六路竞赛抢答器数电课设.docx

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六路竞赛抢答器数电课设

第一部分设计任务与要求---------------------------------------------1

第二部分总体框图------------------------------------------------------2

第三部分选择器件------------------------------------------------------4

3.1、元器件清单-----------------------------------------------------------------4

3.2、器件的相关介绍

（1）四2输入与门74LS08、与非门74LS00-------------------------------5

（2）四2输入或门74LS32----------------------------------------------------6

（3）8－3线优先编码器74LS148------------------------------------------7

（4）同步十进制可逆计数器74LS192-------------------------------------9

（5）四R－S触发器74LS279-------------------------------------------------10

（6）555定时器---------------------------------------------------------------11

（7）四线七段数码显示管----------------------------------------------------12

第四部分功能模块------------------------------------------------------13

4.1抢答显示电路----------------------------------------------------------13

4.2定时电路----------------------------------------------------------------15

4.4报警电路----------------------------------------------------------------17

第五部分总体设计电路图----------------------------------------------18

第六部分课程设计心得体会---------------------------------------------22

参考文献------------------------------------------------------------------23六路智能抢答器

一、设计任务与要求

.该抢答器最多可供6名选手参赛，编号为1~6号，各队分别用一个按钮（分别为S1~S6）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

.抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用LED数码管显示出来，同时蜂鸣器发出间歇式声响（持续时间为1秒），主持人清零后，声音提示停止。

.抢答先后的分辨率为5ms。

.开关S作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关S被按下时抢答电路清零，松开后则允许抢答。

输入抢答信号由抢答按钮开关S1~S6实现。

.有抢答信号输入（开关S1~S6中的任意一个开关被按下）时，并显示出相对应的组别号码。

此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持”第一个开关按下时所对应的状态不变。

功能扩展：

.接通电源后，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，编号显示灯灭，定时显示电路显示设定的预置时间。

.当主持人将按键拨向“开始”处时，倒计时电路开始工作。

.抢答电路有时间显示，可以实时显示出抢答有效剩余的时间或回答必答题剩余的时间。

.剩余时间到0后，报警电路报警，发出间歇式声响。

.只允许选手在规定的时间内答题，超出规定时间后，抢答无效。

二、总体框图

图1

智能定时抢答电路的总体框图如上图-图1所示，它由抢答电路、优先编码电路、锁存电路、显示电路、控制电路、时控电路、定时电路、报警电路等几部分组成。

抢答电路完成的功能是：

在主持人允许开始抢答的情况下，选手按动抢答按键后，显示电路显示该组别的编号，同时封锁输入电路，禁止其他选手再行抢答。

定时电路完成的功能是在限定的时间内选手进行抢答，超出规定的时间（本设计预置的时间为30秒）锁存器锁存封锁抢答电路。

定时抢答器的工作过程是：

接通电源后，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，编号显示灯灭，定时显示电路显示设定的预置时间。

当节目主持人宣布开始抢答后，说一声抢答开始，同时将总控制开关拨到“开”的位置，扬声器或警示灯开始工作，显示抢答已开始，抢答处于正常工作状态，定时器显示倒计时。

当定时时间到，却没有选手抢答，系统通过报警电路报警，并封锁抢答电路，禁止选手在超出规定时间后再行按键抢答。

当选手在定时时间内按动抢答按钮进行抢答答题时，抢答器完成以下4项功能：

1、优先编码器能立即分辨出抢答者的电路编号，并由锁存器进行锁存，然后送入显示电路，显示抢答的该路的编号；2、扬声器发出报警信号，提示主持人及各路其他选手抢答有效；3、控制电路对其他的电路进行封锁，避免其他的选手再次抢答；4、控制电路控制显示电路，显示剩余的时间，并将时间反馈给各位观众，并将时间保持到主持人将系统时间清零，当选手将问题回答完毕后主持人按下总控开关，系统清零，并完成倒计时电路的置数，此时系统处于禁止工作状态，以便于下一次抢答的开始。

