八路抢答器优秀课程设计.docx

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八路抢答器优秀课程设计

南华大学电气工程学院

《电子技术课程设计》

设计题目：

抢答器电路设计

专业：

自动化1002班

学生姓名:

吴港南学号:

20104460212

起迄日期:

2012年10月8日~2012年12月27日

指导教师:

李军红

教研室主任李兰君

目录

引言……………………………………………………………………3

1整体设计原理分析………………………………………………3

1.1设计思路……………………………………………………………4

1.2设计方案……………………………………………………………4

2单元电路设计………………………………………………………5

2.1抢答电路……………………………………………………………5

2.1.1八位优先编码器部分…………………………………………………5

2.1.2D触发器……………………………………………………………6

2.1.3译码电路和数码管显示………………………………………………6

2.2定时电路……………………………………………………………7

2.3报警电路……………………………………………………………8

2.4时序控制电路………………………………………………………8

3总体电路设计……………………………………………………9

4PCB板设计………………………………………………………9

5安装调制…………………………………………………………10

5.1安装…………………………………………………………………10

5.2调试…………………………………………………………………10

6总结和结论…………………………………………………………11

6.1工作总结……………………………………………………………11

6.2不足和以后方向……………………………………………………11

参考文献………………………………………………………………12

引言：

智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。

抢答能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。

但是，在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，在何时抢答，如何计算答题时间等等问题，若是仅凭主持人的主观判断，就很容易出现误判。

所以，我们就需要一种具备自动锁存，置位，清零等功能智能抢答器来解决这些问题。

利用本次设计出的电路制造成的定时抢答器，即可轻松实现在8人或8个代表队之间进行的抢答比赛中进行控制，使得这一活动更加趣味、公平

八路抢答器是通过74LS148编码器对八个输入信号的输入进行编码输出给显示译码器译码给数码管显示的一个电子电路。

只要八个输入端有一个优先输入编码器就能对这个优先输入的信号进行编码并且通过RS触发器的反馈输出对编码器的反馈使编码器停止工作其他七个输入端不能输入。

通过设计这个八路抢答器更加加深了我对编码器和译码器的认识和理解还有对电子电路的认识更加提高了我的动手能力还有设计思维能力使我受益匪浅更能让我们对电子产品的认识和开阔我们的视眼。

1整体设计原理分析

1.1设计的思路

（1）本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。

实现这一功能可用触发器或锁存器等。

在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。

同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效，否则应视为提前抢答而犯规。

（2）当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光数码管直接指示出组别。

还可以用鉴别出的第一抢答信号控制一个具有两种工作频率交替变化的音频振荡器工作，使其推动扬声器发出两态笛音音响，表示该题抢答有效。

（3）在主持人没有按下开始抢答按钮前，若有人提前抢答，则鸣喇叭“嘀---”表示有组别提前抢答；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒计时，此时，若有组别抢答，显示该组别并伴有“嘀-嘟”的双音音响持续；当计时时间到，仍无组别抢答，则主持人清零后开始新一轮抢答。

1.2设计方案

该设计抢答电路器的电路主要由抢答电路触发电路报警电路定时电路显示电路等组成,总体方案如图1所示。

工作原理：

通电后，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止

工作状态，编号显示器熄灭，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”位置，宣布“开始”抢答，抢答器处于工作状态，计时器计时。

当定时时间到，却没有选手抢答时，主持人按下开关提示时间到，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。

当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：

1优先判断，编号锁存，编号显示，扬声器发声提示，当一轮抢答之后，定时器停止工作，禁止二次抢答，定时器显示已消耗时间，并保持到主持人将系统清零为止。

再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。

图1

2单元电路设计

2.1抢答电路

该电路完成两个功能：

一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。

工作过程：

开关S置于"清除"端时，RS触发器的～R端均为０，４个触发器输出置０，使74LS148的～ST＝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，当有选手按下按键时（如按下S6），74LS148的输出经RS锁存后，1Q=1,～BI=1,74LS48处于工作状态，４Q３Q２Q=101,通过加法器输出为110，经译码显示为"6"。

此外，1Ｑ＝１，使74LS148～ST＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。

当按键松开即按下时，74LS148的此时由于仍为１Ｑ＝１，使～ST＝１，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。

如有再次抢答需由主持人将Ｓ开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。

原理如图2：

图2

2.1.1八位优先编码器部分

原理如图3：

图3

当拨码开关未拨通时，5V电源直接接入74LS148芯片；开关导通时，因为电路导通，因此接入芯片电压与地相连。

2.1.2D触发器（锁存）

原理如图4：

图4

这里使用两块74LS74芯片，共四个D触发器，输入信号为PR端，通过CLK端控制触发器的工作情况，高电平为触发状态，低电平使触发器置零输出0.

