电子技术课程设计智力竞赛抢答器设计报告.docx

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电子技术课程设计智力竞赛抢答器设计报告

电子技术课程设计--智力竞赛抢答器设计报告

智力竞赛抢答器设计报告

一．设计任务和要求----------------------------------------------

（2）

1.1设计任务------------------------------------------------

（2）

1.2设计要求------------------------------------------------

（2）

1.3设计目的------------------------------------------------

（2）

二．设计方案的选择与论证----------------------------------

（2）

2.1设计思路------------------------------------------------

（2）

2.1.1基本功能---------------------------------------------（3）

2.1.2扩展功能--------------------------------------------（3）

2.1.3抢答器的组成框图--------------------------------（3）

2.2方案论证------------------------------------------------（5）

三．电路设计计算与分析----------------------------------------（5）

3.1单元电路的设计及原理分析------------------------（5）

3.1.1抢答电路的设计------------------------------------（5）

3.1.2定时电路的设计------------------------------------（8）

3.1.3声响电路的设计------------------------------------（8）

3.1.4时序控制电路设计---------------------------------（9）

3.2电路仿真图--------------------------------------------（11）

3.2.1抢答模块电路仿真图-----------------------------（11）

3.2.2定时模块电路仿真图----------------------------（12）

3.2.3整体电路仿真图-----------------------------------（12）

3.3电路元器件参数的选择-----------------------------（12）

四.总结及心得----------------------------------------------------（20）

五．附录------------------------------------------------------------（22）

附录一.元件清单------------------------------------------（22）

附录二.电路原理图（另见A3纸）--------------------------（22）

六．参考文献------------------------------------------------------（23）

一．设计任务和要求

1.1设计任务：

利用所学的数字电子电路的知识设计一个可供四组参赛者进行比赛的智力竞赛抢答器。

1.2设计要求：

（1）四组参赛者在进行抢答时，当抢答者按下面前的按钮时，

抢答器能准确地判断出抢先者，并以二极管发光为标志。

（2）抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动封锁其他各

组进行抢答。

（3）抢答器应具有限时（回答问题抢答时）功能。

限时档次

可分别设为30秒、60秒、90秒；时间到时应发出声响，

且时间数据要用数码管显示出来。

（4）抢答者犯规（主持人未说“开始抢答”时，参赛者抢先

按钮）时，数码管以显示选手编号出现闪动为标志。

（5）系统应具有一个总的复位开关。

1.3设计目的：

（1）进一步掌握数字电子技术的理论知识，培养学生工程设计

能力和综合分析问题、解决问题的能力。

（2）基本掌握常用电子电路的一般设计方法，提高电子电路的

设计和实验能力。

（3）熟悉并学会选用电子元器件，为以后从事生产和科研工作

打下一定的基础。

二．设计方案的选择与论证

2.1设计思路

该电路的根本任务是准确地判断出第一抢答者的信号并将其锁存。

实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等。

在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，其他组的选手则无法进行抢答。

同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。

当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二极管直接指示出组别。

在主持人没有按下开始抢答按钮前，若已有参赛者抢答，数码管显示的数字就会一闪一闪地跳动，此时表明选手犯规；主持人可以根据题目的难易程度设定一个抢答时间，如30秒、60秒、90秒。

当主持人按下开始抢答按钮后，计时电路开始进行30秒、60秒或90秒倒计时。

此时，若有组别抢答，数码管显示该组别且抢答指示灯亮计时停止，即表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无组别抢答，则计时指示灯显示00表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮地抢答。

2.1.1基本功能

（1）抢答器同时供4组代表队比赛，可用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。

用来控制系统清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。

（3）抢答器具有锁存与显示功能。

即抢答开始后，选手按动按钮，锁存相应的编号，并在编号显示器上显示该编号。

同时封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。

优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

2.1.2扩展功能

（1）抢答器具有定时抢答功能。

要求定时器开始倒计时，并用定时显示器显示倒计时时间。

（2）参赛选手在设定时间内抢答，抢答有效，同时定时器停止倒计时，编号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。