当选手在限定的时间内，无人进行抢答而时间又到时，锁存电路封锁抢答电路并由报警电路报警提示，显示电路显示00。

此方案中，定时电路的置数端可直接采用8421拨码开关置数，构成预置时间可调（如15S、45S或任意时间）的电路，以满足智力考题中必答问题的限时回答功能，并可以根据考题难道的大小来设定回答问题预置时间的长短。

三、选择器件

3.1本设计方案所需元器件如下表所示：

序号

型号规格

性能说明

数量（片）

74LS00

四2输入与非门

74LS08

四2输入与门

74LS32

四2输入或门

74LS148

8－3线优先编码器

74LS192

BCD－同步可逆计数器

74LS279

四R－S触发器

LM555

单稳态、秒脉冲

多谐振荡等

数码管

数码显示

3.2、器件的相关介绍

（1）、74LS00（四2输入与非门）

下图为74LS00的逻辑框图

以下两图为74LS00的引脚图及功能表

（2）、74LS08（四2输入与门）

下图为74LS08的逻辑框图及逻辑符号

其逻辑功能描述如下：

当两个输入端A=0，B=0时，输出端Y为低电平0，即Y=0；

当两个输入端A=0，B=1时，输出端Y为低电平0，即Y=0；

当两个输入端A=1，B=0时，输出端Y为低电平0，即Y=0；

当两个输入端A=1，B=1时，输出端Y为低电平1，即Y=1；

即只要两个输入端A、B的输入电平有一个是低电平0，输出端Y即为低电平0；只有A、B的输入电平全为1，输出端Y才为高电平1。

（3）、74LS32（四2输入或门）

下图为74LS32的逻辑框图、管脚图及功能表

74LS32的内部结构图：

（4）、74LS148（8－3线优先编码器）

74LS148的引脚图：

74LS148的逻辑符号及内部原理图：

74LS148的功能表：

输入

输出

使能端OE（芯片是否启用）的逻辑方程：

EO=I0·I1·I2·I3·I4·I5·I6·I7·EI

当EI输入EI=1时，禁止编码、输出（反码）：

A2,A1,A0为全1。

当EI输入EI=0时，允许编码，在I0～I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：

I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。

（5）、74LS192（BCD－同步可逆计数器）

74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其内部原理图、逻辑符号及引脚排列如下图所示：

74LS192的功能表如下表所示：

输入

输出

加计数

减计数

74LS192为十进制同步加、减计数器（双时钟），既可进行加法计数，又可进行减法计数，且有异步置数和清零功能。

当输入脉冲接到CPU时，计数器实现加法计数，当输入脉冲接到CPD时实现减法计数。

如下图74LS192的管脚图所示，ABCD为输人，QA～QD为输出，CR为清零端，并且为高电平有效，CR=1时产生异步清零信号，输出为“0000”，因此在计数状态下应令CR=0。

LD’为置数端，当LD’=0时计数器置数。

BO’、CO’分别为借位输出和进位输出。

（6）、74LS279（四R－S触发器）

74LS279的内部原理图及逻辑符号

74LS279功能表及管脚图如下所示：

（7）、LM555（可组成单稳态、秒脉冲、多谐振荡等）

555定时器内部原理图及逻辑符号如下图所示：

555定时器逻辑功能表如下表所示：

输入

输出

阈值输入（vI1）

触发输入（vI2）

复位（

）

输出（

）

放电管T

导通

截止

导通

不变

逻辑功能描述如下：

555定时器的主要功能取决于比较器，比较器的输出控制RS触发器和放电管T的状态。

图中RD为复位输入端，当RD为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出v0为低电平。

因此在正常工作时，应将其接高电平。

由图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2比较电压分别为2/3VCC和1/3VCC。

当vI1>2/3VCC，vI2>1/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器被置0,放电三极管T导通，输出端vO为低电平。

当vI1<2/3VCC，vI2<1/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器被置1,放电三极管T截止，输出端vO为高电平。

　　当vI1<2/3VCC，vI2>1/3VCC时，基本RS触发器R=1、S=1,触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。

