智能抢答器的课程设计报告书.docx
《智能抢答器的课程设计报告书.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《智能抢答器的课程设计报告书.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
智能抢答器的课程设计报告书
课程设计名称：
电子技术课程设计
题目：
智能抢答器的设计
专业：
电气工程及其自动化
班级：
姓名：
学号：
工程技术大学
课程设计成绩评定表
学期
2012—2013（第二学期）
专业
电气工程及其自动化
班级
电气
课程名称
电子技术课程设计
设计题目
智能抢答器的设计
评
定
标
准
评定指标
分值
得分
知识创新性
20
理论正确性
20
容难易性
15
结合实际性
10
知识掌握程度
15
书写规性
10
工作量
10
总成绩
100
评语：
任课教师
时间
年月日
备注
课程设计任务书
一、设计题目
智能抢答器的设计
二、设计任务
1.设计一个抢答器供4名选手参赛使用，他们的编号分别为1、2、3、4.分别用四个按钮S1—S4控制，按钮编号与参赛者编号一一对应，并设计一个系统清零和抢答控制开关S,此开关由主持人控制。
2.抢答器具有数据所存功能。
即选手按动按钮后，锁存相应编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出警报声响，主持人清零后，声音提示停止。
3.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定。
当主持人启动开始键后，定时器进行倒计时，同时扬声器发出短暂的声响。
4.参赛的选手在规定的时间进行抢答，抢答有效则定时器停止工作，显示器上显示选手的编号并保持，直到主持人将系统清除为止。
5.若定时时间已到，无人抢答的话，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，显示器显示0。
三、设计计划
7月5日，查阅相关资料，熟悉题目和设计容
7月6日，确定设计方案并进行具体设计准备阶段
7月7日，进行设计、修改
7月8日，编写整理设计说明书，打印装订
7月9日，上午进行课程设计答辩
四、设计要求
1.自己独立完成，条理清晰画出电路原理图
2.认真设计并写好报告，附有相关资料和图纸，写出心得体会
指导教师：
教研室主任：
时间：
摘要
随着我国经济和文化事业的发展，在很多竞争场合都要求有一个迅速且公正的竞争裁决，例如证券、股票交易以及各种娱乐节目的智力竞赛等。
而在各种答题竞赛中往往分为几组参加，参赛选手根据主
持人提出的问题，在规定的时间里进行抢答。
对于抢答，要判定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。
本文介绍了一种利用数字电路实现的抢答系统，具有很强的实用性。
本产品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，由数字电路以及外围电路组成；在抢答同时附有声音输出接口，提示主持人此时已完成这次的抢答。
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、易操作、制作方便等优点。
关键词：
竞赛活动；抢答；锁存；编码译码；复位
0 引 言...............................................1
1设计目的和指标 .....................................2
1.1设计目的..........................................2
1.2设计指标和要求 ...................................2
2系统设计原理和方案分析..............................3
2.1电路组成原理 ......................................3
2.2设计思路...........................................3
2.2.1电路设计.........................................3
2.2.2单元电路设计.....................................3
2.3抢答器............................................4
2.3.1抢答器电路图....................................4
2.3.2抢答器完成项目..................................4
2.3.3主要功能介绍....................................5
3各电路设计及工作分析 ...............................6
3.1定时电路设计与相关元器件 ........................6
3.2报警电路设计与相关元器件..........................7
3.3时序电路设计与相关元器件..........................7
4总结与体会..........................................9
