课程设计 智能抢答器的设计与制作 终极完美版武汉理工大学.docx
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课程设计智能抢答器的设计与制作终极完美版武汉理工大学
目录
摘要........................................................................................................2
1设计任务与要求.....................................................................................3
2方案的选择与论证..................................................................................3
2.1方案一........................................................................................................................................................................................4
2.2方案二..................................................................................................................................5
2.3方案的比较与认证.............................................................................................................6
3最优方案.............................................................................................................7
3,1原理框图.............................................................................................................................7
3,2总体电路及说明..................................................................................................................8
4电路的安装与调试................................................................................................................8
4.1电路的安装与调试...............................................................................................................8
4,2问题和解决方法...................................................................................................................9
5总结..................................................................................................10
参考文献................................................................................................12
附录元器件功能介绍..............................................................................13
摘要
数字抢答器由主体电路与扩展电路组成.优先编码电路,锁存器,译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出;用控制电路和主持人开关启动报警电路,以上两部分组成主体电路.通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生信号在显示器上输出实现计时功能,构成扩展电路,经过布线,焊接,调试等工作（或仿真）后数字抢答器成形.现代社会中抢答是智力竞赛中非常普遍的一种答题方式。
在本次课程设计中，我们主要设计了一个8位定时智能抢答器，它具备自动锁存、启动、复位、显示抢答相关信息、判断抢答是否有效等功能。
在本报告中，主要介绍了抢答器两种设计方案及最优方案的原理框图、总电路图、单元电路设计、元器件选择、对电路的调试及最后的分析体会总结。
关键字：
锁存报警抢答
智能抢答器的设计与制作
1设计任务和要求
1.1设计任务
（1）可同时供８名选手抢答输入，每人一个开关；
（2）稳定显示与输入开关编号相对应的数字0-7；
（3）主持人一个开关以控制开始或显示清0
（4）当有人抢答时，其对应编号立即显示并锁存，且其他选手被禁止
选作:
设计
具有定时抢答功能的电路，由主持人预先设定时间
1.2设计要求
（1）设计任务及要求
（2）方案比较及认证
（3）系统框图，原理说明
（4）硬件原理，完整电路图，采用器件的功能说明
