数字抢答器课程设计2.docx
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数字抢答器课程设计2
目录
1绪论1
1.1课题背景1
1.2仿真软件现状1
1.3设计部分……………………………………………………………………………………………1
1.4设计思路……………………………………………………………………………………..............2
1.5数字抢答器总体方框图原理……………………………………………………………………3
2电路的原理设计……………………………………………………………………………3
2.1抢答器电路4
2.2时序控制电路4
2.3报警电路5
2.4定时电路6
2.5真值表7
2.6原理图7
2.6.1数字抢答器原理图7
2.6.2定时电路原理图.......................................................................................................8
2.6.3报警及时序控制电路原理图9
总结11
致谢12
参考文献13
1绪论
1.1课题背景
现在抢答器市场竞争激烈，种类繁多。
很多单位在举办知识竞赛活动时有抢答一项，需要用到抢答器，普通电子抢答器使用通用集成电路制成，价格高、显示方式简单、性价比较差。
本文设计的数字抢答器制作简单，显示方式先进，性价比较高,所以有很大的发展空间。
数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。
优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。
通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。
经过布线、焊接、调试等工作数字抢答器成形。
1.2仿真软件现状
仿真的手段是建立模型。
即使用计算机软件Protel99SE设计数字抢答器电路，将设计的电路图做成计算机可以识别的形式，通过ERC检查来检验电路图电器连接是否正确，通过仿真电路中个元件的电流、电压和功率状态来模拟所设计电路的工作状态和各个元件在实际电路中是否发挥了设计中所设定的任务，对整个电路进行系统分析。
最后制出PCB电路板和它的三维仿真模型。
随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。
电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。
EDA是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。
与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性[6]。
1.3设计部分
1、设计任务与要求
（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0~S7表示。
（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
（3）抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
（4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右
（5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
（6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
2、设计所需仪器设备
（1）数字实验箱。
（2）集成电路74LS148（1片），74LS279（1片），74LS48（3片），74LS192（2片），NE555（2片），74LS00（1片），74LS121（1片）。
（3）电阻510Ω（2只），1KΩ（9只），4.7kΩ（l只），5.1kΩ（l只），100kΩ（l只），10kΩ（1只），15kΩ（1只），68kΩ（l只）。
（4）电容0.1uF（1只），10uf（2只），100uf（1只）。
（5）三极管3DG121只。
（6）其它：
发光二极管2只，共阴极显示器3只
3、方案论证与比较：
与普通抢答器相比，本作品有以下几方面优势：
（1）具有清零装置和抢答控制，可由主持人操纵避免有人在主持人说“开始”前提前抢答违反规则。
（2）具有定时功能，在30秒内无人抢答表示所有参赛选手获参赛队对本题弃权。
（3）30秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。
1.4设计思路
（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0~S7表示。
（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
（3）抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
（4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0.5秒左右。
（5）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
（6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。
1.5数字抢答器总体方框图原理
如图1所示为总体方框图。
其工作原理为：
接通电源后，主持人将开关拨到"清除"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布"开始"抢答器工作。
定时器倒计时，扬声器给出声响提示。
选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。
图1数字抢答器框图
2电路的原理设计
2.1抢答器电路
抢答电路如图２所示。
该电路完成两个功能：
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。
工作过程：
开关S置于"清除"端时，RS触发器的端均为0，４个触发器输出置0，使74LS148的＝0，使之处于工作状态。
当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，1Q=1,=1,74LS48处于工作状态，3Q2Q1Q=101,经译码显示为“5”。
此外，1Q＝１，使74LS148＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。