致.................................................10
参考文献 ..............................................11
0引言
在科技高速发展的21世纪，人才成为最重要的社会资源之一。
竞争日益激烈，人才选拔，评选择优的活动越加频繁，而在这些活动当中，往往分为几组选手参加，根据主持人提出的问题，若用举手的方式进行抢答，往往会因主持人判断的误差，造成比赛的不公平性。
本着公平公正的原则，就需要有一种稳定、准确的工具，因此智能抢答器应运而生，由于其准确性高、实用性强，所以得到迅速推广，从最初的益智类节目，广泛应用到各类活动、娱乐节目中。
早期的抢答器只由几个过三极管、可控硅、发光二极管等组成，能通过发光二极管的指示辨认出选手，而现在大多数抢答器是由单片机或数字集成电路组成。
1设计目的及指标
1.1设计目的
通过课程设计一个四人的抢答器和可调定时器，运用所学的数字电子技术的知识进行理论设计、安装调试、后期制作、分析总结等阶段，为了提高电子技术方面的实践技能，学习掌握工程设计的方法和组织实践的基本技能。
1.2设计指标和要求
1.设计一个可供4名选手参加比赛的智能抢答器。
他们的编号分别为1、2、3、4各用一个抢答按钮，编号与参赛者的一一对应，此外还有一个系统清零和抢答控制开关，由主持人控制。
2.抢答器具有数据锁存的功能，并将锁存的数据用LED数码管显示出来，同时蜂鸣器发出间歇声响。
抢答开始，若有参赛者按动按钮，编号立即锁存，数码管立即显示出最先按动按钮的选手所对应的编号，扬声器给出声音提示。
3.抢答器对抢答选手动作的先后有很强的分辨能力，即使他们的动作仅相差几毫秒，也能分辨出抢答者的先后。
即再按下任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧保持第一个开关按下时所对应的状态不变，直到主持人将系统清零为止。
4.主持人有控制开关，可以手动清零复位。
主持人清零以后，声音提示停止。
5.抢答器具有可调倒计时的功能，且倒计时的时间由主持人设定（如30秒）。
当主持人启动“开始”键后，定时器进行倒计时，也可根据比赛的实际情况设计答题倒计时的时间。
若定时抢答时间已到，仍没有选手抢答，则本次抢答无效。
系统扬声器报警（音响持续0.5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。
6.用555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号
2系统设计原理和方案分析
2.1电路组成原理
根据功能要求，应设计有抢答电路、译码显示电路、定时电路、报警电路、，各个电路都有其自己的功能。
通过复位按键S，电路进入就绪状态，等待抢答。
首先由主持人发布抢答命令（按下S按键），在此同时发光二极管随即变亮，当看到二极管亮，进入倒计时状态和抢答状态。
在电路中“S1—S7”为4路抢答器的4个按键，如果有人按下按键，程序就会判断是谁先按下的，然后从P2口输出抢答者的七段码值，经GAL16V8驱动，送到码管显示，并封锁键盘，保持刚才按键按下时刻的时间，禁止其他人按键的输入，从而实现了抢答的功能。
如果在设定的时间中没有一个人按下按键，一到时间，不可以抢答。
当要进行下一次的抢答时，由主持人先按一下复位按键S，电路复位，进入下一次抢答的就绪状态。
2.2设计思路
2.2.1.电路设计
电路由选手开关电路、主持人开关电路、触发锁存电路、时间脉冲电路、抢答鉴别电路和显示电路组成。
设计结构框图如图1：
图1设计原理图
2.2.2单元电路分析
（1）选手开关
此电路由4个开关组成，四位抢答者通过各自的开关来实现抢答，给编码器输入高低电平，其中低电平为有效抢答信号。
（2）主持人开关
此电路由1个开关和一个1kΩ的电阻组成，主持人通过开断开关控制整个电路开合。
（3）触发锁存电路
此电路由D触发器74LS175组成。
它具有以下功能：
1.清零功能（用集成触发器清除端实现，由主持人输入手动负脉冲控制）。
2.四个抢答键控制功能（有按键实现）。
3显示功能（用数字逻辑实验箱中的发光二极管实现）。
4.脉冲信号控制功能（由主持人输入手动正脉冲控制）。
2.3抢答器
2.3.1抢答器电路如图2：
图2抢答器电路
2.3.2抢答器完成项目：
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编号；
2.扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；
3.控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；
（1）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。
（2）定时抢答器，它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。
（3）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，扬声器给出声响提示，此时抢答器处于工作状态，定时器开始倒计时。
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。
2.3.3主要功能介绍
该部分主要完成两个功能：
