数电课程设计智力抢答器.docx
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数电课程设计智力抢答器
电气工程学院
数字电子电路课程设计报告书
姓名：
班级：
通信工程三班
学号：
完成日期：
2010-7-3
目录
一、设计题目1
二、设计任务1
1、选题意义1
2、设计目标1
3、设计要求1
三、程序设计与实现1
1、程序结构1
2、抢答电路的设计2
3、倒计时电路的设计4
4、声响电路的设计5
5、总电路的设计6
四、设计难点与解决方法7
五、设计不足之处7
六、收获与体会8
附录1：
程序使用说明8
附录2：
文献参考8
附录3：
总电路设计图9
一、设计题目
智力竞赛抢答器
二、设计任务
1、选题意义
当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，那么也就必然离不开抢答器。
本抢答器通过十分巧妙的设计仅用数字芯片便实现了数显抢答的功能，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、制作方便等优点。
本抢答器采用了数字显示器直接指示剩余时间，自动锁存显示结果的设计思想，因而本抢答器具有显示直观，不需要人干预的特点，而且在显示时抢答器会发出声响使效果更为生动。
2、设计目标
五路抢答器要具有主持人控制的功能，同时在抢答控制中将五个抢答输入端与D触发器的输入端相接，在高电平时钟信号的触发下实现最先抢答者优先通过，并在有人抢答后立刻屏蔽时钟信号，是较晚的时钟信号无效。
此时，喇叭鸣响2秒，表示有人抢答成功。
同时，倒计时电路启动，开始进行10秒回答倒计时，倒计时结束启动鸣响电路，使喇叭鸣响2秒，提示回答超时。
在回答过程中，一旦抢答者回答完毕主持人可以按动按键是倒计时结束，同时取消喇叭鸣响。
另外，主持人还具有在任意时间停止抢答的功能。
3、设计要求
①五人参赛每人一个按钮，主持人一个按钮，按下就开始；
②每人一个发光二极管，抢中者灯亮；
③有人抢答时，喇叭响；
④答题时限为10秒钟，从有人抢答开始，用数码管倒计时间，0、9、8…1、0；倒计时到0的时候，喇叭发出两秒声响。
三、程序设计与实现
1、程序结构
根据系统功能要求，须设计有抢答电路、译码显示电路、主持人控制电路、定时电路、响铃电路，各个电路都有其自己的功能。
通过主持人控制按键，电路进入就绪状态，等待抢答。
按下五个按键，程序就会判断是谁先按下的，然后从五个发光二极管输出抢答功能，同时开始回答计时。
如果在设定的时间里没有完成问题的回答，一到时间，则产生报警信号表示已经超时。
当要进行下一次抢答时，有主持人先打开开关，再闭合，即可实现电路复位，进入下一次抢答的就绪状态。
根据系统的要求，可以得到系统的框图如下：
2、抢答电路的设计
抢答电路采用D触发器7474作为核心芯片，由一片触发器组成矩形发生器，发出频率为10KHZ，最大幅度为6V的脉冲信号作为D触发器的时钟脉冲。
在D触发器的输入端，根据五个按键的状态决定D端得状态。
当有一个D触发器的输入端为高电平时，就在时钟信号的作用下将状态传递到Q端。
此时，与Q端相连接的发光二极管将Q端得状态显示出来。
同时与Q端相连接门电路根据五个Q端的状态判断是否对脉冲信号进行屏蔽。
即只要有一个Q端得状态是高电平，则通过组合逻辑使输入脉冲被禁止。
从而实现了在有人抢答的第一时间显示出抢答状态，并对当前状态进行保存，防止其他人的抢答对当前状态的影响。
另外，将主持人的开关与7474芯片的CLR端相连接，实现主持人对电路的可控性。
当CLR信号有效时，实现对电路的清零;当CLR信号无效时，即开关闭合时候，允许进行抢答。
根据设计原理，使用multisim绘制电路图如下：
使用multisim对上面的电路进行仿真，结果如下：
①按下主持人按键，在无人抢答的时候，发光二极管不发生任何变化；
②若主持人按键未按下，按动选手抢答开关，发光二极管状态不发生变化；
③当按下主持人按键后，再按选手抢答按键，则相应的发光二极管发光；
④当有一个选手抢中时，再按其他选手的按键，发光二极管组的状态不变，即实现了对最先抢答的判断；
⑤在二极管发光后，断开主持人开关，发光的二极管熄灭，即实现了主持人对抢答的重置和控制。
3、倒计时电路的设计
为实现有人抢答后，系统开始10秒回答问题期限的倒计时，必须给出相应的倒计时电路。
其基本框图如下：
使用74LS190芯片的减一计数功能来实现时间的递减计数，并通过一个七段数码管来显示芯片的输出状态。
为使显示数字在计数结束后停止继续计数，应该在计数结束后对74LS190的输出进行锁存。
