电子课程设计.docx
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电子课程设计
电子课程设计
题目：
电子抢答器的设计
姓名：
陈三燕
学号：
201320305224
学校：
成都理工大学工程技术学院
专业：
电气工程及其自动化
2014年12月24日
引言
在各种类似于智力竞赛中都会涉及到抢答题型。
在没有电子抢答器的情况下常常会因为主持人的主观判断导致比赛的不公平，而采取电子抢答器的话可以避免这种情况。
根据所学的数字电路和电路分析所学的知识，我们编制了一种数字抢答器。
数字抢答器有主体电路与扩展电路组成。
优先编码器电路、锁存器、译码器电路将参赛组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。
抢答器具有数据锁存和显示功能。
抢答器开始后，若有选手按按钮，编码立即锁存，并数码管上显示选手编号，同时扬声器给出声音提示；同时封锁输入电路，禁止其他选手抢答。
优先抢答器选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止.
【关键词】智力抢答，抢答器，锁存器
目录
绪论4
一、设计任务和要求4
1.1设计任务：
4
1.2设计要求：
4
二、方案设计与论证5
2.1抢答器的基本工作原理：
5
2.2系统框图5
2.3方案比较：
6
三、单元电路设计7
3.1抢答器控制电路7
3.2编码器电路的设计7
3.3定时电路8
3.4复位电路9
3.5译码器电路和数码管显示电路的设计10
四、总电路工作原理及元器件清单11
4.1总电路原理图：
11
4.3元件清单11
五、硬件电路的调试12
5.1仿真软件简介12
5.2仿真结果：
13
六、结论与心得14
七、参考文献14
绪论
基于数字电子技术的设计创新和产品创新看起来似乎永无止境，而且它们也的的确确在方方面面日益完善和丰富着我们每个人的日常生活和工作。
随着科技的进步和社会的发展，现代电子产品设计越来越注重产品的易使用型，人机界面一定要良好。
声音、图象等作为人类交往的最重要手段，也被体现在电子产品设计中。
采用一颗语音芯片，让产品开口说话，可以起到强化宣传品牌、指导用户使用、故障紧急提示、娱乐等功能，使产品设计新颖实用、先声夺人、出奇制胜。
一、设计任务和要求
1.1设计任务
设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。
1.2设计要求
1）四组参赛者进行抢答，当抢答组按下抢答按钮时，抢答器能准确的判
出抢答者。
2）抢答器应具有互锁功能，即某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。
3）抢答器应具有限时功能，即限制抢答时间、答题时间等，要求显示时间
数据。
4）系统具有一个总的复位开关。
二、方案设计与论证
2.1抢答器的基本工作原理
整个电路框图如上图所示，主要分为两部分，一个是计时部分，一个是抢答电路，其中抢答器电路由，编码器电路，RS触发电路，译码器电路，数码管显示电路组成，封锁电路由三个或门组成，其作用是只让先按下的有效，而后按下的无效，主持人按钮用来将电路复位，并将输出清零和编码电路解除封锁，译码电路用来译出编码，数码显示部分用来显示按下的选手号码，556定时电路用来定答题的时间。
2.2系统框图
当主持人宣布开始，定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时，并通过译码器在显示器中显示。
报警电路给出声音提示。
当选手首先按某一开关键时，可通过触发锁存电路被触发并锁存，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。
然后在译码器中译码，将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状态。
最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。
若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出。
如图2.1
图2.1系统框图
1、当主持人按下“开关”按钮后，选手可以通过按按钮的快慢来决定由谁来回答，按得快的选手的编号显示在电子显示管上。
2、此后选手输入被锁住，如果主持人按下复位键则编号显示处不作任何显示。
3、然后选手开始作答，作答的时间少于30秒，以倒数的方式进行，而且通过显示屏把时间显示出来。
4、主持人按下开关，所有的显示及工作状态回到初始状态以便进行下一次答题。
2.3方案比较
方案1：
采用CD4511芯片作为抢答信号的触发、锁存和译码输出。
这样虽然比较简便，但实际在实现锁存功能时比较繁琐难实现。
方案2：
采用JK触发器和译码器来完成抢答部分。
虽然元件较多，但在实现锁存功能时可以简单的实现。
经过对比两方案的优缺点，决定采用抢答信号锁存简单实现的方案2。
然后利用软件proteus来进行仿真调试，再进行逐步改进。
3、单元电路设计
3.1抢答器控制电路
抢答器控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下功能：
（1）当参赛选手按动抢答键时，灯泡发光，并显示相应的组号，抢答电路封锁和定时电路开始工作。
（2）当设定的答题时间到，即灯泡第一次熄灭表示时间到，答题人不准再答题。