2.1.3译码电路和数码管显示

原理如图5：

图5

通过译码芯片74LS48将信号转为七位信号输入数码管输出相应数字，因为数码管有高电平输入，输出高电平将LED灯点亮。

2.2定时电路

此部分电路主要完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行30s计时，到0s时主持人关闭开关提示时间结束。

首先用555定时电路产生秒振荡频率，控制74LS160加法计数器的CLK输入端，按秒频率加数。

利用一片74LS48译码给数码管显示消耗的时间。

原理如图6：

图6

秒频率震荡波形如图7：

图7

2.3报警电路

这部分电路是由74LS148译码器和三极管构成，74LS148构成多谐振荡器，振荡频率f0=1.43、[（R1+R2）*C],其输出信号经三极管推动扬声器。

PR为控制信号，当PR为高电平时，多谢振荡器工作；而当PR为低电平时，电路停振。

原理如图8：

图8

2.4时序控制电路

时序控制电路是设计的关键，它要完成以下三项功能：

（1）主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。

（2）当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。

（3）当设定的抢答时间到，无人抢答时，主持人按下开关，抢答电路和定时电路停止工作。

3总体电路设计

将抢答、定时、报警、时序控制四个单元电路经过适当调整组装

成八路抢答电路的总体电路。

原理如图9：

图9

4PCB板设计

通过AtiumDisigner软件先把仿真成功图画好，经过封装处理进入PCB板的画制。

图10

总实物图：

图11

5.安装与调制

5.1安装

通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：

各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。

同时在电路板上要预先确定电源的正负端，便于区分及焊接。

正确焊接各芯片个管脚连接必须查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。

在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路。

5.2调试

设计好的硬件电路只有经过调试，才能验证其正确性。

硬件的配人情况以及是否达到设计任务的要求，也只单元电路试验在硬件电路设计时已经进行，这里的调试只是将其制成印刷电路板后试验电路是否正确，并排除一些加工工艺性错误（如错线、开路、短路等）。

这种调试可单独模拟进行，也可通过开发装置由软件配合进行有经过调试，才能发现问题并加以解决、完善，最终开发成实用产品。

调试工作是个精细的工作。

在调试过程中，有一些问题是芯片本身引起的，也有些是因为焊接问题引起的，因此排查过程需要特别有耐心，通过对芯片功能的检验，对焊点的检查最后检查出问题所在。

当最后问题解决是，电路的正确是非常振奋，也很有成就感和满足感。

再我们的器件中出现了一下问题：

1电路通电后没有反应

在连接电路后，接通电源后数码管不显示任何数字，经检查后正负极接反，再接通电后电路还不工作后查明，发光二级管损坏，更换后数码管显示数字。

2连接电路后数码管只有微弱的光

连接电源只有微弱的光，而且显示的数字也不对，经检查后才发现是有的地方挨得近造成短路了，用刀片刮掉短路的路线即可。

6.总结和结论

6.1工作总结

本次电子课程设计实习将理论与实践有机地相结合，既考查了同学对理论知识的掌握程度，也反映了同学们地实际动手能力，更主要的是考查了同学对知识的综合运用以及创新设计思维能力，为今后同学们的学习和发展提供了一次很好的机会。

同时在课程设计过程中学会了Protel99SE的一些基本使用方法，电路板单面板的制作过程。

针对课设题目八路抢答器，一开始毫无头绪，不能很好地运用所学知识进行设计，但通过上网查阅各元器件的管脚图、功能图以及各种类似的设计，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。

同时也使自己认识到：

（1）设计思路是整个设计的灵魂

拿下每个课题必须有一个非常清晰的设计思路，对集成元件要有充分的认识。

只有对课题的充分理解，对各种器件的熟练掌握，勾画出基本的设计图是成功的关键，必须多花时间在设计上才能为后续工作提供更扎实的基础。

翻阅各种资料，上网查询填补所需知识的空白是必要的。

（2）焊接制作必须精益求精

焊接必须精益求精，一丝不苟，一点的差错都可能导致实验结果错误，都需要数倍的时间检查，调试。

必须准确无误还要工整，这样才能在调试中能比较轻松进行，也是可使整个电路可看性，实用性更好。

（3）调试

调试工作是个精细工作。

在调试过程中，有些问题是芯片本身损坏引起的，也有些是因为焊接问题引起的等因此排查过程需要特别有耐心，通过对芯片功能的检验，对焊点的检查最后检查出问题所在，更正。

当最后解决问题时，电路的正确运行是非常令人激动地，也很有成就感和满足感。

6.2不足和以后方向

做实验效率低，焊接水平不足导致电路稳定性不高，布线比较混乱，这些都有待提高。

总之，在设计过程中学到了许多，也认识到了自己很多的不足。

作为现代的大学生，如果仅停留在以往的层次上，是远远跟不上时代的步伐，也无法使自己立足在竞争如此激烈的社会里，通过此次实习，看到了自己的水平和差距，学要在今后的学习中又进一步的提高。

同时提高了自己的动手能力和创新能力。

参考文献

[1]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：

高等教育出版社

[2]孙梅生，李美莺，徐振英.电子技术基础课程设计[M].北京：

高等教育出版社

[3]梁宗善.电子技术基础课程设计[M].武汉：

华中理工大学出版社

[4]张玉璞，李庆常.电子技术课程设计[M].北京：

北京理工大学出版社

[5]谢自美.电子线路设计·实验·测试（第二版）[M].武汉：

华中科技大学出版社