八路智力抢答器设计报告.docx
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八路智力抢答器设计报告
设计任务书
班级姓名
学号
课程设计题目八路智力抢答器课程设计起止日期至实习地点一、设计任务与要求
基本任务：
1.抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0~S7表示。
2.设置一个系统清除和抢答开始控制开关S，该开关由主持人控制。
3.抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
扩展任务：
1.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
2.参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，并保持到主持人将系统清除为止。
3.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
二、预习要求
1．复习编码器、译码器、十进制加/减计数器和555定时器的工作原理,熟悉常用器件的功能及使用方法。
2．设计可预置时间的定时电路。
3．分析与设计时序控制电路。
4.定时抢答器的总体方框图可参考下图，根据总体框图设计主体电路和扩展电路。
5.选定所需器件及参数。
主要参考元件:
74LS148，74LS279，CD4511，74LS192,NE555，74LS00,74LS121。
电阻510Ω，1KΩ，4.7kΩ，5.1kΩ，100kΩ，10kΩ，15kΩ，68kΩ。
电容0.1uF，10uf，100uf。
。
指导教师
20xx年x月x日
课程设计报告
一．总体方案设计
包括：
电路工作原理分析与原理图、元器件选择与参数计算、电路调试方法与结果说明；软件设计说明书与流程图、软件源程序代码、软件调试方法与运行结果说明。
1.1设计思路
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。
实现这一功能可选择使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。
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，也可以用发光二极管直接指示出组别。
③在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有组别抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无组别抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。
、
1.2总电路框图
图1总电路框图
二．各模块设计方案及原理说明
2.1抢答电路
此部分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74LS297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"清除"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D），74LS148的输出经RS锁存后，经过主控开关（开始状态）和Ys’=0和时序控制,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“3”。
此外，当有输入时Ys’=1，使74LS148优先编码工作标志端＝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“清除”然后再进行下一轮抢答。
原理图如下：
图2抢答电路
2.2倒计时电路
原理图如下：
图3倒计时模块仿真电路
该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。
完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行30s倒计时，到0s时倒计时指示灯亮。
当有人抢答时，计时停止。
两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。
74LS192的预置数控制端实现预置数30s，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。
图4555定时器连接图
由555定时器和三极管构成报警电路。
其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1.43／［（RI＋2R2）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，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
控制输入信号为经过编码的抢答选手的信号，当有人在有效时间内抢答时，定时时间到时无人抢答时，输入信号为高电平，报警电路发出报警信号；反之，输入信号为低电平时，报警器不工作。
三、元器件管脚图与功能表
图5CD4511管脚图
图6CD4511功能表
图774LS279管脚图与功能表
图874LS148管脚图
图974LS148功能表
图1074LS192管脚图与功能表
四．总电路图
图12总电路图
五、课程设计工作记录：
1．时间安排：
编号
任务
时间
1
查资料、原理图设计
4天
2
仿真电路并修改
4天
3
实物焊接与调试
7天
4
报告撰写
2天
5
答辩
1天
时间安排表
2．课程设计实践记录
6月16日为选定实验课题时间。
6月16日上午在实验室105领取课题并分组。
从实验室回来后，大家分工，有的去图书馆查资料，有的去上网查资料。
小组成员聚在一起商议并选定设计方案。
方案选定后，大家都积极地准备资料，认真研读方案。
6月19日上午，带着最终的设计方案征求老师的意见，修改设计方案。
6月23日上午，练习电路的焊接，成功后已仿真模拟成功的电路交由老师查看，最后设计方案得以通过后，向老师领取实验器材。
6月24日正式开始焊接电路，由于开始比较生疏，上午只做了一些简单的练习。
