智能四路抢答器的设计报告Word文档格式.docx
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2、计时脉冲的周期为1S。
3、集成单稳态的暂稳态时间为1S左右。
4、工作温度为0—700C。
三、设计目标和任务
1、抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮S1~S4表示。
2、设置一个系统清除和抢答控制开关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数码管上显示相应的组号，同时扬声器发出报警声响提示。
抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4、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10秒）。
当主持人启动"
开始"
键后，定时器进行顺计时，定时时间在LED数码管上显示。
5、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，并返回设定的开始计时的时间，显示器上显示选手的编号和限定的抢答时间，并保持到主持人将系统清除为止。
6、当有选手抢答后，其他选手的抢答无效。
7、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，组号显示器上显示0，时间显示器上显示开始计时时间。
8、在抢答开始后，规定时间没结束前，无人抢答时，组号显示器灭灯。
四、设计基本要求
1、独立完成自己的设计，原理性的可以参考一些课外资料。
2、力求做到电路应尽量简单可靠。
3、应尽量减少原器件的种类。
4、要尽量增加电路的功能。
5、通过对不同方案的比较，选择比较适合你的设计思路的方案。
6、要尽量用应所学过的知识进行设计和分析。
7、对设计过程中所遇到的问题，包括判定元器件的好坏，要自己进行分析和解决，必要时再请教老师。
五、电路框图
如图所示为总体方框图。
其工作原理为：
刚接通电源时，主持人将开关（开关为常断开关）处于"
状态，抢答器处于禁止状态，组号显示器显示0，定时显示器显示设定开始计时时间；
主持人按下开始开关时，宣布"
，抢答器工作。
定时器倒计时，组号显示器灭灯，定时显示器显示剩余时间。
选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：
编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后，定时器停止（同时置入所预定的时间）、禁止二次抢答、定时显示器显示开始计时时间。
再次抢答必须由主持人再次按下开始开关，宣布开始方可进行。
六、单元电路的设计及其原理
1、抢答控制电路
参考电路如图1所示。
该电路完成两个功能：
一是分辨出选手按键的先后，并锁存先抢答者的编号，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：
主持人开关S按下时，74LS175中各Q端均为低电平０，此时组号显示器灭灯，抢答器（此时，计数器处于计数状态，SD=QAQBQCQD处于高电平）处于等待工作状态，当有选手按下开关键时,如按下S2，经74LS175锁存后，经七段数码管驱动器74LS48译码显示为"
2"
。
此外，Q1Q2Q3Q4输出为0,禁止其它选手抢答。
当S2按键松开后，原来状态由74LS175锁存，此时Q1Q2Q3Q4输出仍为0,所以仍处于禁止抢答状态，确保不会出二次按键时输入信号。
这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。
如要再次抢答需由主持人按下清零开关即开始开关;
清除后再进行下一轮抢答。
图1
2、组号译码显示电路
半导体数码管和液晶显示器都可以用TTL和CMOS集成电路直接驱动。
为此，就需要使用显示译码器将BCD代码译成数码管所需要的驱动信号，以便使数码管用十进制数字显示出BCD代码所表示的数值。
现在以74LS48作为译码器驱动七段共阴数码管，其电路如图2所示，74LS48真值表见附录。
根据的本电路的特点和74LS48的真值表可知，如果把直接把抢答电路的输出端直接接到74LS48的输入端的话，不能实现显示1～4组号，于是在抢答电路的输出端加入两个或门电路
，此时电路的显示组号功能能够实现。
图2
3、定时电路
由节目主持人根据竞赛规定的时间（该电路为10S），设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲发生电路提供,每来一个脉冲信号进行加法计数一次。
具体电路如图3所示，当主持人未按下开始开关时，74LS160的Rd’＝0，此时电路处于清零状态；
当主持人按下开始开关时，74LS160的Rd’＝1，此时电路开始进行加法计数。
在设定的有效抢答时间内，当有人抢答时，计数器计数到9，在还没进行下一次清零开始时，计时器被锁定在9。
由于74LS160是同步加减法计数器，故当在设定的时间内没人抢答时，计数器被锁存为0。
图3
4、计时译码显示电路
为此，就需要使用显示译码器将BCD代码译成数码管所需要的驱动信号，以便使数码管用十进制数字显示出BCD代码所表示的数值。
