数字式4组竞赛抢答器的设计与仿真.docx
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数字式4组竞赛抢答器的设计与仿真
东北石油大学
课程设计
课程通信综合课程设计
题目数字式4组竞赛抢答器的设计与仿真
院系电气信息工程学院
专业班级
学生姓名
学生学号
指导教师
2010年12月24日
东北石油大学课程设计任务书
课程通信综合课程设计
题目数字式4组竞赛抢答器的设计与仿真
专业通信工程姓名学号
主要内容
设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。
用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器鸣响。
选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器鸣响，倒计时停止。
基本要求
（1）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。
（2）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。
（3）抢答器具有数据锁存和显示的功能。
（4）当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响。
主要参考资料
[1]康华光.电子技术基础数字部分[M].北京：
高等教育出版社，2006
[2]王彦朋.大学生电子设计与应用[M].北京：
中国电力出版社，2007
完成期限2010、11、1—2010、12、24
指导教师
专业负责人
2010年11月1日
目 录
3.单元电路设计、参数计算和器件选择2
3.1单元电路设计2
3.2器件选择3
4.设计方案总体概括6
4.1方案总电路图6
4.2遇到的问题及解决方案7
5.总结8
6.系统需要的元器件清单9
参考文献9
1.设计要求
设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。
用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器鸣响。
选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器鸣响，倒计时停止。
设计要求如下：
（1）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。
（2）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。
（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，并在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。
抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
抢答器具有定时（15秒）抢答的功能。
（4）当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响。
参赛选手在设定时间（15秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，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，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）用石英晶体振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。
2.方案设计
电路选用优先编码器74LS148、锁存器74LS373、74LS48译码和一个数码管组成抢答显示电路；定时显示主要由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、和2个4段数码管即相关电路组成；由555定时器和三极管构成的报警电路。
接通电源后，主持人将开关拨到"清零"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。
选手在定时时间内抢答时，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。
系统原理方框图如下图所示：
S1
S2
S3
S4
J
J
数字式4组抢答器原理方框图
3.单元电路设计、参数计算和器件选择
3.1单元电路设计
1、抢答器控制电路设计
抢答器控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：
（1）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。
（2）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。
时序控制电路
2、定时电路
由555定时器产生时间基准信号秒脉冲。
振荡周期为15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。
具体电路如下图：
定时电路原理电路图
3.2器件选择
1.十进制可逆计数器74LS192（54/74194）两个引脚图管脚及功能表如下：
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，
开始计时后，计时器清除上一次计时的计数，并从9开始重新计数，直到按下抢答开关为止，如果没有抢答的，计数到0为止，在此期间，主持人可以通过控制按钮对计时器进行控制，开始计时时其引脚排列及逻辑符号如下所示：
（a）引脚排列（b）逻辑符号
图中：
为置数端，
为加计数端，
为减计数端，
为非同步进位输出端，
为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，
为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
其功能表如下：
输入
输出
MR
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
×
×
×
×
减计数
2.74LS48（54/7448）七段译码器两个。
74LS48的引脚排列：
真值表如下：
灯测试输入：
_____LT灭灯输入：
______RBI
锁存使能输入：
____BIA、B、C、D是输入端
a、b、c、d、e、f、g是输出端
3.555定时器一个：
主要参数：
电源电压为4.5-18V，最大输出电流为200mA，工作温度范围为-55oC-125oC。
逻辑图如下：
4.74LS273八D触发器：
5.74LS121单稳态触发器：
4.设计方案总体概括
4.1方案总原理图
数字式四路竞赛抢答器原理总图如下图所示：
数字式四路竞赛抢答器总设计图
4.2遇到的问题及解决方案
1.我在实现设计的第一个抢答环节时，我们在草图上起初是用四个D触发器和一些开关来设计四名选手的抢答环节的，随后又突然想到用一个含四个D触发器的集成电路来代替。
本以为这个环节没有什么问题了，但到了实验仿真阶段后，由于在multisim软件中没有仅含四个D触发器的器件，我们经过辛苦的尝试，终于找到一个八D触发器器件74LS273，这使我们濒临破产的设计有了一线生机，然后我们就翻阅资料，查询它的个个引脚的功能，选择了其中四个输入端D触发端口，进行布线并最终获本模块成功。
2.定时电路设计中，我们的显示电路出了问题，设定好的15秒的显示周期，结果在15秒以后十进位的显示器本应该显示由“1”跳变为“0”，但是我们的却跳不回来，在求助身边的同学后仍无法的到解决，我们知道是布线出了问题，但是不知道具体问题出在哪里。
5.总结
持续近几个星期的课程设计结束了，我们的设计虽然有一些小毛病，但总体上还是很成功的。
一周的时间虽然很短暂，但从中获益匪浅.毕竟在课堂上学习的内容真真正正能用到实际是有点超乎我们的想象，而且要把理论知识付诸实践确实非一件易事。
我从最初的设想设计一个什么样的数字电路到绘制电路图，然后打印排版，最后校正设计中的漏洞与不足。
整个过程中我翻阅大量资料，跑遍图书馆各个能找到数电资料的角落，上网查找有关内容，马不停蹄思考如何绘制电路，并和周围同学进行着一遍又一遍的交流与设计思想。
首先对数字电路这门课程有了更深的了解，因为课程设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去，在电路的设计过程中，无形中便加深了对数字电路的了解及运用能力，对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解；以前的数字实验只是针对某一个小的功能设计，而课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格，需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案，然后逐步细化进行各模块的设计。
例如：
555定时器的使用原理和作用，用它构成触发器和振荡器的方法，还有一个难题就是怎么来选择我们所需要的芯片，从而实现我们所想实现的功能。
其次，以前没有接触过仿真软件，这次审计要使用仿真软件，所以学会了multisim软件的基本应用，这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。
但是在电路仿真的过程中出现大量问题，需要我们细心解决，所以，我对电路故障的排查能力有了很大的提高。
但由于是自己学习没有专业指导难免有一些我们不了解的功能。
所以我们以后要多接触和了解一些仿真软件，多向老师请教学习。
最后，感谢学校给我们这次机会，锻炼了我们的动手能力。
通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距，而且也让我很明确得意识到自己在数电上有很多的知识漏洞，以后应该多钻研一下。
从这过程，我锻炼了自己的动手能力，独立思考能力，分析实践能力，并学会了把自己的设计经验和思路拿出来与大家分享。
再次感谢老师的辅导以及同学的帮助。
“纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行”，由此看来实践的重要，短短两星期的课程设计，学到了很多的东西，最重要的是我自己动手把我学习的知识用于实践，做出成功的作品，这才算真正学习到了东西。
总之，这次实验我收获颇多。
实践是获得知识的一种最好的手段！
6.系统需要的元器件清单
表1元器件清单
序号
元器件类型
数量
备注
U1A
4081B
1
与门
U2B
4081B
1
与门
U5
74LS121
1
单稳态触发器
U3、U4
74LS48
2
七段译码器
U5、U6
74LS192
2
计数器
555VIRTUALTIMER
555定时器
1
定时器
参考文献
[1]康华光.电子技术基础数字部分[M].北京：
高等教育出版社，2006
[2]王彦朋.大学生电子设计与应用[M].北京：
中国电力出版社，2007
[3]张钦双.实用电子电路200例[M].北京：
机械工业出版社，2003
[4]陈有卿.实用555时基电路300例[M].北京：
中国电力出版社，2004
[5]常华.仿真软件教程[M].北京：
清华大学出版社，2006
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