8路计时抢答器课设结课论文.docx
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8路计时抢答器课设结课论文
课程名称：
数字电子技术基础课程设计
题目：
八路计时抢答器
指导老师：
朱颖
学生：
蚁哲瀚
小组成员：
08292048杨耀城
08292049蚁哲瀚
08292053赵玮
数字电子技术基础课程设计
-----八位计时抢答器
一、设计理念
智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，在各种智力竞赛中，最最激烈的便是抢答环节的比赛。
抢答引起参赛者和观众极大地兴趣，在短时间内，参赛选手在主持人抢答的口令下达后开始抢答，充分表达出参赛者思维的活跃。
在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，在什么时候抢答，如何限定抢答的规定时间等问题，如果单凭主持人主观的判断，就很容易出现误判。
所以我们就需要一种具备自动锁存、置位、清零等功能的只能抢答器来解决这些问题。
二、设计要求
设计一个具备计时功能的八路抢答器，它所要实现的功能如下：
1、给八位参赛选手分别配备一个抢答按钮，编号为K0、K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7。
2、主持人可以主持抢答、计时的开始与清零。
3、抢答器可以显示出最先按下抢答键的选手编号。
4、抢答器具有60秒倒数计时功能。
抢答规则：
主持人按下开始抢答键，选手可以开始抢答，同时计时器开始60秒钟倒计时，选手通过优先按键得到抢答时机后，在计时器所显示的剩下时间内完成抢答，否则扣分。
三、设计方案
1、设计思路
根据设计的要求，我们小组的设计思路如下：
该抢答器由开关电路、触发电路、触发锁存电路、优先编码电路、译码电路、计时电路所组成。
2、具体电路的设计及其工作原理
〔1〕电源电路
限于我们现成的电源只有9V直流电源，但是我们的电路工作电压应该是5V的稳压直流电源，我们通过利用7805芯片对9V进行降压处理，形成直流5V稳压电源。
〔2〕抢答电路
工作原理：
74LS148有8个信号输入端I0～I7、3个二进制码输出端A0～A2、输入使能端EI、输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS,其功能如表1所示。
由表可知,当EI的非=0时,编码器工作;EI的非=1,则不管8个输入端为何种状态,A0、A1、A2输出为1,15端和14端输出为1,编码器处于非工作状态。
〔附74LS148引脚图与真值表〕
当抢答开关S0～S7中的任意一个开关按下时,编码器输出相应按键对应的二进制代码,低电平有效。
编码器输出A0、A1、A2,工作状态标志GS作为锁存器电路的输入信号,输入使能端I应跟锁存器电路的Q端相连接,使I端为时锁定编码器的输入电路,使其他输入开关不起作用。
锁存电路由4个RS锁存器74LS279组成。
74LS279是由4个基本的RS触发器构成的锁存电路,S端为置位端,R端为复位端,通常情况下输入端为高电平,触发器处于保持状态。
R端接主持人控制开关,抢答前,控制开关使锁存器输出为零。
74LS279的1S1、1S2、2S、3S1、3S2、4S分别与编码器的输出端14、9、7、6脚连接,当抢答开关按下时,编码器输出相应的二进制代码,锁存器锁存相应的二进制代码。
编码器工作状态标志GS使锁存器输出1Q为1,1Q连接到编码器74LS148的输入使能端EI,封锁其它路输入,同时接译码电路74LS48的控制端,当控制端为高电平时,译码器工作;当控制端为低电平时,七段码a～g段全不亮。
Q1、Q2、Q3与译码显示电路的输入端相连,控制开关S由主持人控制,系统复位后才可进行下一轮抢答。
〔附74LS279的引脚图和真值表〕
〔2〕计时电路
工作原理：
该部分电路由NE555构成脉冲发生电路、74LS192十进制加减计数器和74LS48译码显示电路构成。
NE555构成的多谐振荡器，通过f=1.43/[R1+2R2）C]，选取适当的R、C的值，构成适当震荡频率的脉冲发生器，从555的第3端输出到计数器的倒数计数触发端。
〔附NE555的引脚图〕
计数器部分由两个74LS192构成。
74LS192是双时钟十进制加减计数器，清零端解低电平，置数端接主持人开关。
通过对74LS192的1、9、10、15端进行置数〔分别为01100000〕，实现当主持人开关打开时，置数端相当于接入高电平，计数器开始倒数计时60秒，当主持人开关合上时，置数端相当于接地，此时计数器回到置数状态，显示数字“60”。
两个74LS192的2、4、6、7端分别接对应74LS48的数据输入端，让74LS48译码器进行译码，并通过共阴极七段数码显示器显示出倒数的数字。
〔附74LS192引脚图和功能表〕
MR
PL
CPU
CPD
工作模式
1
X
X
X
清除
0
0
X
X
预置
0
1
1
1
保持
0
1
↑
1
加计数
0
1
1
↑
减计数
〔3〕、综合电路
四、小组成员分工
成员
负责部分
杨耀城
理论资料的收集，负责电源变压电路的设计，对电源电路、抢答电路、计时电路三部分的组合，购买部分零件，协助电路仿真，协助实际电路连接操作，负责故障检修，完成实验报告。
蚁哲瀚