下午正式开工了，由于设计方案比较详细并且大家都积极的准备了，所以大家对本次实验很有信心，在焊接过程中，大家由于是第一次焊接，所以在焊接的过程中出现了各种问题，例如线路排布的不合理，焊接的不牢固，电容正负极的错误等等。
6月28号左右电路板焊接结束了。
拿着焊接好的电路板接通电源后发现不能产生设计中的结果，大家都非常失望，于是开始调试电路。
首先大家先仔细检查了一遍线路，发现有的地方虚焊了，有点地方发生短路，一一排除后，依旧不能成功，于是大家开始怀疑有芯片不能正常工作，于是连续换了所有的芯片，但仍存在一些问题。
针对此问题大家在逻辑上重新检查，测量。
由于整个电路接线复杂，改正过程花费了较长时间。
但是努力没有白费，最后得到了预期的结果。
6月30日老师验收电路，到此整个设计及调试过程结束了，我组取得圆满成功，并得到指导老师的认可。
3.调试过程
在电路焊接完成后，开始实验电路，发现只有7号能够抢答而其它的无法抢答与显示。
之后在检查电路连接时没有发现任何问题，随后又将电路可能虚焊的地方重新焊牢，放置了一段时间后，电路可以正常的运行了，0到7号都可以进行抢答了。
4.体会
设计电路图可以说是考察数电书本知识的阶段。
所有的设计方法还有步骤在数电书上都有，而且还有部分例题相似。
这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少，所以做设计的时候要常随手翻阅课本，同样去图书馆翻阅资料必不可少，而且本题目有很多资料可供查阅。
这个阶段的难度也不是很大，一般翻课本查资料就可以找到答案并解决问题。
实验制作可以说是这次设计中最重要的部分，因为以前的只是理论而不是真正的实体。
所以说它是最重要的。
因为各个模块是分开做而后又组装到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合为一个整体，部分工作能行但是接到一起就会出现问题）
制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，电路的焊接要一步一步来，焊点多，走线复杂。
这又要我们要灵活处理，一边操作一边构思，在不影响试验的前提下加快进度。
我们遇到的问题有：
各个模块是分开工作，而后又组装到一起不能正常工作，兼容性不是很好（也就是不能融合为一个整体，部分工作能行但是接到一起就会出现问题），针对以上，我们在老师的帮助下进一步改进电路，最终整体正常工作。
另外就是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。
这是应用课本知识的大好时机。
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，在多种方案的选择中，我们仔细比较分析其原理以及可行的原因，最后还是在通多次对电路的改进，上机仿真以及接线调试，终于使整个电路可稳定工作。
设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，此时要坚持不要放弃。
设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。
因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。
总之，通过这次练习我有了很多收获。
在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了动手能力。
在改进电路的过程中，同学们共同探讨，最后的电路已经比初期设计有了很大提高。
在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。
5．总结
这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识，在整个实习过程中，都离不开对数字电路课程知识的再学习。
我在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍，这样的回顾让我对知识的理解更加透彻，对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。
课程设计，通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。
这并不是在课堂上的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。
理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑实际中的很多问题。
有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。
比如在动笔做题时我们是不用考虑导线的电阻的，但在实际中，导线电阻有时是会带来时延造成灯延时发光，所以我们应尽量在连接电路时选择最短路径。
虽然这不是第一次用电路板，因为之前的课内实验也用过，但当时的运用也只是插些导线和电阻电容之类的，用了电路板的很小部分。
这次的实习中应用了整块板子，实习后对电路板的组成完全了解了，并能熟练运用。
实习中通过对电路的连接也懂得了如何通过设计的分析对所连电路的整体布局，如何更好的放置芯片在最合适的位置。
在导线的连接上，如何选择导线走向是关键，我们应该尽量保证所连电路的简捷，宁短勿长，合理布线。
一个完美的作品不仅要能很好的完成要求实现功能，还要在感官上给人美的享受。
所以站在美的角度对自己的电路进行改良是很必要的。
在实习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间也会从别人上上学到更多。
在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的思想，其他人的设计一定有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法。
课程设计是开端，连接是关键，测试是必须。
所以实现过程中不仅要求对知识的掌握要足够准确与精通，更要有绝对的耐心与细心。
连接电路时一定按照自己的设计图仔细连接这会对后面的测试起到很好的铺垫作用。
在后面查错时就不用花费精力在查线上，可以给减少很多后续工作.
课程设计验收
指导教师评语及成绩：
成绩
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