五路抢答器word文档良心出品Word格式.docx
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1、抢答信号产生电路·
2、编码电路·
3、锁存电路·
4
4、译码显示电路·
5
5、延时电路·
6、振荡电路·
7
六、总体设计及实现·
9
七、调试过程与仿真·
10
八、元器件清单·
11
九、设计总结·
十、参考资料·
13
一、设计题目
智力竞赛抢答器
二、设计要求与设计说明
设计并制作一个智力竞赛抢答器。
1、最多可容纳五名选手或五个代表队参加比赛，他们的编号分别为1、2、3、4和5，各用一个抢答按钮，其编号与参赛者的号码一一对应。
此外，还有一个按钮给主持人来清零，这些按钮（共六个）均采用自制的触摸按钮。
2、抢答器具有数据锁存功能，并将其锁存的数据用LED数码管显示出来。
在主持人将抢答器清零后，若有参赛者的手指触及抢答触摸按钮，数码管立即显示出最先动作的选手的编号，同时蜂鸣器发出间歇式声响，声音持续时间约一秒钟。
3、抢答器对参赛选手动作的先后有很强的分辨能力。
即使他们动作的先后只相差几毫秒，抢答器也能分辨出来。
也就是说，数码管不显示后动作选手的编号，只显示先动作选手的编号并保持到主持人清零为止。
4、在各抢答按钮为常态时，主持人可用清零按钮将数码管变为零状态，直至有人使用抢答按钮为止。
5、画出总体电路图并列出元器件清单。
三、课题分析与设计说明
接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器处于零状态；
选手在抢答时，抢答器完成信号产生、编号锁存（优先判断）、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后，编号显示静止并禁止二次抢答。
如果再次抢答必须由主持人再次操作“清零”和“开始”状态开关。
在抢答过程中，分别由抢答信号产生电路、锁存电路、编码电路、译码电路四部分组成。
四、设计思路及原理
根据设定的总体方框图，经一致讨论和对芯片的取舍及实施的难易程度，我们选择了综合各方面都比较容易实现的方案。
由74LS148编码器、74LS373锁存器、74LS47译码器、555定时器构成的单稳态触发器及555定时器构成的多谐振荡器组成。
五、单元设计及实现
1、抢答信号产生电路
抢答信号产生电路由各参赛队员分别控制用以产生抢答信号。
如图5.1.1所示，设计中前五个是抢答按钮由上到下分别为1、2、3、4、5号按钮，抢答信号是以低电平为有效信号，按钮都和GND相接；
最后一个为按钮为清零按钮，清零信号以高电平为有效信号。
在编码电路前面有上拉电阻。
图5.1.2为按钮的实物图。
图5.1.2
2、编码电路
编码电路用于对最先发生的抢答信号编码将抢答信号编码为二进制数。
如图5.2.1所示，编码电路使用74LS148进行编码。
当按钮没有被按下时，74LS148的输入端1、2、3、4、5被上拉电阻R1，R2，R3，R4，R5置1，输出111，利用74LS04将输出转化为000；
如果按下1号按钮，D1被置低，输出110，利用74LS04将输出转化为001；
如果按下2号按钮，D2被置低，输出101，利用74LS04
将输出转化为010；
同理可以推出其他按钮输出。
3、锁存电路
锁存电路将最先抢答信号锁存保留，且不受后来抢答信号影响。
图5.3.1
如图5.3.1所示，锁存电路使用74LS373进行锁存。
芯片11脚（LE）为高电平的时候不锁存，1脚（OE）和11脚（LE）为低电平的时候锁存，此时Q0Q1Q2=D0D1D2。
当按钮没有按下时，Q0Q1Q2输出为低电平，三输入或非门74LS27的6脚输出高电平，锁存器不锁存。
当任一抢答按钮按下后，Q0Q1Q2至少有一个输出为高电平，三输入或非门74LS27的6脚输出低电平，锁存器锁存，后来的强大信号对其没有影响。
当清零按钮按下后，LE接入高电平，锁存器不锁存，则可进行下一轮抢答。
锁存器数据传输延迟为17~30ns，锁存传输延迟为25~30ns，或非门传输延迟为3~15ns，所以能分辨的信号只要不超过80ns就能分辨出来。
4、译码显示电路
译码显示电路用于将先抢答队员的代码显示出来。
如图5.4.1所示，译码显示电路使用74LS47和共阳极数码管进行译码显示。
3、4、5脚接高电平使能正常工作，7、1、2、6脚应为二进制输入端，此电路中不用D位，所以接地。
5、延时电路
延时电路是给振荡电路提供约1秒的使能信号。
图5.5.1
如图5.5.1所示，主要使用电容C1充放电实现。
没有按下按钮时，三输入或非门的6脚输出高电平，此时不会通过电阻R6给电容C1充电，555定时器的2脚持续输入高电平，3脚持续输出低电平，即振荡电路的复位端4脚为低电平使得其不能起振，此时蜂鸣器不工作。
如果任一按钮被按下，三输入或非门的6脚输出低电平，此时VCC通过电阻R6给电容C1充电，555定时器的2脚输入由高电平变为低电平，3脚输出由低电平转变为高电平，即振荡电路的复位端4脚为高电平使振荡电路起振。
电容C1充电，两端电压升高，555定时器的2脚输入逐渐升高，使得振荡电路停止震荡。
当按下清零按钮后，三输入或非门6脚为高电平，电容开始放电，直到电流两端不再有放电电流，振荡电路不会起振直到下一轮抢答。
整个过程可以通过调节R8、C4大小控制电路的延时时间。
Tw=1.1R8C4
6、振荡电路
振荡电路是产生一个低频振荡的电路，使得蜂鸣器能够间歇的报警。
图5.6.1
如图5.6.1所示，主要使用555定时器构成的多谐振荡器实现。
4脚输入低电平时，3脚输出低电平，蜂鸣器不工作。
