数字电子 课程设计报告.docx

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数字电子课程设计报告

华南师范大学增城学院

课程设计报告册

2010——2011学年度1学期

计算机系院/系软件工程专业2009年级1班级

课程名称：

数字电子

姓名：

学号：

课程题目：

四人智力竞赛抢答器

一、作品设计与实现

（1）需求分析

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。

（2）概要设计

本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途，这次设计的智力竞赛抢答器，主要是由三个部分构成：

一个是由几个D触发器的构成的用于抢答的部分，一个是由几个JK触发器和74LS4511构成用于倒计时，另外一部分则是由两个74190构成的一个可逆计数器，即计分器。

以下设计的是智力抢答器的方案流程图：

图2.1方案一流程图

抢答器主要是由四个三极管、和四个D触发器以及四个或非门构成，其中三极管是与主持人一起配合使用，用来控制是否开始抢答，当主持人将开关接地时，三极管截至，此时三极管可以当作一个二极管使用当有选手抢答时就通过三极管将信号传送给D触发器，D触发器在将信号传送给或非门并将其他选手锁存，同时将信号送给发光二极管与喇叭。

其工作原理是当主持人按下抢答开关时，选手能进行抢答。

当有选手抢

时，抢答信号就通过三极管传入D触发器，并且最先收到抢答信息的D触发器送出一个反馈信号将其余三位选手的信号封锁。

当选手回答完毕问题时，主持人启动计分器，并且给该选手加上或减去分数。

计分器通过译码器将信号传送给一数码管显示出来。

图2.2方案二流程图

方案二的抢答器则主要是由四个RS触发器，一个74LS48以及一个优先编码器74LS148构成，其中四个RS触发器的输出接74LS48，74LS48在接数码管，R端接5V电源其如图

图2.3RS触发器

S端接74LS48连接选手的输入信号，当主持人将开关接通时，RS触发器的R端为低电平，输出端也全部为低电，选手不能抢答。

当断开时，RS触发器处于工作状态中，当有选手抢答时，信号输入S端，并且锁定其他选手。

（3）详细设计

单元电路设计参数计算及元器件选择

1.显示电路

此电路是以BCD-7段译码器和LED数码显示管构成。

电路如下图：

2.编码电路

编码器的作用是把锁存器的输出转化成8421BCD码，送给7段显示译码器。

其真值表为：

可得逻辑函数如下：

编码电路

3.脉冲产生电路

该电路的作用是产生触发器所需的CP脉冲，由于电路对脉冲的精确度要求不是很高，所以采用555定时器构成的多谐振荡器，电路及波形如下图所示：

4.锁存器电路

该电路的作用是捕捉按键按下的阶跃信号并锁存。

电路如下图所示：

5.倒计时显示电路

该电路使用十进制计数器74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，在脉冲作用下开始倒计时并在显示器上显示，直到零时停止。

电路图如下所示：

遇“0”自停计数控制电路。

6.音响电路

总电路图

几点说明：

1.封锁锁存器时钟脉冲的条件：

当有人抢答即74LS175有输出；计数器计到零时。

2.音响电路发出声响的条件：

主持人按下开关宣布竞赛开始、有选手抢答和计数器计到“0”时。

3.实现该电路的方案有多种，如使用不同的门电路和触发器、使用PLD、使用MCU等均可实现。

系统接线图

二、课程设计总结

存在问题和改进措施：

1.不适用于大于4人的竞赛，如何扩展？

2.音响电路发出声响单一，如何改进？

3.抢答控制精度太低，如何提高？

4.抢答定时时间太短，如何延长？

5.若用于竞赛现场，还有那些问题需要考虑？

应注意的工程问题

1.元器件选择和购买：

要考虑功能、性能指标、价格。

例如译码器的选择主要考虑其输出电平与LED显示器的连接方式是否匹配；译码器输出端的最大输出电流，是否大于LED段的工作电流；哪里可以买到，价格是否最优等。

2.是否要求较低的显示功耗，若需要就必须考虑分时显示驱动方式；

3.如果要求音响的声音较大，也需要考虑增加功率驱动；如果对音质有要求，可以采用音乐IC或可读写的语音IC；

遇到的问题：

如何选择？

如何连接？

4.供电电压、功率和电源的电路形式要根据实际需要合理选择；若电源选择不当，往往会导致系统性能下降，甚至不能正常工作；

5.印刷电路板的设计要遵循布线规则；尽可能等所有元器件（特别是特殊元器件）全部到位后才开始布板；

6.IC插座、接插件尽量少用，系统设计模块化，尽量减少板件和板件之间的连接线数量，注意根据信号的类型正确选择合适的导线。

7.安装、焊接技术一定要熟练掌握，尽可能做到准确无误，不假焊、不虚焊；

8.正确选用滤波电路是电路稳定工作的重要条件。

9.调试时先单元后全局；单元电路调试时，往往需要根据系统的实际情况创造输入、输出测试条件，模仿全局环境，以获得尽可能接近工程实际的工作条件。

10.进行全局（或系统）调试时，注意整合各单元电路的资源，在不影响系统功能的前提下，尽可能简化电路结构；

11.正确选择和使用测量仪器，注意直流和交流、模拟和数字、高频和低频、正弦波和非正弦波的区别；注意仪器的准确度是否满足测量精度的要求；

能用集成电路的不用分立元器件，能用数字电路不用模拟电路，能用智能芯片不用通用芯片；在条件允许的情况下，尽可能使用现成的功能模块。

【参考文献】

[1]康光华电子技术基础数字部分高等教育出版社2003年3月

[2]康光华电子技术基础模拟部分高等教育出版社2003年4月

[3]刘建成电子线路试验教程北京气象出版社2004年1月

[4]蔡杏山零起步轻松学数字电路人民邮电出版社2006年6月

[5]王彩君/杨睿数字电路实验国防工业出版社2006年7月

[6]王建新/姜萍电子线路实践教程科学出版社2003年9月

[7]顾德仁/万栋义脉冲与数字电路高等教育出版社1985年7月

[8]刘建成电子线路试验教程北京气象出版社2004年1月

[9]韩克电子技能与EDA技术广州暨南大学出版社2004年4月

[10]李银华电子线路设计指导北京航空航天大学出版社2005年6月

附录

智力竞赛抢答器总原理图：