（5）调试记录及结果分析
（6）对成果的评价及改进方法
（7）总结（收获及体会）
（8）参考资料
（9）附录：
器件表，芯片资料
2方案选择与论证
2.1方案一
方案一总电路图1所示
图1方案一总电路原理图
方案一元器件
方案一电路中使用的元件如表1所示
表1方案一所用元器件一览表
元器件类型或名称
数量
共阴极BCD七段显示器
3
74LS48D
3
74LS348D
1
74F573SC
1
74LS192D
2
555定时器
1
逻辑门
4
发光二极管
1
排阻
1
电容
2
单电阻
若干
2.2方案二
方案二总电路图2所示
图2方案二总电路原理图
方案二元器件
方案二电路中使用的元件如表2所示
表2方案二所用元器件一览表
元器件类型或名称
数量
共阴极BCD七段显示器
2
74LS48D
2
74LS148D
1
74LS273DW
1
74LS192D
1
555定时器
1
逻辑门
6
发光二极管
1
排阻
3
电容
2
单电阻
若干
2.3方案比较与认证
本次课程设计是基于我们的数字电子技术理论课来进行操作的，我们所设计的抢答器应该具有普遍适用性和经济性。
总之，对于本次课程设计的整体电路，我们应该从经济性、实用性和设计意义等方面来进行方案的比较和选择。
首先，从经济性方面来看，本次设计的数字抢答器，主体电路是由功能部件或单元电路组成的。
所以在设计这些电路或选择部件时，尽量选择同类型的部件，比如所有的功能部件都选择TTL集成电路或都采用CMOS集成电路，另外整个系统所使用的部件应该尽可能少。
方案二虽然多了3个逻辑门，但分别少了一个BCD七段显示器、与其配套的译码器和一个74LS192D芯片，总体来说方案二较占优势。
其次，从实用性来看，两个方案都起到了一个八人抢答器所应具备的所有功能。
唯一功能上的区别在于定时设计的长短，方案一设计的是30进制倒数计时而方案二设计的是10进制倒数计时，然而就常规习惯来说，计时器的脉冲信号的周期为1秒，而一般竞赛比赛中的抢答环节设置30秒的定时抢答是不符合常理的，相比之下，10秒定时显得更合情理更普遍。
所以，就这方面来看，方案二也较方案一更合理。
再次，从设计意义上来看，本课程设计主要考查我们对译码器、显示器、编码器、触发器、脉冲发生器及计时器等的综合使用的能力，电路中每个知识点有出现即可，不必如方案一一样重复出现计时器的使用。
相比之心，方案二既涉及到每个知识点又不显得重复，所以方案二更优。
综上，从以上三个反方面分析，方案二更好。
但是，具体是否稳定可行，还需进行仿真和实际操作后再以实际实践做出结论。
3最优方案
3.1原理框图及说明
原理框图如图3所示
抢答七段
译码器
抢答七段
显示器
优先
编码器
八路
锁存器
抢答
开关
脉冲产生
电路
192计时器
计时七段译码器
图3最优方案原理框图
框图说明
此方案中，八路抢答开关与锁存器相连，使得输入锁存器的直接是各位选手的高低电平，而非BCD码，然后经过优先编码电路、译码电路后显示在LED数码管上；同时，由主持人控制开关以及其他部分的线路通过门电路实现对抢答电路和定时电路的控制；另外，本方案由555定时器构成多谐振荡器产生脉冲信号来提供锁存器及计时器的CP信号。
3.2总体电路图及说明
总体电路图
方案二的总体电路原理图如图2所示。
总体电路说明
抢答部分电路：
完成基本的抢答功能，即抢答开始后，抢答者手动抢答开关，通过锁存电路、编码电路和显示电路显示优先抢答者编号，同时封锁输入电路，禁止其他选手抢答。
定时部分电路：
主持人根据抢答题或回答问题所需时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，并在主持人控制开始后开始倒计时（10进制减计数）。
控制报警部分：
节目主持人宣布完考题后，拨动“启动”开关，计时开始，同时通过控制电路允许抢答部分工作。
一旦抢答者拨动抢答开关，说明已有抢答者来回答问题，系统通过控制电路来封锁抢答电路，此时计数停止且保持在当前数字。
若在定时时间内都没有人拨动抢答开关，则证明此题无人作答，在计时到“0”时，系统通过计时电路部分来封锁抢答电路，此时报警灯亮，即时间超时后不准作答。
总体来说，数字抢答器的工作原理为：
接通电源后，节目主持人拨动“复位”（清零）开关，抢答器处于禁止抢答状态，显示器和报警灯均熄灭。
当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时拨动“启动”开关，定时器倒计时，报警电路处于工作状态。
当定时时间未到，有选手抢答时，对应抢答显示器显示选手编号，计时停止，并且输入电路被封锁，禁止其他选手抢答；当时间到还未有人答题时，报警灯亮，输入电路被封，不能答题。
4电路安装与调试
4.1电路安装与调试过程
具体安装与调试过程如下：
1.万用表检查所有导线是否导电。
2.不接电源，按照设计电路图对应的相应管脚，将高低电平开关、排阻与锁存器74LS273DW相连。
3.按照电路图，将锁存器74LS273DW与优先编码器74LS148D相连。
4.按照电路图，将优先编码器74LS148D与译码器74LS48D相连。
5.按照电路图，将译码器74LS48D与七段半导体LED数码管相连。
此时，抢答电路安装完成。
7.进行第一次调试：
电源正极和地接入面包板正确位置，用外部脉冲信号检查抢答回路的七段数码管是否能正常显示。
若无法正常显示，则对照电路图仔细检查电路的连接情况，并用万用表检查电路中每一处的高低电平情况。
8.不接电源，按照电路图，连接定时器部分。
将计时器74LS192D分别与计时七段译码器74LS48D、计时报警电路、优先编码器74LS148D相连；再将计时七段译码器与计时显示器相连。
此时，计时电路安装完成。
9.进行第二次调试：
电源正极和地接入面包板正确位置，用外
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