八路抢答器.docx

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八路抢答器

信息与电气工程学院

课程设计说明书

（2012/2013学年第二学期）

课程名称：

课程设计

题目：

八路智力竞赛抢答器

专业班级：

电气1102班

学生姓名：

学号：

指导教师：

闫永亮

设计周数：

两周

设计成绩：

2013年7月12日

1.课程设计目的：

通过八路数字抢答器的设计实验，要求学生回顾所学数字电子技术的基础理论和基础实验，掌握组合电路、时序电路、编程器件和任意集成电路的综合使用及设计方法，熟悉掌握优先编码器、触发器、计数器、单脉冲触发器、555电路、译码驱动电路的应用方法，熟悉掌握时序电路的设计方法,达到数字实验课程大纲所要求掌握的基本内容。

2.课程设计

2．1系统分析：

2.1.1抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。

2.2.2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，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。

当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时。

同时蜂鸣器发出短暂的响声，响声持续0.5秒左右。

发光二极管灯亮。

2.3.3抢答器具有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在数码管上显示选手号码。

选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

2.4.4如果定时时间已到无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。

2．2系统设计：

定时抢答器的总体框图如下图2.2：

图2.2抢答器工作框图

2．3系统实施:

根据设计任务与要求，我们初步将系统分为4大功能模块：

主电路、数据采集电路、控制电路和音响电路。

可将主电路分为一个十六进制（实现半分钟倒记时答题时间）计数、译码、显示电路；数据采集电路（获得优先抢答选手的编号）分为8路抢答开关、八路数据锁存器、优先编码器；控制电路分为锁存控制、倒记时控制、音响控制；音响电路分为单稳态触发器、喇叭电路。

3.方案设计:

原理：

在选手抢答前，“清除/起始”开关S使基本RS触发器输出端Q为0，使集成8线-3线优先编码器禁止；当主持人按下“清除/起始”开关S时，基本RS触发器输出端Q为1，与优先扩展输出端Yes共同作用，使集成8线-3线优先编码器选通输入端ST为0，允许编码，等待数据输入。

此时优先按动序号的组号立即通过编码器按BCD421码输出，经RS锁存器74LS279将该数码锁存到LED显示器上。

与此同时，Yes（引脚为14）由1翻转为0，与非门G1输出为1，选通输入端ST为1，编码器被禁止。

此外，在Yes由1翻转为0时，还驱动报警电路工作，发出声音。

4.单元电路设计

4.1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，其电路组成如图4.1所示：

图4.1抢答电路

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R端为低电平，输出端（4Q～1Q）全部为低电平。

于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=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，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，此时74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。

此外，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，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YEX高电平，但由于CTR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。

4.2定时电路的设计

74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码显示在数码管上。

74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为30秒。

555芯片完成产生秒脉冲的功能。

工作过程为：

抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。

抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。

当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。

当记到了30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00。

图4.2定时电路

4.3报警电路的设计

由555定时器和三极管构成的报警电路如图所示：

图4.3报警电路

其中555构成多谐振荡器，振荡频率为：

f0=1/（R1+2R2）*C*ln2=1.43/（R1+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，电路停止振荡不再工作。

4.4时序电路的设计

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：

4.4.1主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态，

4.4.2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。

4.4.3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。

根据上面的功能要求以及图4.1和图4.2，设计的时序控制电路如图4.4所示：

图4..4（A）抢答与定时电路的时序控制电路

图4.4（B）报警电路的时序控制电路

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的输入使能端ST。

图4.4（a）的工作原理是：

主持人控制开关从“清零”位置拨到“开始”位置时，来自于图4.1中的74LS279的输出CTR=0，经G3反相，A=1，则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时，在定时时间未到时，来自于图4.2的74LS192的借位输出端BO2=1，门G2的输出ST=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能4.4.1的要求；当选手在定时时间内按动抢答键时，CTR=1，经G3反相，A=0，封锁CP信号，定时器处于保持状态，门G2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能4.4.2的要求；当定时时间到时，来自于图4.2的74LS192的借位输出端BO2=0，门G2的输出ST=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答，门G1同时处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路为00状态，从而实现功能4.4.3的要求，74LS121用于控制报警电路及发声的时间。

