华北电力大学 电子技术综合实验2.docx
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华北电力大学电子技术综合实验2
课程设计（综合实验）报告
（2011--2012年度第1学期）
名称：
智力竞赛抢答器
题目：
智力竞赛抢答器
院系：
电气与电子工程学院
班级：
学号：
学生姓名：
指导教师：
孙淑艳
设计周数：
1
成绩：
日期：
2012年1月8日
目录
I、引言1
II、设计详细任务与要求2
课程设计（综合实验）的目的与要求2
III、单元电路的设计2
抢答电路的设计3
主持人控制台电路设计4
主持人控制台状态和所需器件4
按钮功能规定和信号形式4
选手抢答器功能规划和电路设计5
选手抢答器输入信号5
选手抢答器输出信号5
选手抢答器的状态规划和原始状态图5
计分器功能和电路设计6
计分器应具备的基本功能6
器件选择7
整体连接和调试7
IV、课程设计（综合实验）总结或结论（正文为宋体，五号字行间距为21）7
I、引言
各在知识比赛与娱乐竞赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。
如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。
因此使用抢答器来完成这一功能是很有必要的。
我们这里所设计的抢答器是一种比较容易的抢答器。
没有使用特别多的，复杂的元器件。
它的特点是电路简单、制作方便、操作简单、方便、性能可靠，适用于多种智力竞赛活动。
本抢答器的电路由主体电路和扩展电路两部分组成。
定时抢答器的工作过程是:
接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示灯灭灯。
当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态。
当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。
II、设计详细任务与要求
课程设计（综合实验）的目的与要求
在进行智力竞赛抢答题比赛时，各参赛者考虑好后都想抢先回答，为使比赛顺利进行，需要一个能判断抢答者的先后顺序的设备，称为智力竞赛抢答器，要求设计一个四路抢答器，可容纳四个队参加比赛。
系统应包括主持人控制台、选手抢答台、选手计分器等部分。
主持人通过主持人控制台上所设按钮向选手抢答台和选手计分器发送抢答允许、加分、减分等信号；抢答选手通过选手抢答台上所设按钮发送抢答信号并封锁对手的抢答器，同时向自己的计分器发出计分允许信号。
第一步：
主持人预置每组100分。
第二步：
主持人按准备按钮，宣布准备抢答并述题。
第三步：
判断有无违章提前抢答者。
如果有违章提前抢答者（选手抢答台红灯亮并发出声音），则宣布本题失败并作违章处理（如减分或口头告警），然后返回第二步。
如果没有违章提前抢答者，则进行第四步。
第四步：
主持人按开始按钮，宣布开始抢答。
第五步：
选手按自己的选手抢答台上所设的抢答按钮抢答。
抢到答题权的选手抢答台上所设的绿灯发亮并发出声音，经主持人允许后答题。
第六步：
主持人宣布选手得分，并按加10分按钮给选手加10分或者按减按钮给选手减10分。
第七步：
转入第二步进行下一题，或宣布抢答活动结束。
III、单元电路的设计
抢答电路的设计
该部分电路要完成两个功能：
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。
选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，所组成的电路图如下所示。
这个电路的工作原理过程：
当主持人控制开关S置于"清零"端时，RS触发器的R非端均为０，４个触发器输输出（Q4—Q1）全部置０，使74LS48的BI的非＝０，显示器灯灭；74LS148的选通输入端ST的非=0，使之处于工作状态，此时锁存电路不工作。
当主持人把开关S置于"开始"时，优先编码器和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端的信号输入，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0的非=010，YEX的非=0，经RS锁存后，CTR=1，BI的非=1，74LS279处于工作状态，Q4Q3Q2=101,74LS48处于工作状态，经74LS148译码后，显示器显示为"５"。
此外，CTR=1，使74LS148的ST的非为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁其他按键的输入。
当按键松开即按下时，74LS148的YEX的非为高电平，但由于CTR维持高电平不变，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以及抢答电路的准确性。
如有再次抢答需由主持人将Ｓ开关重新置“清除”，电路复位。
主持人控制台电路设计
主持人控制台状态和所需器件
主持人控制台只有准备状态S0和抢答状态S1，故只需一个状态触发器FF0。
此外需要预置100分按钮（L）、准备按钮（R）、抢答开始按钮（S）、加10分按钮（U）、减10分按钮（D）。
按钮功能规定和信号形式
L：
同时将4个选手的计分器置成100分，选用带低有效预置端的计数器构成计分器，故信号形式为负脉冲。
R：
将本台状态触发器FF0复位到S0状态，同时将4个选手抢答台置于初始状态，信号形式为负脉冲。
S：