负责抢答电路的设计，负责电路的电脑仿真，负责实际电路调试，完成预习报告并领取相应芯片，协助实际电路连接操作，完成实验报告。
赵玮
负责计时电路的设计，负责实际电路连接操作，负责实际电路调试，协助电路的电脑仿真，完成实验报告。
五、所需零件列表
器件名称
数量
器件名称
数量
七段共阴极ck显示器
3
0.1uF电容器
1
74LS48
3
10uF电容器
1
74LS279
1
100Ω电阻
4
74LS148
1
10KΩ电阻
9
74LS192
2
1KΩ电阻
1
555计时器
1
15KΩ电阻
1
按钮开关
8
68KΩ电阻
1
可锁定按钮开关
1
LED
2
面包板
3
5V稳压直流电源
1
导线
假设干
六、利用Multisim对电路进行软件仿真
我们利用Multisim对电路进行软件仿真，仿真结果如下：
1、抢答器电路
2、计时器电路
3、综合电路
4、运行结果
附：
实物电路图
七、实验中遇到的困哪和解决途径
我们小组在该课程设计中受益匪浅，在此过程中，我们遇到了不少的困难，但是我们通过咨询学长和小组讨论，耐心地克服了困难，完成了实验，实现了电路预期的功能。
我们遇到的困难如下：
1、5V工作电源不知道去怎么制作，实验室做实验的同学太多，没方法占用实验器材太多时间。
解决方法：
通过大三学长的帮助，提供7805芯片，利用7805组成稳压的5V电源，供实验使用。
2、仿真的时候由于对Multisim的使用和芯片的引脚功能不够熟悉。
解决方法：
通过上网查找资料，花了很长的时间研究该软件的基本操作和芯片的引脚功能，最后掌握了Multisim的基本操作技巧，完成了仿真。
3、由于电路接线相比照较多，接线时容易混乱。
解决方法：
通过不断地尝试，分开连线，三人协作，一名同学负责看这电路图，报告应从哪个芯片的第几管脚接到另一个芯片的第几管脚，一名同学负责连接电路，最后一名同学负责检查接线的正确与否。
通过这样的方式，在初次连接抢答电路失败重练三次后，我们不怕麻烦和困难，耐心地检查，第四次连接连同综合电路一次成功地连出了电路，实现预期功能。
4、电路连出来之后，我们发现原先设计的计时器部分的功能对于抢答游戏的意义不够大。
解决方法：
将其中一片74LS192的13端进行改良，连接成现在我们的电路。
〔之前计时电路在有人抢答之后就停止计时，改良后，有人抢答是计时器继续计数，给选手限定答复下列问题的时间范围，使比赛竞争更加激烈。
〕
八、自我总结与自我评定
课程设计是为了让我们对平时学习的理论知识和实际操作相结合，在实践的基础上加深我们对理论知识的理解和应用并加以综合提高，提高分析和解决问题的能力。
在这一个星期的数电课程设计中，我们小组团结一致，一起讨论，一起实验，分工明确，有效地展开各项实践工作，并在自己制定的日程安排上提前完成任务，使电路到达了预期的效果。
该实践中让我印象最深刻的是7月6日上午我们小组一起在电气楼实验室进行我们的实物连接。
我们分工很明确的展开工作，一名同学主要负责连接电路，一名同学主要负责检查连接，另一名同学主要负责看电路图报告芯片的引脚。
如此一来，我们提高了效率的同时提高了正确率，一次成功地完成了抢答电路。
完成电路的一瞬间，我们互相击掌庆祝。
在小组中，我们都的合作很开心很成功，各自有各自的任务，有效完成的同时又协助其他组员完成相应的任务。
在小组中我主要负责Multisim软件的仿真和抢答部分电路的设计。
在仿真过程中我遇到了不少困难，但是很有耐心地将它克服。
虽然在之前的数电学习中运用过该软件，但是对软件的使用我还是比较生疏。
在花了长时间查阅资料和试接电路后，我对软件的使用已经比较熟练，准确地完成仿真并且到达了预期的仿真效果。
在抢答器电路的设计部分，我首先从优先编码器入手进行学习，加上参考相关资料，顺利完成了电路的设计，到达了预期的电路功能。
之后，我们在连接电路的过程中，我负责看着电路图报告电路的连接方式，有效准确地协助完成实物电路的连接，使电路到达了预期功能。
在小组中，我和其他两位组员相互协作，小组气氛融洽，讨论时候气氛相当好，在小组的讨论中解决了不少的问题。
通过了这次课程设计，我主要有如下收获：
1、对电路中所使用的74LS48、74LS279、74LS192、74LS148、NE555的芯片的功能有了实质上的了解，对芯片的认识实现从理论到实践应用的过渡。
特别是对79LS192计数器有更加深刻的认识。
2、对Multisim软件的操作更加熟练，对以后的仿真帮助很大。
3、体会到了电路故障的检修能力的重要性。
在实验过程中我慢慢意识到了电路故障的检修非常重要，对于某个电路，仿真的时候或许没有发生什么错误，但是实物连接时有可能会出现错误，应该学会利用工具〔如万用电表〕对电路进行基本的检修。
防止从新连接电路而造成时间的浪费。
4、在团队的合作中，我懂得了团队合作的重要性，一个团队如果能够很好地分工，同时很好的协作完成相应任务，可以使问题的得到更好的解决，同时使实践的效果更加，更快更好地完成实践。
5、对面包板的利用和接线技巧、接线的安排有了更进一步的了解和体会。
6、体会到了在学习的时候应该多利用身边的东西，例如电脑，来帮助自己的学习，让自己更好地理解课内的理论知识。
7、体会到了困难总是有，但是只要用心肯花时间，方法总比困难那多。
在本次课程设计实践中，我对自己的评定等级为优。
蚁哲瀚
二〇一〇年七月七日
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