5.系统调试

5.1显示电路不稳定问题

在完成电路的焊接进入调试阶段时发现抢答器数码管显示选手编号不稳定。

主要表现在单选手按下抢答键后数码管显示的不是选手当前号码。

因此着手对电路进食检查，首先检查数码管看是否是关节焊接错误，后又检查电路各个芯片管脚接错均未发现问题，最后发现当触动某按键连线时显示正常由此判断可能是因为出现了虚焊，遂将电路各焊点又仔细焊接了一遍，此时电路显示正常。

5.2数码管显示始终是7

在调试是发现当按下主持人开关时电路断电，当松开后数码管显示始终为7，经过一个多小时对电路用万用表逐个检查，发现是开关触焊接错误，通过改正焊接后电路能正常工作。

5.3数码管不能正常倒计时

在进入定时电路调试时，发现数码管不能正常倒计时，出现乱码。

对这问题我们检查了芯片是否完好，电路界限是否正确均未发现问题，后发现是由于在焊接时焊线有些地方出现部分短接，于是就将焊线重新理清，数码管也能正常工作了。

6.课程设计总结

这是大学第一次课程设计，这次课程设计选择了抢答器从画图，制板，焊接，检测都让我受益匪浅。

虽然以前在模电、数电课程设计中接触过一些电子电路，但在初期还是感到无从下手，对于PROTEI以前更是从未接触过，但经过这次也初步有所了解。

在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是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，最后还是在通多次对电路的改进，老师的指导，终于使整个电路可稳定工作。

设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。

设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。

因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。

设计单元电路阶段，这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。

所有的设计方法还有步骤在数电书上都有，而且还有例题。

这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少，所以做设计的时候要常随手翻阅课本，等于是做了几道数电作业题。

这个阶段的难度也不是很大，一般翻课本就可以找到答案并解决问题。

实验阶段可以说是这次设计中最重要的部分，因为以前的只是理论而不是真正的实体。

所以说它是最重要的。

实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；因为各个模块是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作出了以下的“对策”:

软件不熟悉，就借来参考书，一步一步的对着学，而且老师给的资料上也有软件的使用说明，所以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好是学习的好方法，而且也学的特别快。

制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，电路的焊接要一步一步来，焊点多，走线复杂。

这又要我们要灵活处理，一边操作一边构思，在不影响试验的前提下加快进度。

另外就是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。

这是应用课本知识的大好时机。

另一方面我们也要认识到自己的不足，虽然以前电子实训训练过如何电焊，但这次还是有所生疏，对于焊点的掌控还是缺乏经验。

课本上学到的感觉掌握的还行，但是真到了动手操作我们还是相差很远，对于调试也是我们最欠缺的部分，虽然大体明白工作原理，但是还是无法熟练分析电路错误原因，因此我们要加强这方面的训练。

总之，通过这次练习我有了很多收获。

在这次课程设计过程中同学们各司其职，都参与了设计制作，各自发挥各自的特长，完全体会到了什么是合作的力量。

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，培养了我的设计思维，增强了动手能力。

在改进电路的过程中，同学们共同探讨，最后的电路已经比初期设计有了很大提高。

良好的开始是成功的一半，虽然是第一次接触课程设计，但是我相信，随着知识的积累，技能的熟练，以后我们会越做越好。

参考文献

【1】康华光.电子技术基础.高等教育出版社.2005

【2】王毓银.数字电路逻辑设计（第三版）.高等教育出版社.1999

【3】谢自美.电子线路设计实验测试.华中科技大学出版社.2000

【4】高吉祥.电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社.2002

【5】钱培怡.电子电路实验及课程设计.西安电子科技大学出版社.1992

课程设计

评语

课程设计

成绩

指导教师

（签字）

年月日

注：

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