多路数字抢答器设计报告.docx
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多路数字抢答器设计报告
题目：
多路数字抢答器设计
专业班级：
姓名：
时间：
指导教师：
完成日期：
2012年06月08日
多路数字抢答器设计任务书
1．设计目的与要求
设计一个八位智力竞赛抢答器。
准确地理解有关要求，独立完成系统设计，要求所设计的电路具有以下功能：
（1）设计多组参赛的抢答器，每组设置一个抢答按钮；
（2）电路具有第一抢答信号鉴别与锁存功能，抢答成功后，显示组别、发出声响；
（3）设置犯规电路，对提前抢答或超时抢答的组别，显示组别、发出声响。
2．设计内容
（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；
（2）确定元器件及元件参数；
（3）进行电路模拟仿真；
（4）SCH文件生成与打印输出；
（5）PCB文件生成与打印输出。
3．编写设计报告
写出设计的全过程，附上有关资料和图纸，有总结体会。
4．答辩
在规定时间内，完成叙述并回答问题。
目录
1引言………………………………………………………………………………………3
2总体设计方案……………………………………………………………………………3
2.1设计思路……………………………………………………………………………3
2.2总体设计框图………………………………………………………………………4
3设计原理分析……………………………………………………………………………4
3.1工作原理………………………………………………………………………………4
3.2抢答电路………………………………………………………………………………6
3.3定时电路………………………………………………………………………………7
3.4报警电路………………………………………………………………………………7
3.5时序控制电路…………………………………………………………………………8
4总体电路…………………………………………………………………………………8
5总结与体会………………………………………………………………………………9
参考文献……………………………………………………………………………………9
附录一………………………………………………………………………………………10
附录二………………………………………………………………………………………11
多路数字抢答器
摘要：
抢答器电路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，优先编码电路、锁存器、译码电路将电路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其主体电路。
扩展电路通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能。
经过布线、焊接、调试等工作后使数字抢答器成形。
关键词：
抢答器电路；定时电路；秒脉冲电路；报警电路；时序控制
1引言
随着科学技术的不断更新，数字电子技术成为重要内容，它广泛应用于数字通信、自动控制、数字测量仪表、家用电器等各个领域。
特别是在数字电路基础上发展起来的电子计算机，已进入现代社会的各个领域，不仅在高科技研究领域，而且在生产、管理、教育、服务行业甚至家庭中都得到了广泛的应用，它标志着电子技术的发展进入了一个新的阶段。
另外，数字式移动电话、数字式高清晰度电视以及数码照相机等也是数字电路发展的产物。
数字抢答器的电路有各种各样的，有的很简单，也有比较复杂的,比如用发光二极管或用双向晶闸管控制的灯泡指示抢答组别的电路可以做的很简单，如果用数字显示抢答组别，电路会相对复杂一些.现在的抢答器形式又有了新的变化,比如用单片机控制的,还有八路数显，有的还有时间的控制和成绩计分显示等.这里介绍的就是用数字显示抢答器组别的抢答器。
数字抢答器就是利用数字电子技术实现的。
主要为了实现抢答、定时、报警功能。
其电路由主体电路与扩展电路组成。
优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队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。
通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。
2总体设计方案
2.1设计思路
多人抢答时，对其抢答者编号，根据显示的抢答编号确定抢答者。
在有效时间内，抢答有效，有选手抢答时LED灯点亮，显示优先按下抢答器对应的编号。
同时屏蔽其他抢答按钮，时间到，扬声器报警，同时关闭抢答器，无效时间内，若有选手无规按钮，LED一直亮以示提醒。
2.2总体设计框图
总体框图如图1所示。
3设计原理分析
3.1工作原理
当接通电源后，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。
抢答按钮优先编码器锁存器（选手编号）
译码显示电路
主持人
控制开关时序控制电路报警电路
秒脉冲产生电路定时电路（定时时间）
译码显示电路
图1总体设计框图
3.2抢答电路
参考电路如图２所示。
该电路完成两个功能：
一是分辨出选手按键的先后，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。
工作过程：
开关J9置于"清除"端时，RS触发器的端均为０，４个触发器输出置０，使74LS148的＝０，使之处于工作状态。
当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，1Q=1,=1,74LS48处于工作状态，４Q３Q２Q=101,经译码显示为"５"。
此外，1Ｑ＝１，使74LS148＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。
当按键松开即按下时，74LS148的此时由于仍为１Ｑ＝１，使＝１，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。
如有再次抢答需由主持人将Ｓ开关重新置清除"然后再进行下一轮抢答。
74LS148为８线－３线优先编码器，表1为其功能表。
图2抢答电路
表174ls148真值表
输入
输出
＿ST
＿IN0
＿IN1
＿IN2
＿IN3
＿IN4
＿IN5
＿IN6
＿IN7
＿
Y2
＿
Y1
＿
Y0
＿
YEX
＿
YS
1
x
x
x
x
x
x
x
x
1
1
1
1
1
0
1
1
1
1
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x
x
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0
0
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1
