8路智力竞赛抢答器的设计.docx

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8路智力竞赛抢答器的设计

课程设计说明书

一、课题名称……………………………………………………页码

二、内容摘要……………………………………………………页码

三、设计内容及要求……………………………………………页码

四、方案论证及比较……………………………………………页码

五、单元电路的设计、参数计算和器件选择…………………页码

六、完整的电路图及工作原理…………………………………页码

七、设计特点及实用价值………………………………………页码

八、总结与心得体会……………………………………………页码

九、元器件清单…………………………………………………页码

一十、参考文献……………………………………………………页码

附录（图）…………………………………………………………页码

一、课题名称

8路智力竞赛抢答器的设计

二、内容摘要

主要包括数码显示八路抢答器电路的组成、设计及功能，电路采用74系列常用集成电路进行设计。

该抢答器除具有基本的抢答、锁存功能外，还具有定时抢答功能，时间定为30S，时间计时用LED显示，时间到扬声器发出2S声响，抢答功能失效。

主持人通过控制开关，控制清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始，开始后系统将自动倒计时30秒。

若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若规定的时间到并且无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响持续2秒，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能，抢答功能失效。

该抢答器主要运用到了编码器、计数器、锁存器和定时器：

它采用74LS148来实现抢答器的选号，采用74LS74芯片实现对号码的锁存，采用74LS192实现十进制的减法计数，采用555芯片产生秒脉冲信号来共同实现倒计时功能。

三、设计内容及要求

1、可同时供8名选手参加比赛；

2、他们的编号分别是0、1、2……..7；各用一个抢答按钮，按纽编号与选手编号相对应；

3、主持人手持一控制开关，用来控制清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始；

4、抢答器具有数据锁存和显示的功能；

5、抢答器具有定时抢答功能，时间定为30S，时间计时用LED显示，时间到扬声器发出2S声响，抢答功能失效。

四、方案论证及比较

方案一：

所有选手公用一个数码显示管，在选手抢答前，控制开关K为低电平导通使抢答模块的D触发器复位输出低电平，禁止数码显示管工作。

倒计时模块：

计数器由两片74ls192十进制计数器组成预置30；当主持人打开控制开关K（高电平导通），抢答模块D触发器正常工作，8线-3线优先编码器选通输入端ET为0，允许编码，等待数据输入，定时模块开始倒计时。

在倒计时30秒内若有选手抢答，抢答信号通过编码器进入触发器锁存并显示选手序号，同时使8线-3线优先编码器选通输入端ET为1暂停工作，并发出信号TH使定时模块停止倒计时，倒计时显示数码管灭灯。

若没有选手抢答，倒计时30秒后定时模块数码管灭灯并发出信号QD使抢答模块停止工作，同时扬声器工作,74ls192继续工作2s后死的扬声器停止工作。

脉冲模块由555定时器连接成多谐振荡器为定时模块提供频率为1HZ的脉冲信号。

至此第一轮抢答结束。

主持人按下控制开关（低电平导通）回到抢答前的状态为下一轮抢答做准备。

主持人再次打开控制开关（高电平导通）则进入下一轮的抢答。

优点：

完全符合设计要求，实现了要求的所有功能。

结构布局简单，元件采用74ls系列价格便宜容易在市场上买到

方案二：

抢答模块：

每个选手都有独立的数码显示管用来显示自己的编号，选手通过8线-3线优先编码器进行抢答，抢答信号选通选手自己的数码显示管使之显示并使定时模块停止工作。

脉冲模块：

采用555定时器连接成多谐振荡器产生1Hz的脉冲定时模块为定时模块提供脉冲。

定时模块：

计数器由两片74ls192十进制计数器组成预置30进行倒计时，计时结束使抢答模块结束工作，扬声器工作持续2s采用74ls191计数器计数到2时使扬声器停止工作。

优点：

功能都符合设计要求，定时模块的倒计时采用192扬声器采用191互不影响独立性好，可以独立设计模块，器件很容易在市场上买到。

缺点：

电路元件比较多，结构复杂，组合后的电路稳定性差，，元件较多成本较高。

方案三：

本方案采用单片机完成，当主持人宣布抢答开始的时候，按下开始按钮，此时电路进入抢答状态，选手的输入采用了扫描式的输入，之后把相应的信息送往单片机，再由单片机输出到显示输出电路中。

