数字式竞赛抢答器数电课程设计报告最后版1.docx
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数字式竞赛抢答器数电课程设计报告最后版1
黑龙江工业学院
数字电子技术课程设计报告
院系：
电气与信息工程系
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摘要
当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈频
繁，那么也就必然离不开抢答器。
而现在的抢答器有着数字化，智能化的方向发展，这就必然提高了抢答器的成本。
鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多，操作简单，经济实用的小型抢答器必将大有市场。
本抢答器通过十分巧妙的设计仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比较有分辨时间极短、结构清晰，成本低、制作方便等优点，并且还有防作弊功能。
因此，我们制作了这款简易四路抢答器屏弃了成本高，体积大，而且操作复杂。
我们采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计思想，因而本抢答器具有显示直观，不需要人干预的特点。
而且在显示时抢答器会发出叮咚声使效果更为生动。
工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备.在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。
如果在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。
这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。
关键字：
知识竞赛;抢答器;数字显示器；触发器
数字式竞赛抢答器
一、设计要求
1）给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。
2）4名选手编号为：
1，2，3，4。
各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。
3）抢答器具有数据锁存和显示的功能。
抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。
4）抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。
当主持人按下开始按钮后，定时器开始显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响持续1秒。
参赛选手在设定时间（9秒）抢答有效，抢答成功，扬声器响持续1秒，同时定时器停止倒计时，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。
5）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（音响持续1秒），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0。
二、设计方案
2.1各功能方案选择
抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。
即当抢答开始后，选手抢答按动按钮，锁存器锁存相应的选手编码，同时用LED数码管把选手的编码显示出来，并且开始抢答时间的倒计时，同时用LED数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。
而在选手按键抢答以及抢答时间倒计时到时的时候都有报警以提醒主持人和选手。
抢答时间设定9秒，报警响声持续1秒。
接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。
定时器倒计时，扬声器给出声响提示。
选手在定时时间抢答时，抢答器完成：
优先判断、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、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。
1）抢答功能实现方案
用一片八线-三线八进制优先编码器74LS148、四SR触发器74LS279和七段译码器74LS48实现四路抢答功能。
2）定时功能实现方案
采用555定时器。
3）显示功能实现方案
采用74LS48加上共阴极数码管比较容易实现。
4）报警功能实现方案
采用有源蜂鸣器，并与三极管、电阻、电解电容搭配比较简单。
2.2单元电路设计
由电路流程图可以看出，数字抢答器电路主要分为三个部分：
抢答电路、定时电路以及报警电路。
1）抢答电路
抢答器控制电路要完成两个功能：
一是分辨出选手按键的先后，并锁定最先抢答者的编号，同时译码显示电路显示选手编号；二是要使其他选手随后的按键操作无效。
工作原理：
该抢答控制电路的工作原理为：
当主持人控制开关处于“清除”时，D触发器的清零端为低电平，使D触发器被强制清零，输入的抢答信号无效。
当主持人将开关拨到“开始”时，D触发器Q非端前一状态为高电平，四个Q非端与在一起为高电平，再和抢答按键信号和借位信号与在一起给D触发器的脉冲端，当没人抢答时，抢答信号为低电平，与门U11输出端为低电平给D触发器脉冲端，当一有人抢答时，抢答信号为高电平，并和U2的输出信号和借位信号与在一起，使得U11输出端为高电平给D触发器，于是D触发器就有一个上升沿，使得抢答信号经D触发器触发锁存再经过译码器74LS48译码，把相应的信号显示在数码管上。
另外，当选手松开按键后，D触发器的Q非前一状态为低电平，与在一起后给与门U11,使得U11的输出端为低电平给D触发器，则D触发器的脉冲输入端恢复原来状态，从而使得其他选手按键的输入信号不会被接收。
这就保证了抢答者的优先性及抢答电路的准确性。
当选手回答完毕，主持人控制开关S是抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
2）定时电路
该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和1个共阴7段数码管即相关电路组成。
工作原理：
由555定时器产生时间基准信号秒脉冲。
振荡周期为10秒脉冲信号经两级有预置功能的可逆十进制计数器74LS192对时钟信号进行计数，当计数到达预置的时间，计数器产生溢出而封锁计数脉冲，使计数器停止计数。
数码管指示时间值。
主持人通过按复位键来进行抢答倒计时。
定时9秒，把74LS192对应的9，10，1，15四个端子预置为“1001”。
计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路555提供。
当复位开关按下时，给74ls192一个低电平，从而开始倒计时，每来一个脉冲信号进行减计数一次。
当有选手抢答或借位信号时，就使得74ls192的输入脉冲变成低电平，从而实现倒计时的停止。
再按复位键时，再一次倒计时。
3）报警电路
报警电路如图4所示。
由555定时器和三极管构成的报警电路如图4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。
三、电路仿真
3.1Proteus7软件仿真数据
频道A接555定时器的第3个引脚即Q端，频道B接74LS148的第5个引脚即EI端，频道C接74LS192的第13个引脚即TCD端，频道D接74LS74的第5个引脚即Q端。
1）无抢答而超时的波形图
2）超时后抢答的波形图
3）无超时成功抢答的波形图
4）成功抢答后未复位就提前抢答的波形图
四、心得体会
对于这一周的课程设计感受颇多。
尤其是刚开始做的时候可以说是没有什么头绪，甚至连设计软件也没能很好的掌握其使用方法。
所以在做的时候也就有些棘手了。
课程设计的目的就是将课本上基础的和重点的知识很好的运用到了实际中。
只要掌握好课本中的基本知识，了解到实验所用器件的功能及作用，就应该能很好的完成这次课程设计。
是我在巩固了课本上知识之外还提高了自己分析问题及解决问题的能力。
在不懂时，通过与同学的的交流，使我在设计中有了进步。
电路原理（简图）
元件列表
名称
数量
型号
参数
自锁开关
1
按钮开关
5
接线柱
2
跳线
若干
整流二极管
1
1N4002
三极管
1
2N222
PNP型
电阻
10
10K*5、100K*2、510K、22K、10K
瓷片电容
1
103
10nF
电解电容
3
10uF*2、100uF
数码管
2
共阴
蜂鸣器
1
有源
555定时器
1
74LS148
1
74LS279
1
74LS48
2
74LS04
1
74LS08
1
74LS192
1
74LS74
1
74LS10
1
74LS121
1
参考文献
[1]康华光.电子技术基础[M].北京：
高等教育，1999年
[2]彭华林等编.数字电子技术[M].：
大学，2004年
[3]金唯香等编.电子测试技术[M].：
大学，2004年
[4]侯建军.数字电路实验一体化教程[M].北京：
清华大学，北京交通大学，2005年
[5]阎石.数字电子技术基础[M].北京：
高等教育，2001年
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