入的信号进行编码，然后输出2二进制码，输出接到74279上，A0 ，A1 ，A2 均分别接到74279的S上，当输出均为高时表示无选手按下，为无效电平，RS触发器输出为低，即无编码输出。74ls148芯片及真值表如下：74LS48的引脚排列： 真值表如下：灯测试输入：LT 灭灯输入 ： RBI锁存使能输入：BI A、B、C、D 是输入端 a、b、c、d、e、f、g是
10、输出端（2）定时器实现秒脉冲发生器由555定时器和外接元件R1、R2、C构成多谐振荡器。F=1Hz定时器电路见图-2图-2计数器由两片74LS192同步十进制计数器构成利用错位输出端BO于下一级DOWN相连30循环设置为，十位片DCBA=0011 个位片DCBA=0000译码及显示电路有译码驱动器74LS48和7段数码管组成控制电路与非门U20A和U21A组成RS触发器，实现计数器复位、计数和保持30电路如图-3所示图-34、8421BCD码递减计数器电路（3）报警电路(4)零点锁存电路3.4 复位电路图3.3JK说 明000000输出状态不变110011000输出状态与J端状态相同10110
11、0011输出状态与J端状态相同11111101每输入一个时钟脉冲输出状态改变一次10 表3.2.JK触发器的功能表JK边沿触发器。将两个的输出端通过异或非门作为输入，送到JK触发器的时钟信号端CLK，因为如果计时器一旦输出“00”，异或非门的输出刚好为1，而触发器的CLK从0到1，接收到一次上升沿的时钟信号，因而JK触发器此时Q输出为1，再把Q送到两个芯片的MR端，此时芯片就不再处于计数状态，因而可以做出来到“00”停止计时的效果。 4.1 总电路原理图：图4.14.3 元件清单型号数量型号数量74190274ls266741911七段显示器474ls0454072274ls484J K触发器
12、174ls1481555定时器1开关1按键4表4.1 五、硬件电路的调试5.1 仿真软件简介 Proteus 是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于Windows操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232动态仿真、I2C调试器、SPI调试器、键盘和LCD系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/
13、52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如Keil C51 uVision2、MPLAB等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件，功能极其强大。 proteus是目前最好的模拟单片机外围器件的工具,真的很不错。可以仿真51系列、AVR,PIC等常用的MCU及其外围电路（如LCD,RAM,ROM,键盘,马达,LED,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件.） 其实proteus 与 multisim比较类似,只不过它可以仿真MCU！5.2仿真结果：六、结论与心得持续近三个星期的课程设计结束了，我们的设计虽然有一些小毛病，但总体上还是很成功的。三周的时间虽然很短暂，但从中获