此时有人第一按下相应的抢答按钮，经过单片机的控制选择，在八段显示器上显示相应的号码，并锁存，同时禁止其他按钮的输入。

优点：

总体结构简单使用单片机硬件不需要太多器件集成

缺点：

对单片机不熟悉，有复杂的软件编程，相比较而言价格比较昂贵

确定方案

经过三个方案的优缺点对比我们最终采用了方案三。

在方案二对比方案一：

方案二选用了八个数码管显示抢答选手的编号，抢答信号通过8线-3线优先编码器编码后必须进行译码分别选通抢答选手的数码显示管，这样方案二就比方案一多了很多器件并且使连线错综复杂，而且数码显示管在主界面上，显得比较复杂不清晰，器件的增加也会使得电路不稳定。

方案一相比较而言满足设计的要求并且原件更少，布局也比较直观明了，连线更方便，焊接更可靠，成本更低且比较容易实现，所以最终选用了方案一。

五、单元电路的设计、参数计算和器件选择

5.1抢答模块电路设计

功能：

功能有三个，一是选手抢答后能选出最先按键的选手并锁存编号，供译码显示电路用，同时阻止以后选手的信号进入；二是当信号进入并显示之后产生信号TH使定时模块停止工作；三是接受计时结束后产生的信号QD使抢答模块电路停止工作；

设计：

74LS148对最先抢答的信号进行编码，并进入74触发器锁存，148es端口产生的低电平信号经过非门作为出发起的脉冲并锁存作为有输入时的标志信号，并反馈至148的et端使148停止工作。

锁存信号通过7448译码器送至数码管显示，其中7448的灭灯输入端接标志信号，使之只有当有信号输入时数码管才工作，其他时间数码管灭灯。

另外当有抢答信号输入时将产生的标志信号输出至定时模块端口号为TH使定时模块停止工作。

抢答模块的复位信号由来自主持人控制开关的低电平和定时模块时间到时产生的低电平反馈信号（qd端口）组合而成，形成低电平接至触发器的复位端口clr使抢答模块停止工作。

器件：

单元电路由74LS148（8线—3线优先编码器）、非门、与门、74ls74D触发器、7448N（七段显示译码器）、数码管组成

8线—3线优先编码器正好适合8个选手输入信号，也是比较常见且价格便宜的器件

模块工作中需要锁存信号，74ls74D触发器能锁存需要的信号，并有复位端符合要求。

数码显示最常见的也就是7448N（七段显示译码器）和共阴极数码管，价格便宜且比较容易买到

5.2脉冲模块

功能：

脉冲模块产生1HZ的脉冲信号，为定时模块提供脉冲

电路图（见附录）

设计

主要由555定时器连接成多谐振荡器

器件：

555定时器是我们课程中所学的内容，常见便宜

5.3定时模块

功能：

主要功能有个：

第一，当主持人打开控制开关则开始倒计时30秒30秒结束后停止工作。

第二，倒计时结束控制扬声器工作2S。

第三，倒计时结速时产生信号QD使抢答模块结束工作。

第四，接受抢答模块产生的TH信号并停止工作。

电路图：

（见附录）

设计：

主持人没有按下开关前，对两片192连接成的100进制计数器预置数30，因为脉冲是1HZ的，所以计数到0时间是30秒。

主持人按下开关倒计时开始，计数到0则高位的192产生借位信号BO通过非门成为高电平信号BO非并进行锁存使扬声器工作。

BO非信号和来自抢答模块的TH信号通过或门进行锁存作为灭灯信号送至7448的灭灯输入端使数码管停止工作。

扬声器工作2s后接受个位192的QB信号的非（低电平）使锁存器复位，扬声器停止工作。

当计数没有结束但有来自抢答模块的TH信号时产生7448的灭灯输入信号，使数码管灭灯。

灭灯信号和来自抢答信号的TH做与即作为倒计时结束后的反馈信号QD（低电平）使抢答模块停止工作。

器件：

主要有19274触发器扬声器7448数码管与门或门非门

192可以方便组成100进制的计数器并且可以将个位思维分别显示出来所以是最佳的选择

六、完整的电路图及工作原理

电路图：

（见附录）

工作原理：

首先是各个选手分别对应的按钮编号是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，抢答后显示器上显示的分别是0、1、2、3、4、5、6、7。

