数字定时抢答器设计报告.docx
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数字定时抢答器设计报告
电子技术
课程设计报告书
题目：
数字定时抢答器
姓名：
左孝念刘玉佩徐德华
学号：
***************************
指导老师：
***
设计时间：
201465
电子与信息工程学院
数字定时抢答器
1、设计任务与要求
1.设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队比赛，他们的编号分别是0.1.2.3.4.5.6.7各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应
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。
抢答开始后，若有选手按动即选手按动按钮，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。
此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。
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、设计原理与电路
2.1总体框图
分析总体框图的功能，描述总体框图的工作过程。
定时抢答器的总体框图（如图1.1）所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。
主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。
扩展电路完成定时抢答的功能。
工作原理为：
接通电源后，主持人的开关处于“清除”位置时，抢答器处于禁止状态，选手编号的LED数字显示器灯不亮，抢答定时时间LED数字显示器显示设定时间。
当主持人把开关拨到“开始”位置后，抢答器进入工作状态，选手们进行抢答。
当其中一个选手按下抢答按钮后，其他选手再按按钮无效，报警器发出声响表示进入回答问题状态，选手编号的LED数字显示器显示出抢答成功的选手的编号，与此同时定时时间开始倒计时，抢答定时时间LED数字显示器显示出该选手所剩下的回答问题的时间。
当抢答定时时间到了，优先编码电路停止工作，选手门不能继续抢答。
抢答定时时间LED数字显示器显示时间为“0”。
原理及设计：
该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。
具体电路如图3所示。
两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。
74192的预置数控制端实现预置数，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。
按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。
2.2、单元电路的设计
给出单元电路图，分析各单元电路的功能，记录各单元电路的功能。
1、抢答电路设计
设计电路如图2所示。
电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS297来完成。
该电路主要完成两个功能：
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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。
工作过程：
开关S置于"清除"端时，RS触发器的R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）＝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，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO（图中4端）=1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。
此外，CTR＝１，使74LS148优先编码工作标志端（图中5号端）＝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CTR＝１，使优先编码工作标志端（图中5号端）＝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为其功能表。
2、定时电路设计
节目主持人根据抢答器的难易程度，设计一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
具体电路如图3。
原理及设计：
该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。
具体电路如图3所示。
两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。
原理及设计：
该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。
具体电路如图3所示。
两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号
图3
由时钟产生电路提供。
按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。
结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脉冲。
3、时序控制电路设计
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按键时，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，定时和定时电路停止工作。
根据上面的功能要求，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。
图11、4的工作原理是：
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。
2.3、定时抢答电路的整机电路图、、
3、组装与调试
介绍定时抢答电路的调试过程、在调试中遇到的问题及解决的办法。
在通电之前必须对照原理图对线路进行详细的检查，这是非常重要的一点，如果有连接错误的地方须及时纠正。
调试可以分为两大步进行：
1、分块调试
将整个电路划分为抢答电路和计时电路两大块，先测试抢答电路，开关处于清除端，通电后代表选手编号的显示器是灭的，然后将开关拨向开始抢答，显示器仍是灭的，闭合代表选手的其中一个开关，显示器显示选手编号，断开此开关再闭合其他任意开关，显示器仍显示刚才的数字则表明抢答电路正常；通电后代表计时的两个显示器显示预置的时间30，开关从清除端拨向开始，然后显示器开始倒计时，当时间显示为00时停止计时则计时器正常。
2、整机联调
将整个电路连接好，接通电源，能达到预期的功能则表示整机工作正常，如果未能达到，则仍需进行检查调试。
3.遇到的问题及解决方法：
①当我们把抢答电路连好时发现不管怎么抢答，数码管始终显示7，后来我们根据老师教的检验方法，发现有根线没接进去，导致信号没输出去。
②将发光二极管与数码管并联后我们发现发光二极管并不能正常工作，而数码管却可以，经过老师指导，我们测出并联时数码管两端电压为1.66v，而单独接二极管时，二极管两端电压为4.89v，单独接数码管时的电压为1.65v，这说明二极管并联后不能正常工作是因为其两端电压过低，不足以使其发光。