使用两片74LS160芯片，实现当两片74LS160组成的计数电路计数到达10时，即74LS190倒数计数达到0时，对74LS190的输入时钟信号进行屏蔽，从而使74LS190芯片不再进行倒数计数。
具体方法如下：
①当两片74LS160组成的计数器计数达到10时，通过门电路生成置数信号接至74LS160芯片的置数端，使74LS160的下一状态仍为10，即实现了到达10时对电路状态的保存。
②当两片74LS160组成的计数器计数达到10时，将信号以高电平的形式接到74LS190的CTEN端，使计数停止。
由于当到达10是计数电路保存10的状态，故实现了抢答开始10秒后倒计时停止的功能。
74LS160功能真值表：
输 入
输 出
CLK
ENP
ENT
Q
×
×
0
×
×
置零
↑
0
1
×
×
预置数据
↑
1
1
1
1
计数
×
1
1
0
×
保持
×
1
1
×
0
保持
使用multisim绘制倒计时电路原理图如下：
当仿真开始时，7段译码管依次显示0、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0并停止计数，可见，本电路很好的实现了既定的功能。
4、声响电路的设计
为了使抢答者和主持人能够知道抢答成功或者抢答超时，故应该有一个声响电路来提示当前的状态。
本设计在有人抢答成功和回答超时的时候都会发出2秒的声响。
为了实现本功能，系统使用一片74LS160计数芯片，当计数值达到2时对输出进行锁存，并通过门电路，使74LS160芯片输出的二进制数为0000和0001时接通喇叭，发出长为2秒的声响。
当2秒时间过去后，输出端状态保持为0010，门电路此时给喇叭的信号为低电平，便实现了鸣响的结束。
使用multisim绘制声响电路原理图如下：
当仿真开始时，七段数码管显示为0，同时替代喇叭进行仿真的灯泡发光，随后显示1，然后显示2，并在显示2的同时熄灭灯泡。
可见，本电路很好的实现了控制声响（灯泡发光）的作用。
5、总电路的设计
将上面设计的各个模块相互连接起来，组成总电路，方法如下：
①只有在有人抢答成功时候才启动倒计时电路，故将有人抢答成功的信号通过一个与门与1HZ的时钟信号作与运算后接到74LS190的CLK端，即实现在有人抢答成功后，才允许CLK信号输入74LS190芯片。
②由于鸣响电路也是在有人抢答成功才启动，故其CLK端采用与74LS190芯片相同的接法。
③对于74LS190芯片，由于在期接通和完成一个以10为周期的计数后，都会在RCO端给出一个低电平脉冲。
为完成鸣响的目标，将RCO端接至鸣响电路的74LS160芯片的CLR端。
即每当有低电平脉冲发来（有人抢答成功和倒计时结束）便将计数器置零，使其重新计数，从而实现了2秒的鸣响。
在multisim环境下仿真总电路如下：
四、设计难点与解决方法
设计难点：
设计抢答电路时主持人开关的控制问题？
解决方法：
将主持人的开关与7474芯片的CLR端相连接，实现主持人对电路的可控性。
当CLR信号有效时，实现对电路的清零;当CLR信号无效时，即开关闭合时候，允许进行抢答。
五、设计不足之处
智力竞赛抢答器在抢答过程中，主持人在选手同时抢答时，不能中断选手的抢答，以至于竞赛抢答器不是很完美。
六、收获和体会
通过两个多星期的课程设计，我们掌握了书本以外的电子技术知识，进一步了解有关集成电路的功能和使用方法。
熟悉数字电路系统的计算机仿真设计方法及调试技术，培养了专心致志的工作学习习惯，懂得了相互之间的理解与体谅，可谓获益匪浅。
该五路智力竞赛抢答器具有电路简单、成本低廉、操作方便等优点。
成绩评定：
_______分
附录1：
程序使用说明
为了使用者能够获得正确的程序运行结果，防止未按设计者要求输入，导致程序退出，现在说明内容如下：
（1）程序运行环境：
计算机，multisim.10软件
（2）文件组成说明：
文件由三个模块电路和一个总电路组成。
（3）实验器材：
74LS190、74LS160、7474、触发器、门电路、数码管、发光二极管、开关、电阻、蜂鸣器、灯泡等。
（4）操作说明：
运行multisim程序，打开总电路设计图，运行电路，实现电路的仿真。
系统功能以上已介绍，此处不再赘述。
附录2：
参考文献
【1】阎石.数字电子技术基础.第五版.北京：
高等教育出版社，2006
【2】高仁景.数字电子技术基础与设计.大连：
大连理工大学出版社，2004
【3】21IC中国电子网.www.21IC.com
附录3：
总电路设计图
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