六路数字抢答器的设计1Word格式.docx
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职称
评审时间
年月日
课程设计作品验收表
题目
参与人员
班级
100912016
设计任务与要求：
1、设计一个供六人使用的抢答器；
2、抢答器有锁存和计时功能；
3、抢答器有报警功能。
作品完成情况：
验收情况：
验收教师签名：
___________
年月日
目录
1.设计任务与要求1
2总体设计方案1
2.1方案选择2
2.2数字抢答器总体方框图2
3系统详细设计3
3.2定时电路4
3.3报警电路5
3.4时序控制电路5
3.5相关元器件的介绍6
3.5.174LS2796
3.5.274LS1487
3.5.374LS48译码器8
3.5.4555定时器8
4系统仿真与测试9
4.1Protues的基本操作方法9
4.2仿真步骤10
4.3仿真结果及分析10
5调试13
5.1调试14
6收获与体会16
参考文献16
附录17
1．设计任务与要求
设计制作一个可供6组选手参加比赛的数字式竞赛抢答器。
（1）抢答器同时供6组选手，分别用6个按钮S0—S5表示。
（2）设置一个系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
（3）抢答器具有第一个抢答信号的鉴别和数据锁存，显示的功能。
抢答开始后，若选手按动抢答按钮，锁存相应编号，并在LED数码管上显示该编号，同时扬声器给出声响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。
抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
（4）抢答器具有计分，显示的功能。
预置分数可由主持人设定，并显示在每名选手的计分牌上，选手答对加1分，答错扣1分。
（5）抢答器具有定时抢答的功能，抢答时间由主持人设定。
当主持人按下开始按钮后，定时器开始减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5S左右。
（6）参赛选手在设定时间内抢答有效，抢答有效，定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
（7）如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。
系统扬声器报警并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示“00”。
（8）抢答器具有犯规提示的功能，对提前抢答和超时抢答的选手，扬声器会发出警示信号，并在显示器上显示其编号。
2总体设计方案
2.1方案选择
采用74LS148优先编码器分辨选手抢答的先后，并通过RS锁存器74LS279锁存抢答者的编号，再经过74LS48芯片译码驱动共阴极数码管显示或者是采用CC4067作为编码电路的核心元件，当有选手抢答时输出四位相应的8421BCD码即可同时供16位选手抢答。
经CC4511七段译码器译码后驱动共阴极数码管显示，同时利用CD4069组成一个多谐振荡器，作为十进制计数器CC4510的CP脉冲使其计数并与D触发器CD4013完成自动锁存的功能。
2.2数字抢答器总体方框图
定时抢答器的总体框图如图1所示。
其主要由主体电路和扩展电路两部分组成。
主体部分完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号。
同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。
扩展电路完成定时的抢答功能。
显示电路
主持人
控制开关
控制电路
秒脉冲产生电路
译码电路
定时电路
优先编码电路
抢答按钮
锁存器
图1定时抢答器的总体框图
图1所示定时抢器的工作过程是：
接通电源时，节目支持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定的时间，当主持持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器倒计时，当定时时间到，却没有选手抢答时，输入电路被封锁，禁止选手超时后抢答。
当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成下面几个工作：
1.优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后有译码显示电路显示编号；
2.制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；
3.控制电路要使定时器停止工作，时间器上显示抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止，以便进行下一轮抢答。
3系统详细设计
3.1抢答器电路
图2抢答电路
参考电路如图所示。
该电路完成两个功能：
一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，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：
开关S置于"
清除"
端时，RS触发器的端均为０，４个触发器输出置０，使74LS148的＝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，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，1Q=1,=1,74LS48处于工作状态，４Q３Q２Q=101,经译码显示为"