4脚输入高电平时，振荡电路起振，3脚输出高电平持续T1，低电平持续T2的周期信号，使得蜂鸣器工作并间歇的报警。
T1=R9Cln2≈0.7R9C
T2=R10Cln2≈0.7R10C
六、总体设计及实现
七、调试过程与仿真
首先把设计的电路在电脑上通过Proteus软件进行仿真，仿真结果全部功能正常。
然后再面包板上进行插线安装，并进行调试。
我们一共进行了三次调试。
第一次调试在安装完抢答信号产生电路，编码电路及锁存电路后。
未按按钮时，锁存器三个输出端均为低电平，或非门输出为高电平，按下按钮时，锁存器对应输出端为高电平，或非门输出为低电平，并且按下清零键可以实现清零功能，使电路回到按下按钮前的状态。
第二次调试在安装完抢答信号产生电路，编码电路，锁存电路及译码显示电路后。
未按按钮时，数码管显示零，按下按钮数码管持续显示对应数字，按下清零键数码管回复为零。
第三次调试在安装完全部电路后。
未按按钮时，数码管显示零，按下按钮数码管持续显示对应数字并且蜂鸣器发出持续约一秒的间歇性响声，按下清零键数码管回复为零。
在调试过程中遇到过几个问题：
（1）在电源接通瞬间，数码管显示7并锁存，需要清零
才能继续工作；
（2）按下第五个按钮后数码管显示6。
解决方法：
（1）在锁存器的电源端并联一个10uF的电容接地；
（2）再确认未接错线后，更换编码器。
八、元器件清单
器件
数量
说明
备注
74LS148
编码器
74LS373
锁存器
74LS47
译码器
74LS04
非门
74LS27
三输入或非门
蜂鸣器
有源
数码管
共阳
按钮
6
自恢复
电容0.01UF
电容10UF
电阻1K
电阻5K
电阻10K
电阻510
9、设计心得
这次课程设计的电路是比较复杂的。
有了上学期的模电作为基础，这学期的数电做起来还算顺手，不过在设计的过程中还是遇到了一些麻烦，都被一一解决了，对于实验室没有的一些芯片，我们也可以通过自己所学的知识根据芯片功能参数来选用别的芯片来代替，这让我们对数电的逻辑功能有了更加深入的了解。
在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是在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，最后还是在通过对电路的改进，上机仿真以及接线调试，终于使整个电路可以稳定工作。
设计过程中，我们深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当繁琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中不免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心查找原因。
试验阶段可以说是这次设计中最重要的部分，因为以前的都只是理论而不是真正意义上的实践，所以说它是最重要的。
试验阶段我们遇到的问题有：
对软件不熟悉；
对实验过程中信号的测量知识学习很少；
因为各个模块式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。
针对以上几个问题我们做出了以下解决方法：
软件不熟悉，就借来参考书并向同学讨教，一步步学习，随着接触的增加软件也就越来越熟悉，这方面的问题不是太难，因为一边理论一边学习正式我们获取知识的好方法，而且也学的特别快。
总之，通过这次练习我们有了很多收获。
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，培养了我们的设计思维，增强了动手能力。
在改进电路的过程中，同学之间互相探讨，最后的电路已经比初期设计有了很大提高。
在让我们体会到了设计电路的艰辛的同事，更让我们收获了大量的知识和实践经验并且体会到成功的喜悦和快乐。
10、参考资料
1、《数字电子技术基础》高等教育出版社阎石主编
2、XX百科74LS148资料：
XX百科：
3、XX文库74LS47资料：
XX文库：
4、XX文库74LS373资料：
这次课设电路不是很复杂，但可以说是对我们所学的数电模电知识的一次综合考核。
这次课设完全由我们小组自己设计，自己插线安装，然后调试修改，逐步完善，直至实现所有功能。
这其中遇到很多问题，通过查阅资料，询问同学一一解决之后，收获了很多课本上学不到的知识。
第一次设计电路，有种无从下手的感觉，只能从功能要求出发，思考要实现功能需要达到哪些效果，达到什么效果又该使用哪些芯片，慢慢设想联系到实际电路，有些用到的芯片在课本上没有学到，就上网查资料，查功能表，查引脚图。
就这样在电脑上一次次仿真一次次修改，逐步完成设计。
仿真软件也是第一次用，不熟悉，就上网XX，向同学讨教，自己一步步摸索，到后来也能用的像模像样了。
不过设计完电路只是完成了三分之一的工作，之后便是在面包板上插线安装。
这面包板也是第一次用，不知道怎么用，也是上网XX搞定。
插线是个辛苦活，要细心耐心确保不出错，还要横平竖直，走线美观。
终于插完线，但之后的调试工作却更加繁琐。
查了好几遍线都没有问题，但功能就是不能实现，不免有点心浮气躁起来，偶尔也会有点灰心，想要放弃。
这时就需要我们静下心来从故障查找原因，分析可能出错的地方，重新检查线路。
在整个过程中，我们思考怎样布局更美观，怎样排查故障等等，提高了动手能力，学到了很多实践的经验，学到了团队合作的精神，收获了成功的喜悦，以及无法代替的小小的成就感。
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