然后是主持人对整个电路系统清零，将开关置于“清零”的位置，输出低电平，分为两路：

一路与抢答模块中锁存器的复位相连，使输出端触发器输出为低电平，1D所输出的低电平经与门反馈给74LS148的EI端子，编码器不工作，因此抢答模块显示器灭灯无显示，实现了清零；另一路低电平输出到定时模块74LS192的LOAD端，而CR端也是低电平，所以得对应显示器输出预置的30。

当主持人说“开始”并将开关置于“开始”位置后，输出为高电平，Z则抢答模块正常工作等待定时开始倒计时

当任意一个选手抢答时，例如5号抢答时，74LS148五号端子输入低电平有效，此时EI为低电平有效，表征编码器在正常工作。

编码输出A2A1A0为010经74LS74锁存，q非端输出为101，经译码显示编号为5。

与此同时，1Q所输出的高电平反馈回编码器的是能输入端，使其停止工作。

此时，其他选手若再按动按钮也无对应输出，这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性。

另外，…………………………使计数器停止工作

若没有选手按动按钮，，74LS148也输出高电平，1d锁存为低电平1Q端输出低电平至74LS48的灭灯输入RI/RBO端，使得信号经74LS48到显示器上时无显示；若到定时部分计数器倒计时到00还无选手按动按钮的话，十位74LS192的借位输出端输出高电平反馈回定时模块的2个锁存器使扬声器工作………………………………

图清零

（见附录）

图抢答5号

（见附录）

图无抢答

（见附录）

七、设计特点及实用价值

八、总结与心得体会

通过这次课程设计，我学会了许多课本上学不到的东西，同时也加强了我动手、思考和解决问题的能力，知识与实践的结合能力，受益匪浅。

而在课程设计过程中，我觉得是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识很多，同时平时课间又没有好好的运用额理解个个元件的功能，而且考试的内容有限，所以在这次课程设计过程中，了解很多元件的功能，对其在电路中的使用有更多的认识。

从前的学习过程过于浮浅，只是流于表面的理解，而现在要做课程设计，就不得不要求我们对所用到的知识有更深层次的理解。

因为课程设计的内容比及书本中的理论知识而言，更接近于现实生活，而理论到实践的转化往往是一个艰难的过程，它犹如一只拦路虎，横更在我们的面前。

但是我们毫不畏惧，因为我们相信我们能行。

通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目

九、元器件清单

序号

名称

型号

数量

参数

1

优先编码器

74ls148

1片

--

2

译码器

7448

3片

---

3

十进制加减计数器

74ls192

2片

--

1片

--

5

555定时器

CB555

1个

--

6

D锁存器

74ls74D

3片

每个芯片2个D锁存器

7

与门

74ls08

3

每个芯片4个2输入与门

8

反相器

74ls04N

3

每个芯片六个非门

9

或门

74ls32

2

每个芯片4个2输入或门

10

电阻

ROHM

1个

20.7kΩ

11

电阻

ROHM

1个

62.1kΩ

12

电容

16CE470AX

1个

10uF

13

电容

16CE470AX

1个

0.01uF

14

共阴极数码管

SEVEN_SEG_COM_K

3个

15

开关

1个

单刀双掷开关

16

开关

8个

4脚按键开关

17

蜂鸣器

一个

十、参考文献

[1]姚福安，电子技术基础课程设计，山东科学技术出版社，2002；

[2]毕满清，电子技术实验与课程设计，北京：

机械工业出版社，2005；

[3]阎石，数字电子技术基础，北京；高等教育出版社，2005；

[4]龚卫民，数字电子技术试验，山东科学技术出版社2013。

附录：

抢答

脉冲

清零

33

定时模块