５"
。
此外，1Ｑ＝１，使74LS148＝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的此时由于仍为１Ｑ＝１，使＝１，所以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。
如有再次抢答需由主持人将Ｓ开关重新置0清除"
然后再进行下一轮抢答。
74LS148为８线－３线优先编码器，
3.2定时电路
图3定时电路
由节目主持人根据抢答题的难易程度，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电路提供。
可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如上图所示。
3.3报警电路
由555定时器和三极管构成的报警电路如图所示。
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。
图4报警电路
3.4时序控制电路
时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：
①主持人将控制开关拨到"
位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。
②当参赛选手按动抢答键时，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，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。
图5抢答电路和定时电路停止工作
根据上面的功能要求，设计的时序控制电路如上图所示。
图中，门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端。
图11、4的工作原理是：
主持人控制开关从"
位置拨到"
位置时，来自于图11、2中的74LS279的输出1Q=0，经G3反相，A＝1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。
同时，在定时时间未到时，则"
定时到信号"
为1，门G2的输出=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求。
当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q＝1，经G3反相，A＝0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；
同时，门G2的输出=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求。
当定时时间到时，则"
为0，=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。
同时，门G1处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能③的要求。
集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。
3.5相关元器件的介绍
该设计用到较多集成电路电路芯片，在此给出其管脚图和部分功能介绍。
3.5.174LS279
74LS279RS锁存器，当R=1，S=0时，输出为；
当R=1S=1时，锁存器具有保持功能，将输出一直保持为1，达到锁存的目的。
表1174LS279锁存器功能
输入
1
2
输出
Q
000
0X1X01110111
1
1
没改变
3.5.274LS148
在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。
不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。
在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。
74148是一个八线-三线优先级编码器。
如图所示的是八线-三线编码器74148的惯用符号及管脚图引脚图。
74148优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚VCC（16）和GND（8）外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。
其中I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端。
74148真值表可列输出逻辑方程为：
A2=（I4+I5+I6+I7）IEA1=（I2I4I5+I3I4I5+I6+7）·
IE
A0=（I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7）·
IE
使能输出端OE的逻辑方程为：
OE=I0·
I1·
I2·
I3·
I4·
I5·
67·
当使能输入IE=1时，禁止编码、输出（反码）：
A2,A1,A0为全1。
当使能输入IE=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。
OE为使能输出端，它只在允许编码（IE=0），而本片又没有编码输入时为0。
扩展片优先编码输出端GS的逻辑方程为：
GS=（I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7）·