现在以74LS48作为译码器驱动七段共阴数码管，由于发光二极管的驱动电压是2.2V左右，而TTL的输出电压一般为3.7V左右，故要在数码管前加限流电阻，经计算电阻选用330Ω。
其电路如图4所示，74LS48真值表见附录。
图4
5、脉冲发生电路
根据设计要求,该脉冲的周期要为一秒,根据我们所学过的知识可知,我们可采用555定时器接成多谐振荡器,要使其震荡频率为1Hz（也即周期为1S）,根据T=（
+2
）*C*ln2知,因
=
得3
*C*ln2=1,若取C=10uF,则由上式可知道,
=
=48KΩ.其具体电路如图5所示，因为产生的波形不能满足计数器的要求，所以在其输出端接上一个反相器，用它来改善波形。
图5
6、报警电路
由于设计需要，在有人抢答和时间结束时要有声响报警。
而声响时间不宜太长，一般1秒左右比较适宜。
于是，此次设计选用了集成单稳态触发器74LS121来控制报警声的时间长度。
用74LS121直接驱动蜂鸣器便可以满足设计的要求。
其具体电路如图6所示，将74LS121的第5端输入接在Q1Q2Q3Q4上，当抢答器处于等待状态时，Q1Q2Q3Q4=0，当有人抢答或时间到时Q1Q2Q3Q4=1，这时相当于给74LS121一个脉冲上升沿，在它的作用下，集成单稳态触发器将输出高电平取得蜂鸣器发出声音。
由于蜂鸣器的响声很小，于是在74LS121的输出端接入两个反相器来延长脉冲上升沿的作用时间。
图6
七、安装与调试
1、部分调试
1）、在仿真软件EWB上仿真时出现了与平时实验所不同的问题，那就是软件上把管脚悬空当为接地处理，而实际上把悬空当为接高电平处理，由于之前没有用过这个软件，开始仿真时，都不能实现设计的目的，而反复的检查包括理论检查都找不出问题来，后来将所有的悬空都接在高电平上，才解决了问题。
2）、四D触发器74LS175坏了。
在实验箱上调试时，当接好基本的抢答电路时，发现无论哪个抢答开关按下二极管均不会亮，经检查接线都正确，初步认为是触发器出了问题，替换触发器后问题得到解决。
3）、蜂鸣器响声太小。
在调试报警电路时，发现蜂鸣器的响声太小，刚开始以为是100uF的电容太小，于是在原来电路上换了一个220uF的电容，但问题仍未解决。
后来发现单稳态触发器的输出脉冲的上升沿时间过短，于是在输出端接入两个反相器，此时问题得到解决。
2、连接调试
1）脉冲发生电路的脉冲波形不能满足计数器的要求。
在将产生的脉冲接在计数器上时，发现计数器只能在3～5之间反复计数，而脉冲信号使用实验箱上的却不会出现这个问题，经检查脉冲发生电路的接线都正确，初步认为是脉冲发生电路产生的波型不能满足计数器，于是利用反相器的整型作用，我将产生的脉冲信号接上反相器，问题便得到了解决。
2）当有人抢答时，计数器不能实现清零或停止状态。
当连接好整个电路调试时发现当有人抢答时，计数器不能实现清零或停止状态，后来在74LS160的Q1和Q4接一个与非门输出到74LS160的ET或EP中一端，此时计数器的这个功能能够实现。
八、元器件清单
器件名称
型号
数量
四D触发器
74LS175
1
同步十进制计数器
74LS160
七段数码管驱动器
74LS48
2
四输入与非门
74LS20
四—2输入或门
74LS32
集成单稳态触发器
74LS121
反相器
74LS04
七段共阴数码显示管
LC—5011
四-2输入或非门
74LS02
四-2输入与非门
74LS00
电阻
330Ω
7
48KΩ
电容
10uF
220uF
0.01uF
蜂鸣器
常断开关
5
九、心得体会
数电课程设计作为一个提高学生动手操作和设计能力的课程，它的开设不但让我们更好地掌握所学过的数字电路知识，而且让我们更好的将理论应用于实践上去。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
在整个电路的设计过程中遇到了各种各样的问题，在解决这些问题花费了一定的时间和精力，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。
然而，通过查阅各种不同的资料，我发现自己在对集成电路的认识上提高了很多，同时也掌握了一些排查故障和问题的方法，而且也使自己的逻辑思维能力得到明显的提高。
当然我的动手能力也得到了进一步的加强。
我们积累了的这些经验将有利于参加更多的设计实践。
其次在此次设计过程中由于频繁地使用了一些电子软件如：
EWB、Protel等，因此也使我对这些软件的操作上有了进一步提高。
在以后的学习生活中我会改正不足，努力学习培养自己独立思考的能力，不断提高自己，从而更加适应社会。
十、参考文献
1、《数字电路实验指导书》罗萍凌家良编
2、《数字电子技术基础》阎石编
3、《数字电子技术》张锡赓编
4、《电子技术实验与课程设计》毕满清主编
5、《电子技术基础实验与课程设计》安兵菊主编
十一、附录：
1、总电路原理图（见附页）
2、元器件引脚图
74LS4874LS12174LS04
74LS2074LS32555
3、功能表：
74LS175功能真值表
输入
输出
Cr
CP
D
Q
Q’
X
保持
74LS48功能表
同步十进制加法计数器74LS160的功能表
555定时器功能表
实物图：
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