智力竞赛抢答器设计.docx
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智力竞赛抢答器设计
吉林建筑大学
电气与电子信息工程学院
数字电子技术课程设计报告
设计题目：
智力竞赛抢答器设计
专业班级：
电气112班
学生姓名：
学号：
指导教师：
设计时间：
教师评语：
成绩评阅教师日期
抢答器设计报告
一、设计任务及要求
1.可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的标号分别是I0-I7按钮，按钮的编号分别与选手的编号相对应，分别是S0-S7。
2.给节目主持人设置一个控制开关S，用来控制系统的清零和抢答的开始。
3.抢答器具有数据锁存和显示功能，抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号便立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号。
此时，输入回路封锁，禁止其他选手抢答。
优先抢答的选手的编号一直保持到主持人将系统清零时为止。
4.定时抢答的功能，一次抢答的时间可由主持人设定（如30秒）主持人启动“开始”键后，定时器立即减时，并用显示器显示剩余秒数。
二、设计的作用、目的
数字电子技术课程设计是重要的实践性教学环节，同数字电子技术理论讲授课程有密不可分的关系，起着相辅相成的作用，也是在数字电子技术实验课的基础上，进一步深化的实践环节。
其主要目的是通过本课程，培养,启发学生的创造性思维，进一步理解数字系统的概念，掌握小型数字系统的设计方法，掌握查阅有关资料的技能。
三、设计过程
1.方案设计与论证
采用74LS148来实现抢答器的选号，采用了74LS279芯片实现对号码的锁存，采用了74LS192实现十进制的减法计数，555芯片产生秒脉冲信号来共同实现倒计时，采用了74LS121单稳态芯片来实现报警信号的输出。
2.单元电路设计和元器件的选择
2.1抢答电路的设计
抢答电路的功能有两个：
一是能分辨出选手按键的的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。
选用优先编码74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图2—1
图2—1
其工作原理是：
当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q～1Q）全部为低电平。
于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。
当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，此时74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。
此外，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。
2.2定时电路的设计
74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码显示在数码管上。
74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为30秒。
555芯片完成产生秒脉冲的功能。
工作过程为：
抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。
抢答开始后，秒脉冲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30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00。
图2—2
2.3报警电路的设计
由555定时器和三极管构成的报警电路如图2-3所示：
图2—3
其中555构成多谐振荡器，振荡频率为：
f0=1/（R1+2R2）*C*ln2=1.43/（R1+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，电路停振不再工作。
由555芯片构成多谐振荡电路,555的输出信号再经三极管放大,从而推动扬声器发声
控制电路包括时序和报警两个电路,如图所示。
控制电路需具有以下几个功能。
主持人闭合开关扬声器发声,多路抢答器电路和计时电路进入正常状态;参赛者按键时,扬声器发声,抢答电路和计时电路停止工作;
抢答时间到,无人抢答,扬声器发声,抢答电路和计时电路停止工作
由功能表可以看出，要使电路实现倒计时（减法）功能，应使CR=0，PE非=1，CP+=1，CP-=CP。
可用CR端接电平开关来控制计时器的工作与否。
声响显示电路需要在两种情况下做出反应：
一种是当有参赛者按下抢答开关时，相应电路的发光二极管亮，同时推动输出级的蜂鸣器发出声响；第二种情况是当裁判员给出“请回答”指令后，计时器开始倒计时，若回答问题时间到达限定的时间，蜂鸣器发出声响。
声响电路由两部分组成：
一是由门电路组成的控制电路，二是三极管驱动电路。
门控电路主要由或门组成，它的两个输入，一个来自抢答电路各触发器输出Q非的与非，他说明只要有一Q非为低电平，就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣发生器；另一个来自计时系统高位计数器的借位信号QB，它说明计时电路在30秒向29秒，28秒，……2秒，1秒，0秒倒计时再向30秒转化时向高位借位时给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。
这个高电平信号也能使蜂鸣器发声。
四、心得体会及建议
通过此次的八路抢答器课程设计，无疑的一点：
我学到了很多。
早在大一的时候我就在问自己我学电路分析究竟拿来干什么，学数字电子技术基础拿来干什么，都埋头苦干在书本上，一点兴趣都没有，一点趣味都没有，以至于花了时间在课本上，却没让自己得到更多的收获。
可这次不一样了，我对专业的兴趣来了，我对专业的热情燃烧了，此次的数字八路抢答器课程设计就是我对专业热情燃烧的导火线。
通过此次的八路抢答器课程设计，不仅让我对专业重新了解，也让我在其中学到了很多，从理论学习到实践学习，其理论、实践的完美结合更让我知道了电子信息工程的本质。
通过本次课程设计,我明白了一个道理:
无论做什么事情,都必需养成严谨,认真,善思的工作作风.我这毕业设计由于我采用的是数字电路来实现的,所以电路较复杂,但是容易理解.每一部分我都能理解并且能有多种设计方法.
我认为，在这学期的实验中，不仅培养了独立思考、动手操作的能力，在各种其它能力上也都有了提高。
更重要的是，在实验课上，我们学会了很多学习的方法。
而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。
要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。
这对于我们的将来也有很大的帮助。
以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。
就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。
最后在实现多功能八路抢答器的各相功能，都达到了预期的结果，并且很美观。
没有最好，只有更好。
我相信通过这一次的课程设计之后，我以后会更加努力，用严谨的科学态度去面对一切。
克服困难，战胜自我，超越自我。
五、附录
附录一：
元件清单
序号
类型
数量
1
74LS279（RS锁存器）
1
2
74LS48（4线—7段译码驱动器）
3
3
74LS148（8线—3线优先编码器）
1
4
74LS192（十进制可逆计数器）
2
5
74LS121（单稳态触发器）
1
6
74LS00（二输入与非门）
2
7
74LS20（四输入与非门）
2
8
NE555
2
9
晶体管3DG130
1
10
七段数码管（共阴极）
1
11
B键（触发开关）
9
12
发光二极管
1
13
扬声器
1
14
B键（输入开关）
8
15
电阻（510Ω）
2
16
电阻（1KΩ）
2
17
电阻（10KΩ）
9
18
电阻（15KΩ）
2
19
电阻（68KΩ）
2
20
电容（0.01μF）
2
21
电容（0.1μF）
2
22
电容（10μF）
2
23
电容（100μF）
2
附录二：
74LS148的引脚图和逻辑功能表
附录三：
74LS279的逻辑功能表和引脚图
附录四：
74LS192的逻辑功能表和引脚图
74LS192芯片的引脚图
附录五：
总电路原理图
注：
CTR为74LS279的1Q
六、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]张克农《数字电子技术基础》北京：
高等教育出版社.2003
[3]赵淑范等《电子技术实验于课程设计》北京：
清华大学出版社.2006
[4]陈光明等《电子技术课程设计与综合实训》北京：
北京航空航天大学出版社.2007
[5]李银华等《电子线路设计指导》北京：
北京航空航天大学出版社.2005
[6]黄智伟《全国大学生电子设计竞赛制作实训》
北京：
北京航空航天大学出版社.2007.8
[7]杨志忠《数字电子技术基础》北京：
高等教育出版社.2004
[8]彭介华《电子设计课程设计指导》北京：
高等教育出版社.2004
[9]路勇《电子电路实验及仿真》北京：
清华大学出版社.2004
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