GS为片优先编码输出端，它在允许编码（IE=0），且有编码输入信号时为0；
若允许编码而无编码输入信号时为1；
在不允许编码（IE=1）时，它也为1
GS=0表示“电路工作，而且有编码输入”
74148优先编码器真值表
下图为74LS148的功能介绍
3.5.374LS48译码器
图674LS48译码器管脚分布图
原理说明：
清零"
端时，RS触发器的输入端R均为０，４个触发器输出置０，使74LS279中BI/RBO＝０，A3A2A1A0=0000,使之处于锁存状态。
74LS279不工作，输出全为0。
时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，1Q=1,YS=1,74LS48处于工作状态，４Q３Q２Q=101,即74LS279输入端A3A2A1A0=0101，经74LS279后输出YgYfYeYdYcYbYa=1101101,经译码显示为"
5"
3.5.4555定时器
555定时器是一种多用途的数字/模拟混合集成电路，具有开关特性，可以构成各种单元脉冲电路。
图7555定时器引脚图
4系统仿真与测试
4.1Protues的基本操作方法
元件选用：
打开元件库栏，移动鼠标到需要的元件图形上，按下左键，将元件符号拖拽到工作区。
元件的移动、旋转、反转、复制和删除：
用鼠标单击元件符号选定，用相应的菜单、工具栏，或单击右键激活弹出菜单，选定需要的动作。
元器件参数设置：
双击元件，设定相应的参数。
导线的连接：
要包括导线的连接、弯曲导线的调整、导线颜色的改变及连接点的使用。
连接：
鼠标指向一元件的端点，出现小圆后，按下左键并拖拽导线到另一个元件的端点，出现小圆后松开鼠标左键。
删除和改动：
选定该导线，单击鼠标右键，在弹出菜单中选delete。
或者用鼠标将导线的端点拖拽离开它与元件的连接点。
4.2仿真步骤
（1）根据电路原理图，在protues元器件库找出相应的元器件。
（2）用导线将元器件按图连接好。
（3）将元器件相应参数改好。
（4）进行电路仿真，根据仿真确定相应的参数。
4.3仿真结果及分析
总体电路
图8电路总体仿真图
抢答电路
图9抢答电路仿真图
定时器
图10定时电路仿真图
仿真开始
图11仿真开始电路
仿真倒计时
图12仿真倒计时中
选手抢答，显示选手位置，定时器停止工作
图13抢答定时
5.调试
5.1调试的方法
1、抢答电路的调试
抢答电路主要是由一块74LS48和一块74LS192以及一个数码显示器组成的。
在调试时，可以在编码器的各输入端接上开关,当接上电源后,用各开关打开或断开来判断数码显示器是否显示正常。
2、定时电路调试
清零是由主持人控制的.这个电路比较简单，只有一个指示灯，当主持人开关断开时，指示灯通过接地连接到各触发器的清零端，这时数码显示器应显示为0，如果不为零则电路不正常。
6收获与体会
经过这设段时间的课程设段计，我收获了很多。
我觉得做课程设计的同时也是对课本知识，比如数电和模电等方面的知识有了一定巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就似乎有思路了。
而且还可以记住很多东西。
比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过实践让我对各个元件映象深刻。
认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
所以这个课程设计对我的作用是非常大的。
在这次的课程设计中，我查阅了大量的资料，不仅温习了已学的知识还掌握了其他芯片的功能，收获颇多，这也增加了我对电子技术方面的兴趣。
在这次课程设计中我遇到了一些问题和挫折，例如各个元器件的连接，计数器的运用等。
但是通过和同学的讨论，老师的帮助我对抢答器的整体电路有了更好的了解。
虽然可能还有些瑕疵，设计不是那么的完美，还请老师见谅，通过这段时间的努力，我相信还是能完成基本的要求的。
通过这次课程设计，我基本掌握了用Protues软件仿真电路图并进行仿真分析，且初步掌握了电子电路的设计方法，在以后的学习中还需多加练习，熟练掌握，为以后的工作作准备。
回顾这段时间的课程设计，我觉得它给我的人生旅途上留下了一个美好的回忆。
在老师的身上我也学到了很多实用的知识，在此我表示感谢！
同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！
参考文献
1、杨清学主编电子装配工艺电子工业出版社2003.4
2、关健主编电子CAD技术电子工业出版社2004.1
3、杨志忠主编数字电子技术高等教育出版社2000
4、刘征宇电子电路设计与制作，福建科学技术出版社2003
5、陈新华，魏绍亮主编电子技术实践机械工业出版2003.1
6、陈永甫555集成电路应用800例电子工业出版社1992
7、谢自美主编电子线路设计.实验.测试华中科技大学出版社
附录
元器件申请表
2012年9月20日
姓 名
指导老师
班 级
课题题目
六路抢答器设计
元器件
清 单
序号
器件名称
规格
数量
电阻R1--R6
80K
六个
2
7404
一片
3
74LS247
4
单刀单掷SW-SPDT
S0---S5
5
单刀双掷
S
一个
6
集成电路芯片
74LS48
两片
7
/
74LS373
8
74LS30
9
74LS192
12
74LS04
13
74LS148
14
74LS32
15
NE555
16
三极管NPN
3DG12
17
发光二极管
LED-BLUE
18
电路板
19
七段共阴极显示器
7SEG-COM-ANODE
20
7SEG-COM-CAT-GRN
两个
21
导线
若干
指导老师意 见
年月日
领件人
年月日
升级会员 