综合上述分析，可得555定时器功能表如表10.11.1所示。

如果在电压控制端（5脚）施加一个外加电压（其值在0-VCC之间），比较器的参考电压将发生变化，电路相应的阈值、触发电平也将随之变化，进而影响电路的工作状态。

（8）、数码显示器

实验选用的是四位线七段数码显示器，其内部自带的显示译码器，将输入的BCD代码译成数码管所需要的驱动信号，是数码管用十进制数字显示出BCD代码所表示的数值。

这等价于用一个译码器加一个七位线显示器的功能，直接使用四位线七段数码显示器既节省了电路，又节约了器件。

LED显示屏是由发光二极管排列组成的一显示器件。

它采用低电压扫描驱动，具有：

耗电少、使用寿命长、成本低、亮度高、故障少、视角大、可视距离远、规格品种全等特点。

目前LED显示屏作为新一代的信息传播媒体，已经成为城市信息现代化建设的标志。

功能表如下：

数字

四、功能模块

4.1抢答电路

抢答电路的功能有两个：

一是能分辨相互选手按键顺序的先后，并锁存住优先抢答者的编号，送给译码显示电路；二是能使其他选手随后的按键抢答无效。

选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如下图所示。

工作原理是：

当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的R’端为低电平，输出端1Q-4Q端全部为低电平。

于是74LS148的选通输入端EI’=0，此时，74LS148处于封锁状态，电路不工作。

当主持人把开关掷向“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于等待工作状态，等待输入命令端I1’--I6’的输入信号。

当有选手按下按键时（如按下S5时）74LS148的输出

A2’A1’A0’=010,74LS148的输出使能端EO=1，优先标示端GS’=0，此时数码显示管上显示“5”，此外，74LS279的1Q1=1，使74LS148的输入使能端EI为高电平，74LS148的处于禁止工作状态，封锁了其他各路的键入。

当按下的键松开后，74LS148的GS’=1为高电平，但是由于RS锁存器的锁存作用使得EI维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接收。

这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。

当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制总控开关，以使电路复位，以便进行下一轮的抢答。

在比赛尚未开始之前，系统处于置零状态，当主持人按下系统总开关时，抢答组别显示牌显示0.仿真结果如下图所示：

在主持人允许开始抢答的情况下，当第五组选手按下抢答按键时的仿真结果,如下图时所示：

当先按下5键，然后再按下4键时抢答电路仿真的结果，如下图所示：

此仿真说明当最先抢答的选手按动抢答按键后，显示电路显示该组别的编号，同时封锁输入电路，禁止其他选手再行抢答。

此电路能正常的完成数据的优先编码，锁存住最先抢答的电路信号，并显示出来，说明此模块正常可用。

4.2定时电路模块

节目主持人根据抢答题难易程度，通过8421拨码开关设定一次抢答的时间，通过预置的时间电路对计数器进行预置，选用十进制加/减计数器74LS192进行设计。

计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。

具体电路如下图所示。

当主持人控制的总开关拨向“开始”的位置后，定时电路开始倒计时，，当定时时间到0时，负责高位计数的74LS192的借位输出端BO2输出低电平脉冲，

当主持人开关拨向“开始”后，两个74LS192的置数端LD’为低电平，置数端低电平有效，两个七段数码管分别显示预置的数值，在本设计中ABCD端可以直接接高低电平，也可以用8421码拨码开关直接置数。

时钟信号接第二片74LS192的Down端，即当计时开始之后，个位数（第二片74LS192）的数值递减，递减到0时，此第二片74LS192的BO’输出低电平的借位信号，高位（即第一片74LS192）的数值减一，当第一片74LS192的数值减到0时，第1片74LS192的BO’输出低电平的借位信号，上图中的三输入与门74LS11被封锁，第二片74LS192的Down端无法接收时钟脉冲，定时电路显示被被定在00状态上，直到主持人按下清零按键，时间返回到30S的预置时间上，等待抢答选手再次进行抢答。