将本台状态触发器FF0置位到S1状态，再由FF0向4个选手抢答台输出抢答允许信号。
信号形式为负脉冲。
U：
给竞答选手加10分，信号形式为正脉冲。
D：
给竞答选手减10分，信号形式为正脉冲。
选手抢答器功能规划和电路设计
选手抢答器输入信号
（1）主持人控制台送来的准备抢答信号，为负脉冲，它将选手抢答器复位到初始状态；
（2）主持人控制台送来的开始抢答信号，允许本选手按抢答抢答按钮，设为X1，1有效；
（3）其他选手抢答器送来的封锁信号，使本选手不能抢答，设其组合后为X0，0封锁；
（4）竞答选手按抢答按钮形式的抢答信号，在电路中作为时钟信号CP，为负脉冲。
选手抢答器输出信号
（1）违章抢答信号，用于点亮红灯并使蜂鸣器发声，设为Y1，1有效；
（2）抢答有效信号，用于点亮绿灯，设为Y2，1有效；
（3）积分允许信号，是主持人能对本选手加分或减分，设为Y3，1有效；
（4）输出封锁信号，使其他竞答选手按抢答按钮无效，设为Y4，1有效。
选手抢答器的状态规划和原始状态图
选手抢答器至少具有三个状态：
其一为初始状态S0；其二为违章抢答后状态S1；其三为有效抢答后状态S2。
采用莫尔设计，根据题意可画出原始状态图。
在准备抢答信号到来后选手抢答器被复位到初始状态S0，此时若无抢答允许信号，则选手抢答按钮为违章抢答，状态转到S1并给出红灯信号、计分允许信号和输出封锁信号。
此后状态停在S1等待被复位。
在状态S0，下，若有抢答允许信号并无输出封锁信号，则选手按抢答按钮有效，状态转到S2，同时给出绿灯信号、计分允许信号和输出封锁信号。
此后状态停在S2等待被复位；若有抢答允许信号并且有输入封锁信号，则选手抢答按钮无效，状态停在S0不变，输出也不变。
因为计分允许信号和输出封锁信号始终相同，可以合用Y3而取消Y4。
三个状态的输出各异，已不可化简，需用两个触发器，选用带有低电平有效清除端的负边沿双JK触发器74X112。
S0、S1、S2的编码分别选为00、01、10，设状态11为S3，用规定当电路处于S3状态时，在任何输入全为0并且次态为S0。
由此得驱动函数和输出函数真值表。
因为Y1、Y2、Y3仅与状态Q1、Q0有关，可直接写出其表达式，即
Y1=
Y2=
Y3=Y1+Y2=
从卡诺图得到逻辑表达式为
J1=
·X1·X0
K1=
J2=
·
K2=
输入封锁信号X0为0时起封锁作用，其他选手抢答器中任一个输出封锁信号为1时，X0都应为0，故可用或非门实现。
根据上述分析设计电路的原理图，其中输入为1J、1K得触发器标注为FF0，图中输入为2J、2K得触发器标注为FF1。
同样的电路需要6套即可。
计分器功能和电路设计
计分器应具备的基本功能
（1）技术范围为000—990，以10为最小计数单位；
（2）采用3位七段显示数码管显示计分值；
（3）可用预置脉冲将计数值预置成100分；
（4）具有计分允许信号输入端，该信号又消失方可对本计分器进行加分或减分操作；
（5）具有加10分脉冲和减10分脉冲信号输入端。
器件选择
根据计分器的功能要求，应选用具有清除和预置功能的十进制可逆计数器，有74X168和74X192两种芯片都可以选用。
但在Multsim2001中的数字器件库中只有74X192，一次确定选用74X192。
整体连接和调试
在Multsim2001环境下将主持人控制台、六路选手抢答器、六路计分器互相正确连接，加入必要的外部元件，如开关、红绿灯、蜂鸣器数码管等，即可认为基本完成了电路原理图设计，然后便可接通电流源进行仿真调试。
仿真时应按照设计要求逐条检验，看所设计的电路是否完全具备预想的所有功能。
通常一次取得完全成功的可能性不大，这时候需要对原设计做某些调整或改变，直到电路完全满足设计要求。
IV、课程设计（综合实验）总结或结论（正文为宋体，五号字行间距为21）
Multisim是一款强大的仿真软件，绝大部分的器件都可以找得到，还有功能强大的电表，使用非常方便。
在制作实物前用Multisim做一下仿真是及其有益处的。
另外就算是仿真出结果，做实物时也可能遇到很多问题，这就需要多动手多试验了。
关于数码管的运用，本电路用了一种共阴七段七针脚的红色数码管，一种四管脚的黄色数码管。
七针脚的数码管还需一个译码器，但现实中七针的数码管较普遍些。
关于诸多细节，例如各种触发器的优缺点，不同逻辑器件的差别，都有了根深一步的了解。
对74LS系列有了更深的了解，也知道了六人抢答器的设计方法。
更重要的是本次实验将我们所学习的理论知识与实践活动想联系，增强了我们的动手、动脑能力，从而达到学有所用，更明确目标，对自己以前所学知识的巩固和今后的学习起了重要作用。
[1]李月乔，数字电子技术基础，中国电力出版社，2008年2月第一版。
[2]李旭彦，电子技术综合实验，中国电力出版社，2010年3月第一版。
附录（设计流程图、程序、表格、数据等）
选手抢答器部分：
计分电路部分：
整体电路部分：
驱动函数和输出函数真值表
X1X0
J1K1J2K2
Y1Y2Y3
00
0
01
0
1
000
10
00
0
0
11
10
1
0
01
01
0
0
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10
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011
11
00
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1
000
注：
根据课程设计、综合实验的内容将标题任选其一。
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