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x
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1
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x
x
0
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1
1
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0
0
1
0
x
x
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1
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x
0
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1
1
1
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0
1
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
1
1
0
1
3.3定时电路
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，具体电路如图3所示。
图3定时电路
3.4报警电路
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。
图4报警电路
3.5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。
根据上面的功能要求以及图2，设计的时序控制电路如图5所示。
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的输人使能端。
图4的工作原理是：
主持人控制开关从"清除"位置拨到"开始"位置时，来自于图2中的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。
当选手在定时时间内按动抢答键时，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。
集成单稳态触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间，其工作原理请读者自行分析。
4总体电路
按照总体电路图在仿真软件EWB上一一选择芯片进行连接，然后启动开关观察。
此时，三个显示器上无数字显示。
主持人调整定时器，假设定时为30秒，主持人按动开关开始抢答，此时，蜂鸣器发声，定时器30秒倒计时，抢答开始。
若在倒计时至零还没有选手对应的按钮按下的话，最终定时部分显示器上显示00并且蜂鸣器发声；若在倒计时过程中有选手按下按钮，如图6所示，假设3号选手按下按钮，则定时器锁存，显示24秒时3号选手抢答成功，LED灯亮。
其他选手再按下按钮时无反应。
然后，主持人按下开关清零，再按下开关，下一轮抢答开始。
图5时序电路
图6抢答器仿真电路
5总结与体会
两周的电子课程设计实习转眼结束了，通过这次课程设计，我感触颇深，受益匪浅。
不仅学到了许多专业知识，还了解了很多相关专业领域的知识，更重要的是增强了自己的动手实践能力，意识到学什么东西都需要花一定的时间精力和智慧，本着认真负责的态度来对待，才能有更多的收获。
通过自己查找资料，我了解了设计的大体思路，然后分析了各个芯片器件的原理和功能。
运用所学的课本知识及资料的多次查阅，运用芯片等的组合进行设计电路图，以及电路的仿真与各种操作。
在不断的修改测试后，终于完成了设计内容。
期间设计的电路中需要不少的芯片，如74LS192，74LS279等74系列，555定时器，ＳＲ锁存器，译码管等芯片，于是从图书馆里借来了一些书，又在网上找了资料了解它们的逻辑功能，而在课程设计过程中，我觉得是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，同时平时许多知识还太过于匮乏，而且考试的内容有限，所以在这次课程设计过程中，我了解了很多元件的功能，对其在电路中的使用有更多的认识。
从前学习的内容仅从课本上获得，并没有参考过多的相关书籍，因而知识积累太过于浅薄，很多内容理解的不透彻，而这次的课程设计，需要我们对知识有更深层次的掌握和理解，让我学到了更多相关的专业知识。
本次课程设计主要任务是设计出电路原理图并进行仿真及做出ＰＣＢ图。
在仿真时会出现许多问题，自己觉得原理是正确的时候，仿真结果不一定对，这就会考虑一些实际的问题，如对芯片的参数，数值，规格等都要涉及到。
通过一定的计算测试后在不断进行仿真才可能达到预想的结果。
在设计过程中要分清电路的交直流，选对器件。
由于我们所用的设计软件提供的元件数目种类有限，很多芯片可能会找不到，因而还得换成别的芯片代替。
同时仿真结果不一定与实际结果相同，这还需要我们尽可能的减少过多的误差，以求最好。
当然让我更加意识到理论与实际相结合的重要性，光会理论知识是不够的，还应该把所学的理论知识运用到实践中，联系到生活当中，才能真正有所学。
这次的设计提高了自己的实际操作能力和独立思考判断的能力。
碰到了很多困难，所以应该不气馁，努力奋进，仔细分析出现问题的原因，并想办法解决应对。
我们实习期间是两人一组进行，让我更加坚定了团结合作的必要性，懂得互相帮助，互相探讨，互相包容的原则。
当遇到不懂的地方可以共同讨论，或者向老师询问，请教。
只有多发现，多思考，多询问，才能理解的更透彻，才能学到更多的知识。
转眼间，两周的课程设计已经结束，我非常珍惜这段难忘的时光，感受到充实努力生活的乐趣，也让我明白做任何一件事情都是很不容易的，都要费时费力费资源，但绝不能半途而废，而要保持乐观积极的心态面对问题。
同时，非常感谢老师给我们安排的这次实习，感谢老师的耐心指导与帮助，让我学会了更多。
参考文献
[1]梅开乡.电子电路实验［Ｍ］.北京：
北京理工大学出版社,2010.1
[2]阎石.数字电子技术基础（第三版）［Ｍ］.北京：
高等教育出版社，1989
[3]杨兴瑶.新编实用电子电路５００例［Ｍ］.北京：
化学工业出版社，2006.10
[4]谢自美.电子线路设计实验测试［Ｍ］.湖北：
华中科技大学出版社,2006
[5]康华光.电子技术基础（数电部分）第五版［Ｍ］.北京：
高等教育出版社,2006
[6]陈有卿.电子电路制作ＤＩＹ［Ｍ］.北京:
科学出版社,2007
[7]叶挺秀.应用电子学［Ｍ］.杭州：
浙江大学出版社，1994
[8]阎石.数字电子技术基础（第三版）［Ｍ］.北京：
高等教育出版社，1989
附录一：
SCH原理图
附录二：
PCB电路图
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