3.2编码器电路的设计
编码器采样74ls148作为编码芯片，将输入的信号进行编码，然后输出2二进制码，输出接到74279上，A0，A1，A2均分别接到74279的S上，当输出均为高时表示无选手按下，Ｓ为无效电平，RS触发器输出为低，即无编码输出。
74ls148芯片及真值表如下：
图3.1
表3.1
3.3定时电路
由555定时器产生时间脉冲，参赛选手按动抢答键时，即出现正脉冲，定时时间15S，当第一次出现低电平时，表示答题时间到，然后主持人即可按复位。
图3.2
它基本原理是，由于电容C的两端的电压不能突变，定时器的2端电压低触发端为低电平，输出端3为高电平。
电源经过R1、R2给电容C充电，当电容的电压充到电源电压的2/3时，555内部的MOS管导通，输出为低电平。
接着电容通过R2和已经导通的MOS管放电，当电容的两端电压下降到低于1/3的电源电压时，MOS管截止电容放电停止，此时电源通过R1、R2再次向电容充电，如此反复，形成震荡，从而在3端得到时钟脉冲源输出。
3.4复位电路
图3.3
J
K
说明
0
0
0
0
0
0
输出状态不变
1
1
0
0
1
1
0
0
0
输出状态与J端状态相同
1
0
1
1
0
0
0
1
1
输出状态与J端状态相同
1
1
1
1
1
1
0
1
每输入一个时钟脉冲输出状态改变一次
1
0
表3.2.JK触发器的功能表
JK边沿触发器。
将两个的输出端通过异或非门作为输入，送到JK触发器的时钟信号端CLK，因为如果计时器一旦输出“00”，异或非门的输出刚好为1，而触发器的CLK从0到1，接收到一次上升沿的时钟信号，因而JK触发器此时Q输出为1，再把Q送到两个芯片的MR端，此时芯片就不再处于计数状态，因而可以做出来到“00”停止计时的效果。
3.5译码器电路和数码管显示电路的设计
抢答部分和倒计时部分的译码器均采用74ls48芯片，而数码管则选择与之相对应的7段共阴数码管搭配，为避免电流过小，可在译码器与数码管间接上拉电阻以增大电流，上拉电阻选用1k的9针排阻。
译码器电路和数码管显示电路设计如下：
图3.4
表3.2
四、总电路工作原理及元器件清单
4.1总电路原理图：
图4.1
4.3元件清单
型号
数量
型号
数量
74190
2
74ls26
6
74191
1
七段显示器
4
74ls04
5
4072
2
74ls48
4
JK触发器
1
74ls148
1
555定时器
1
开关
1
按键
4
表4.1
五、硬件电路的调试
5.1仿真软件简介
Multisim软件是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。
作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具，Multiisim是一个完整的集成化设计环境。
Multisim计算机仿真与虚拟仪器技术可以很好地解决理论教学与实际动手实验相脱节的这一问题。
Mulitisim软件的特点：
1、直观的图形界面：
整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来。
2、丰富的元器件库：
Mulitisim大大扩充了EWB的元器件库，包括基本元件、半导体器、运算放大器、TTL和CMOS数字IC、DAC、ADC及其他各种部件，且用户可通过元件编辑器自行创建或修改所需元件模型，还可通过liT公司网站或其代理商获得元件模型的扩充和更新服务。
3、完备的分析手段：
除了EWB提供的直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、失真分析、参数扫描分析、温度扫面分析、极点-零点分析、传输函数分析、灵敏度分析、最坏情况分析、和蒙特卡罗分析，Mulitisim新增了直流扫描分析、批处理分析、用户定义分析、噪声图形分析和射频分析等，基本上能满足一般电子电路的分析设计要求。
4、强大的仿真能力：
Mulitisim既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，也可进行数模混合仿真，尤其是新增了射频电路的仿真功能。
仿真失败时会显示出错误信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。
5.2仿真结果：
六、结论与心得
本次课程设计对于我的课题的要求基本上实现了。
这次课程设计时间有点匆忙，虽然大部分的功能都实现了，但是还是会存在不完美的地方，实在是时间有点紧，没办法做长时间的修改。
设计进行地比较成功，对常用的芯片无论是从功能上，还是构造上都在了更深的了解，更重要的是锻炼了我们的动手能力，平时看书都能看得明白，但是到了仿真的时候还是会出现很多的问题，有时候一个小失误致使整个电路工作状态出现错误，但是还是能过一次次的调试，一次次地去修改最后得出了成品。
也学了一个新的软件，这也是很重要的。
反正这次课程设计收获也不少，但是如果时间能够再充分一点，我相信自己能够做得更好。
七、参考文献
1、余孟尝.数字电子技术基础（第三版）.北京：
高等教育出版社，2006.
2、张乃国.电子测量.北京：
人民邮电出版社，1985.
3、彭介华.电子技术课程设计指导.北京：
高等教育出版社，1997.
4、华容茂.电工、电子技术实习与课程设计.北京：
电子工业出版社，2000.
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