4.3报警电路模块

此报警电路由555触发器组成的单稳态电路和多谐振荡器构成，开关Z为报警解除开关，同时报警也可以由主持人控制的总控开关解除。

其工作原理是由555构成的单稳态电路使时控电路送来的信号进入暂稳态，然后送给多谐振荡器，产生的矩形波（频率为f=1.43/[（R9+R10）C5]）,控制晶体管构成的三极管的推动极，使扬声器发出报警信号。

此报警电路主要完成的功能是：

（1）主持人将控制电路拨动到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常工作状态；

（2）当参赛选手按动抢答按键时，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，无人应答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。

四、总体电路图

去除选手得分显示牌后，选手开始抢答前的仿真图：

计时开始后_5路先抢答_4路后抢答_倒计时显示电路正常显示，此时电路抢答已开始，比赛已开始可以抢答的指示灯闪烁。

在无人抢答_而允许抢答时间又已到0秒的状况下，此时时间锁存器封锁抢答电路，组别显示电路显示0，剩余时间显示00，并由报警电路报警提示。

报警电路可由主持人控制的总控开关关闭，也可以由仅解除报警的报警解除开关解除。

分数牌显示电路

每组的计分部分都由三个8421码拨码开关完成分数的增和减，每组为个、十、百三位，每位均通过拨码开关上的“+”和“-”完成相应位数上的增与减。

比如说：

第五组的分数为150分，现在要给其加上25分，只需按动该拨码开关上十位键上的“+”号两下，个位键上的“+”号5下即可，其他同理。

至于扣除分数，亦是只需按动相应位数上的“-”号即可。

五、课程设计心得体会

经过两周的时间，我们的课程设计终于结束了。

忙碌的生活虽然有些许疲惫，但充斥着的最多的还是快乐。

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。

课程设计是将我们在课本上所学的理论知识加以实践的过程，这次设计的过程中，不论是上网查资料还是在图书馆翻阅图书，使我明白了只有做过了课程设计，真切的接触了这些形形色色的元器件，我们才能够真正的掌握到我们在课本上所学得的知识，比如说一些芯片的功能、管脚的定义等等，通过这次设计我真切的感受到：

要想真正学好理论知识，我们就必须得多动手实践。

通过这次电子课程设计，我对数电各部分的内容都有了更深的了解，熟悉了实验中有关芯片的引脚、功能及其在电路设计中的相关应用。

在设计电路的过程中，我们会遇到了各种各样的问题，这要求我们要到图书馆及网上查阅相关的资料，同时会有更多的问题产生。

在这个发现问题、分析问题、解决问题的过程中，我对问题的了解和认识进一步加强，对知识的掌握进一步深入。

也正是在这个过程中，我学到了平时在课堂上学不到的东西，那就是另一种分析问题、发现问题、解决问题的方法的能力。

在硬件验证的过程中，连接电路应该一个模块一个模块的进行，以免出现发生问题后会出现无从下手的情况。

同时放置芯片时应十分小心的对准管脚，以免芯片和实验箱接触不良或者管脚弯曲。

接好一个模块应该先进行测试，看能否正常工作，到最后再把所有模块连接起来，这样能使烦琐的连接工作变得明朗，出了问题就可以很快找出。

在硬件的连接验证过程中，我做的试验准确的完成了试验理论的要求，符合设计目的，完美的完成了试验要求。

总之，此次设计不仅使我们巩固了课本上所学的知识，加深对基本理论的认识和理解，进一步扩大了知识面，还提高了我们分析问题、发现问题、解决问题的能力，提高了我们的实验操作动手能力和独立思考问题的能力

谢谢您，任老师！

在此，深深的感谢您在整个课设的过程中给予我们的指导和帮助！

参考文献

1、电子技术实验与课程设计第3版毕满清主编机械工业出版社，2005

2、数字电子技术基础第5版阎石主编高等教育出版社，2001

3、数字电路与可编程技术试验教程武俊鹏、孟昭林、付小晶

哈尔滨工程大学出版社，2007

4、电子技术制作指导张宪、何宪斌主编化学工业出版社，2005

5、常用电子器件及典型应用周惠潮、孙晓峰编著电子工业出版社，2004

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