数电课程设计8路智力竞赛定时抢答器.docx

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数电课程设计8路智力竞赛定时抢答器

电气与电子信息工程学院

数字电子技术课程设计报告

设计题目：

8路智力竞赛定时抢答器

专业班级：

xxx

学生姓名：

xxx

学号：

xxx

指导教师：

xxx

设计时间：

2013.06.17－2013.06.28

8路智力竞赛定时抢答器

一、设计任务及要求

本课程设计的基本任务，通过指导学生循序渐进地独立完成数字电路的设计任务，加深学生对理论知识的理解，有效地提高了学生的动手能力，独立分析问题、解决问题能力，协调能力和创造性思维能力。

重提高学生在数字电路应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力。

学生通过电路的设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。

二、设计的作用、目的

通过课程设计各环节的实践，应使学生达到如下

1.掌握数字逻辑电路分析和设计的基本方法

⑴根据设计任务和指标，初选电路；

⑵通过调查研究、设计计算，确定电路方案；

⑶选测元器件，安装电路，独立进行试验，并通过调试改进方案；

⑷分析课程设计结果，写出设计总结报告。

2.培养一定自学能力和独立分析问题、解决问题能力

⑴学会自己分析、找出解决问题的方法；

⑵对设计中遇到的问题，能独立思考，查阅资料，寻找答案；

⑶掌握一些测试电路的基本方法，课程设计中出现一般故障，能通过“分析、观察、判断、试验、再判断”的基本方法独立解决；

⑷能对课程设计结果进行分析和评价。

3.掌握安装、布线、调试等基本技能

⑴掌握常用的仿真软件，并能够利用仿真软件进行一定的电路调试、改进；

⑵掌握数字电路布线、调试的基本技巧；

⑶巩固常用仪器的正确使用方法。

4.培养学生的实践能力

通过严格的科学训练和工程设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神。

三、设计过程

1、方案设计与论证

抢答器的总体框图：

图2-1-1所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。

其中主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。

扩展电路完成定时抢答的功能以及报警功能。

图1所示电路的工作过程是：

接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s），当主持人将控制开关置于“开始”时，扬声器发出声响，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。

当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能：

（1）优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号；

（2）扬声器发出短暂声响；

（3）控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；

（4）控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。

当定时时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。

单元电路设计

时间脉冲产生电路的设计

由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。

（如图）

计数电路的设计

该电路主要是对选手抢答的时间进行限制，可根据实际情况来设定。

我们设定的有效抢答时间是30S，且是30进制的减法器，这样更加具有人性化，能使选手客观的感觉到剩余的时间是多少。

我们选用的是74LS192芯片。

（如图）

通过两片74LS192级联，U2的减记数时钟输入端接时钟脉冲产生电路、U2的进位输出端（BO）接U1的减记数时钟输入端。

即当U2从9跳变到0的时候给U1一个有效的信号，使得其计数。

抢答电路的设计

抢答电路的功能有两个：

一是能分辨出选手按键的的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。

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

八路抢答器的工作原理是：

当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q～1Q）全部为低电平。

于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。

当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S1），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，此时74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“1”。

另外，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。

当按下的键松开后，74LS148的YEX高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号仍不会被接受。

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，主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。

定时电路的设计

该电路主要是对选手抢答的时间进行控制，从而有效的控制赛程的时间。

我们设定的时间是30s，所求开始抢答的时候显示是00，而当主持人按下开关的时候则从30开始做减法运算。

主要电路如图

定时电路图

74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码显示在数码管上。

74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为30秒。

555芯片完成产生秒脉冲的功能。

工作过程为：

抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。

抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。

当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。

当记到了30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00

报警电路的设计

报警电路的设计主要是为了提醒主持人和选手此刻不能抢答。

即当过了有效时间和有人抢答的时候，报警电路就会产生光电和声音报警，从而提示选手和主持人。

报警电路主要以发光二极管和蜂鸣器组成。

如图

时序控制电路设计

时序控制电路是抢答器的关键，它要完成以下三项功能：

（1）当主持人将按下控制开关时，EI端为0,抢答和定时电路进入正常工作状态；

（2）当参赛选手按动抢答器开关时，抢答电路和定时电路停止工作；

（3）当设定的抢答时间到，但无人抢答时，抢答电路和定时电路停止工作。

图时序电路图

电路总图

如图

总体电路图

仿真

抢答电路的仿真

如图4-1-1

定时电路的仿真

如图

报警电路的仿真

第六章心得

这次电子课程设计将理论与实践有机地结合，既考查对理论知识的掌握程度，也考察实际动手能力和电脑操作能力，同时也对我们知识的综合运用以及创新设计思维能力提出更高要求。

对于这次八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计以及老师讲解，同时也查阅所提供的芯片功能，在仿真上实践自己所布置的电路图，慢慢地边修改自己设计的不足，边参详同学们成功之处，可以讲，与同学交流是我们小组设计成功一大助力。

另外对各种器件的熟练掌握，是勾画出基本的设计图成功的关键，我们小组花了大量时间翻阅各种资料，特别是各芯片的真值表和引脚图方面，同时也借助上网查询填补这方面知识，令我们受益匪浅。

当最电路的正确使我们非常振奋，也很有成就感和满足感。

这次电子设计虽然花了很多时间，但是很值得，不但熟悉了很多芯片的功，学到了在上课学不到的东西通过自己分析和设计更好地运用了它们，而且还学会了它们更多的功能，发现它们的功能远比书上说的多很多，可以利用不同的接法设计出各种各样不同的电路出来。

附录

附录A芯片引脚图

74LS148

74LS48

74LS192

74LS279

74LS08

74LS04

附录B元件清单

序号

类型

数量

1

74LS279（RS锁存器）

1

2

74LS48（4线—7段译码驱动器）

3

3

74LS148（8线—3线优先编码器）

1

4

74LS192（十进制可逆计数器）

2

5

74LS121（单稳态触发器）

1

6

74LS00（二输入与非门）

2

7

74LS20（四输入与非门）

2

8

NE555

2

9

晶体管3DG130

1

10

七段数码管（共阴极）

1

11

B键（触发开关）

9

12

发光二极管

1

13

扬声器

1

14

B键（输入开关）

8

15

电阻（510Ω）

2

16

电阻（1KΩ）

2

17

电阻（10KΩ）

9

18

电阻（15KΩ）

2

19

电阻（68KΩ）

2

20

电容（0.01μF）

2

21

电容（0.1μF）

2

22

电容（10μF）

2

23

电容（100μF）

2

参考文献

[1]阎石《数字电子技术基础（第五版）》北京：

高等教育出版社.2006

[2]张克农《数字电子技术基础》北京：

高等教育出版社.2003

[3]赵淑范等《电子技术实验与课程设计》北京：

清华大学出版社.2006

[4]陈光明等《电子技术课程设计与综合实训》北京:

北京航空航天大学出社.2007

[5]李银华等《电子线路设计指导》北京:

北京航空航天大学出版社.2005

[6]黄智伟《全国大学生电子设计竞赛制作实训》北京：

北京航空航天大学出版社．2007．8

[7]杨志忠．《数字电子技术基础》北京：

高等教育出版社．2004

[8]彭介华．《电子技术课程设计指导》北京：

高等教育出版社．2004

[9]路勇．《电子电路实验及仿真》北京：

清华大学出版社．2004