③我们用一个实验箱做抢答电路，一个做定时电路，当我们将这两个电路相连时发现其不能正常工作，后来经老师指导发现是两个实验箱的地没相连，不能构成闭合回路的缘故④抢答时发现按开关1和0都显示1，后来经检测发现是74LS148的9端和10端连接处电路板未被腐蚀掉，刮掉漆后正常抢答。
⑤调试时发现电压过高或过低会影响计数器的正常工作，计数器有时呈现双数递减有时呈现单数递减，这说明TTL与非门对电源电压的稳定性要求较严，只允许在5V上有10%的波动⑥调试过程中发现当计数器递减到00时仍然可以抢答，后来通过对电路图及其原理的仔细研究发现1Q不应该直接接到ST端，应先接一个非门再接一个与非门后接到ST，这样才能保证当计数时间到后74LS148停止工作，抢答不能进行。
4、设计总结
课程设计体会，收获等。
（字体小4号，宋体）
本次课程设计用了一个多月的时间全部做完，整个过程大家积极参与，认真思考从中收获很多。
可以总结为以下的几点：
1，对数字电路知识的巩固与提高
这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识，在整个实习过程中，都离不开对数字电路课程知识的再学习。
我在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍，这样的回顾让我对知识的理解更加透彻，对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。
2，学会了理论联系实际
课程设计，通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。
这并不是在课堂上的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。
理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑实际中的很多问题。
有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。
比如在动笔做题时我们是不用考虑导线的电阻的，但在实际中，导线电阻有时是会带来时延造成花型变化的错乱，所以我们应尽量在连接电路时选择最短路径。
3，学会了如何运用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路；
虽然这不是第一次用电路板，因为之前的课内实验也用过，但当时的运用也只是插些导线和电阻电容之类的，用了电路板的很小部分。
这次的实习中应用了整块板子，实习后对电路板的组成完全了解了，并能熟练运用。
实习中通过对电路的连接也懂得了如何通过设计的分析对所连电路的整体布局，如何更好的放置芯片在最合适的位置。
在导线的连接上，如何选择导线走向是关键，我们应该尽量保证所连电路的简捷，宁短勿长，合理布线。
一个完美的作品不仅要能很好的完成要求实现功能，还要在感官上给人美的享受。
所以站在美的角度对自己的电路进行改良是很必要的。
4，和同学的互相协作共同进步
在实习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间也会从别人上上学到更多。
在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的思想，其他人的设计一定有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法。
5，其他
课程设计是开端，连接是关键，测试是必须。
所以实现过程中不仅要求对知识的掌握要足够准确与精通，更要有绝对的耐心与细心。
连接电路时一定按照自己的设计图仔细连接这会对后面的测试起到很好的铺垫作用。
在后面查错时就不用花费精力在查线上，可以给减少很多后续工作.
个人感受：
通过将近一个多月的课程设计，使我对数字电路有了进一步的了解，在设计抢答器、报警器、定时器的过程中，通过翻阅资料，上网搜索等，我对各电路器件（如：
00与非门，279SR锁存器，555定时器和LED显像管等）及原理有了更深一层次的认识，既增强了我的理解能力,也使我能更好的运用所学的知识。
开始时我还不太明白电路是如何连接的，并且对其原理也不甚了解，但通过对所学知识更深入的了解和同学的讲解和帮助，最终使我克服了难关，并成功地作出了设计。
这一个多月以来,我有过对知识掌握不足时的迷茫，也有过思路不清时的懊恼,但一路走来，我却收获了知识，收获了希望和努力后的成果。
在此我要感谢老师的谆谆教导和同学们的帮助，我相信这一个多月的不懈努力会给我未来的学习带来很多的启发,我会在以后的工作生活中更好的理论联系实际,证明自己的能力。
5、主要元件资料
给出主要芯片的引脚图；功能表。
74LS148引脚图
74LS148真值表
74LS279引脚图
74LS279真值表
74LS48的引脚图
74LS48真值表
74LS192引脚图
74LS192真值表
74LS00引脚图
74LS10引脚图
6、附录
附录A、元器件清单
序号
名称
型号
数量
备注
1
优先编码器
74LS148
1
2
RS锁存器
74LS279
1
3
七段译码器
74LS48
3
4
十进制加减计数器
74LS192
2
5
四2输入与非门
74LS00
1
6
三3输入与非门
74LS10
1
7
单稳态触发器
74LS121
1
8
定时器
NE555
2
9
三极管（NPN）
9013
1
10
发光二极管
2
11
数码管
共阴
3
12
电容
104
2
13
电解电容
10uf/25v
2
14
电解电容
10uf/25v
1
15
电阻
510
2
16
电阻
1k
10
17
电阻
4.7k
1
18
电阻
5.1k
1
19
电阻
10k
5
20
电阻
15k
1
21
电阻
68k
1
22
电阻
100k
1
23
蜂鸣器
5v
1
24
电路板
1
25
IC插座
8PIN
2
26
IC插座
14PIN
3
27
IC插座
16PIN
7
28
IC插座
32PIN
1
29
按键
小号
10
30
单挑插针
10
31
导线
0.5
5米
32
焊锡
4米
33
帽钉
4个
34
附录B；作品实物图片
实验数据：
74LS148
74LS279
74LS48
74LS192②
74LS192①
主持人开关S
1Q
0
1
0
0
0
0
1
0
CP
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
CP
有人
抢答
0
0
1
1
1
1
1
1
0
定时到
1
1
0
0
1
0
1
1
0
74LS121
555
主持人
开关S
CP
1Q
S
PR
4
3
1
1
CP
1
1
1
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
CP
1
1
1
0
0
1
1
1
1
0
0
0
有人
抢答
1
CP
0
0
1
0
1
0
1
0
1
1
1
1
定时到
0
CP
1
1
0
1
0
1
1
1
0
1
1
1
7、参考文献
[1]陈大钦.电子技术基础实验[M].高等教育出版社，2008年第3版.
[2]陈大钦.电子技术基础实验[M].高等教育出版社，2000年第2版.
[3]康华光.电子技术基础[M].高等教育出版社，2006年第5版.
[4]彭介华.电子技术课程设计指导[M].高等教育出版社，1997年第1版.
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