当按键松开即按下时，74LS148的此时由于仍为１Ｑ＝１，使＝１，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。
如有再次抢答需由主持人将Ｓ开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。
74LS148为8线－3线优先编码器，表1为其真能表。
图2抢答器电路图
2.2时序控制电路
时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：
①主持人将控制开关拨到"开始"位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
②当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。
③当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。
根据上面的功能要求以及图2，设计的时序控制电路如图5所示。
图中，门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端。
工作原理是：
主持人控制开关从"清除"位置拨到"开始"位置时，来自于图2中的74LS279的输出1Q=0，经G3反相，A＝1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。
同时，在定时时间未到时，则"定时到信号"为1，门G2的输出=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求。
当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q＝1，经G3反相，A＝0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求。
当定时时间到时，则"定时到信号"为0，=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。
同时，门G1处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能③的要求。
集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。
图3时序控制电路图
2.3报警电路
由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。
其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1．43／［（RI＋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。
图4报警电路图
2.4定时电路
由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如图5所示。
表2为74LS192的真值表。
图5可预置时间的定时器电路
2.5真值表
74LS148的真值表如表1所示。
表174LS148的真值表
74LS192的真值表如表2所示
表274LS192的真值表
输入
输出
MR
P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
1
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
1
×
×
×
×
减计数
通过本章的设计，可以对涉及的电路图有一个大致的总结与概括。
2.6原理图
2.6.1数字抢答器原理图
图6数字抢答器原理图
2.6.2定时电路原理图
图7定时电路原理图
2.6.3报警及时序控制电路原路图
图8报警及时序控制电路原路图
在硬件电路的设计方面，完成了数字抢答器各个基本电路和功能电路的设计，并对抢答原理和电路的调试进行了深入的研究和了解。
增长了我们的构建和检测电路的知识。
数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。
优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。
总结
通过这次对数字抢答器的设计，我学到了很多各方面的知识，包括以前没有涉及过的知识也都有了一定的了解和掌握。
是一次理论联系实践的过程，在这次设计当中我经过认真学习了各方面的书籍资料并通过不断的上机辅助实验，使我能够把理论知识与实际相结合，在设计过程中，我们充分发挥了团结合作的精神，与组内成员配合工作最后完成整个项目的设计。
通过这次设计在很大程度上提高了我们的运用能力和实际操作能力，不论是对理论知识的掌握还是对具体知识的实际运用或是对正式论文的誊写方面都有很大的提高。
为我们以后踏上工作岗位打好基础。
通过此次综合实践，不仅对一个学期来对数电知识的学习的巩固与加深，也近一步把应该掌握的基础知识在脑海中形成了一个自己的框架图。
并且也在熟悉的基础上掌握和巩固了对protel99se电路设计软件的应用和功能，理论联系实际，增强了动手实践能力。
在实际设计中也碰到了许多突法的问题，锻炼了我们分析和解决实际问题的能力，给自己一个很好的学习机会。
虽然这次自己做的并不算太好，一是由于这是第一次做这样的课题，二是自己还缺乏经验。
我相信这次课程设计之后，会对课程设计有一个大的提高，为以后作单片机及毕业设计打下良好的基础。
也为我们以后踏上工作岗位打好基础。
因为工作中不仅需要知识还需要团队的合作，而这次课程设计也需要我们小组的合作，培养了我们的团队合作精神。
致谢
在设计中我不仅仅是对电路图的绘制学习的过程，更是锻炼自己分析问题解决问题的过程；不仅仅是对平时知识积累运用的过程，更是发现新知识、把知识应用到实践的过程。
可以说，每次对知识的学习都是我们自身头脑增长见识的过程，而这一次，则是我们知识转化成能力的一次飞跃的过程，在这次课程设计当中我学到了很多。
我很感谢乐丽琴老师对我们的指导，这学期乐老师就担任我们的理论课，并且在最后的课程设计中还是我们小组的指导老师。
她的指导在我们的设计中起到了决定性的作用，我真的感谢乐老师。
我和很感谢我们成员间的团结合作吗，同学们用耐心去完成课题。
参考文献
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天津大学出版社,1993.11
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[10]苏文平新型电子电路应用实例精选..北京航空航天出版社2002年2月
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41～44
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