一是分辨选手按键的先后，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。
选用优先编码器74ls148和RS锁存器可以完成上述功能。
这个电路的工作原理过程：
当主持人控制开关s置于“清零”端时，RS触发器的R非端均为0，4个触发器输出（Q4--Q1）全部置0，使74ls148的BI的非=0，显示器灯灭：
74LS148的选通输入端ST的非=0，使之处于工作状态，此时锁存电路不工作。
当主持人把开关S置于“开始”时，优先编码器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，等待输入端的信号，当有选手将键按下时（比如按下s5），74LS148的输出Y2Y1Y0的非=010，YEX的非=0，经RS锁存后，CTR=1，BI的非=1，经74ls148译码后，显示器显示为“5”。
此外，CRT=1,使74LS148的ST的非为高电平，封锁其他按键的输入。
如果再次抢答需有主持人将S开关重新“清除”，电路复位。
3各电路设计及工作分析
3.1定时电路设计与相关元器件
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。
抢答开始后，秒脉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9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0。
74LS192具有下述功能：
（1）异步清零：
CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000
（2）异步置数：
CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0
（3）保持：
CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态
（4）加计数：
CR=0,LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数
（5）减计数：
CR=0,LD=1，CPU=1，CPD=CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数
555定时器部结构的简化原理图如下图3所示，它由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电BJT以及缓冲器G组成。
定时器的主要功能取决于比较器的输出控制RS触发器和放电BJTT的状态。
图中Rd为复位输入端，当Rd为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出Vo为低电平。
因此在正常工作时，应将其接高电平。
由555定时器和三极管构成的报警电路如下图所示。
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3555定时器
3.2报警电路设计与相关元器件如图4:
图4报警电路
3.3时序控制（超时报警）电路设计与相关元器件如图5所示：
图5时序电路
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"开始"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。
其中，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。
工作原理是：
主持人控制开关从"清除"位置拨到"开始"位置时，来自于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"定时到信号"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。
4总结与体会
本次课程设计经过5天的不懈努力，基本已经达到了预期的要求。
这是我第一次进行课程设计，因而在很多方面都还不熟练，比如说对一些元器件的功能不太了解，所以就不能熟练运用。
不过通过这次课程设计我学到了很多知识，以前还没有弄明白的细节，这次已经都解决了，同时也加深了对数电、模电知识的理解，巩固了我们所学的知识，有助于我们今后的学习。
总之，这次课程设计我收获很多，即为我以后的课程设计打好了基础，也将为自己的人生之路做好了铺垫。
致
在这次设计过程中，各种各样的感触都有，设计前的不知所措与茫然，设计过程中的着急与烦躁，设计出来以后的激动与喜悦。
往往很多问题在书本上我们会做，但是让我自己设计出来还真是困难，不知道如何下手。
但只要我不放弃、认真思考、敢于尝试就会成功。
感这次课程设计，让我所学的理论知识不再是纸上谈兵。
感我的指导老师，是他给了我很大的帮助。
刚开始的时候，我是一头雾水不知道如何下手，在老师的耐心指导下，我一点一点明白了，老师帮我分析并告诉我一些基本流程，这让我明白了好多。
后来我又查找了很多资料，于是乎很多问题都解决了。
再次感老师的耐心指导。
参考文献
[1]《数字电子技术基础（第五版）》阎石主编，：
高等教育
[2]《常用电路模块分析与设计指导》王松武等编著，清华大学
[3]《数字电路设计与制作》汤山俊夫，科学
[4]《555定时器原理及实用电路集锦》兆选编著，大学
[5]《新型集成电路及其应用实例》何希才，：
科学
升级会员 