（3）如果定时抢答时间已到，而无选手抢答时，则本次抢答无效。

控制系统驱动扬声器报警，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。

2.1.3抢答器的组成框图

定时抢答器的总体框图如图1所示，它主要由主体电路和扩展电路两部分组成。

主体电路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。

扩展电路完成定时抢答的功能。

图1所示的定时抢答器的工作过程是：

接通电源时，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，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主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，定时器开始进行倒计时。

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

当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下三项工作：

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，然后由译码显示电路显示其编号。

②控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次抢答。

③控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。

图1定时抢答器总体框图

2.2方案论证

由抢答器的构成框图可知，它主要由控制电路、触发锁存电路、定时电路和报警电路几部分组成。

在它的主体电路中，抢答按钮按下后，信号通过优先编码电路，封锁了其他抢答通道，并通过锁存器锁上抢答通道信号，通过译码电路再由7段数码管显示。

并且，优先编码电路受扩展电路的定时信号控制，当倒计时为0，则锁上抢答电路，停止抢答。

若有抢答信号后，也能控制扩展电路中的定时电路，使其停止计时，并将抢答时间锁定。

在它的扩展电路中，秒脉冲产生的电路通过定时电路控制抢答时间，并通过译码电路后由7段显示器显示。

该显示采用的是倒计时显示。

当倒计时结束后，则产生控制信号锁住抢答通路。

所选方案采用74LS148（8线—3线优先编码器）来分辨出选手抢答的先后，采用基本RS锁存器74LS279芯片实现对号码的锁存，采用74LS192同步十进制可逆计数器来实现十进制的减法计数，与555定时器构成的多谐振荡器产生的秒脉冲信号来共同实现倒计时，采用555定时器和三极管构成的声响电路实现报警信号的输出。

因此满足了设计的总体要求，该方案可行。

三．电路设计计算与分析

3.1单元电路的设计及原理分析

3.1.1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，其电路组成如下图2所示。

其工作原理是：

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

于是74LS48的/=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端=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，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端—输入信号，当有选手将键按下时（如按下S2），74LS148的输出=101，=0，经RS锁存器后，/=1，此时74LS279处于工作状态，输出端=010，经过74LS48译码后，显示器显示出“2”。

图2抢答电路

此时，=1，即ST端为高电平，使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的高电平，但由于1Q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。

其中，基本RS触发器（74LS279芯片）的工作原理是：

1.保持状态。

当输入端接入==1的电平时，如果基本SR触发器现态=1、=0，则触发器次态=1、=0；若基本SR触发器的现态=0、=1，则触发器次态=0、=1。

即==1时，触发器保持原状态不变。

2.置0状态。

当=1，=0时，如果基本SR触发器现态为=1、=0，因=0，会使=1，而=1与=1共同作用使端翻转为0；如果基本SR触发器现态为=0、=1，同理会使=0，=1。

只要输入信号=1，=0，无论基本SR触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为0态。

3.置1状态。

当=0、=1时，如果触发器现态为=0、=1，因=0，会使G1的输出端次态翻转为1，而=1和=1共同使G2的输出端=0；同理当=1、=0，也会使触发器的次态输出为=1、=0；只要=0、=1，无论触发器现态如何，均会将触发器置1。

4.不定状态。

当==0时，无论触发器的原状态如何，均会使=1，=1。

当脉冲去掉后，和同时恢复高电平后，触发

器的新状态要看G1和G2两个门翻转速度快慢，所以称==0

是不定状态，在实际电路中要避免此状态出现。

抢答模块电路中显示译码器接的是共阴极的数码管，二进制译码器是将输入的二进制代码的各种状态按特定含义翻译成对应输出信号的电路，也称为变量译码器。

若输入端有n位，代码组合就有2n个，可译出