数电课程设计四路抢答器.docx
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数电课程设计四路抢答器
课程设计说明书
（小初号字距4磅黑体加黑居中）
课程名称：
数字电子技术课程设计
题目：
四路抢答器
学生姓名：
李时川
专业：
电子信息科学与技术
班级：
11-2
学号：
18
指导教师：
杨艳
日期：
2013年3月29日
四路抢答器
一、设计任务与要求
设计一个四组参赛的智力竞赛抢答器
基本要求：
（1）当某台参赛者按下抢答开关时，由数码管显示该台编号并伴有声响。
此时，抢答器不再接收其他输入信号。
（2）电路具有定时功能。
要求回答问题的时间≤30秒（显示为29~00），时间显示采用倒计时方式。
当达到限定时间时，发出声响提示。
（3）具有计分功能。
每组参赛者起始分为100分，抢答后由主持人计分，答对1次加10分，否则减去10分
（4）在复位状态下台号数码管不作任何显示（灭灯）。
提高要求：
（5）答题时间还剩5s时，每秒发出提示声音。
二、方案设计与论证
抢答器的基本工作原理：
1.当主持人按下“开关”按钮后，选手可以通过按按钮的快慢来决定由谁来回答，按得快的选手的编号显示在电子显示管上并该选手桌上的发光二极管亮灯。
2.此后选手输入被锁住，如果主持人按下复位键则编号显示处不作任何显示。
3.然后主持人就按下计时开关，选手开始作答，作答的时间少于30秒，以倒数的方式进行，而且通过显示屏把时间显示出来。
4.当选手作答仅剩5秒时，开始通过喇叭响来做提示。
如果到了显示“00”时，计时器不再进行倒数而停留在“00”状态。
5.此时选手仍没有作答成功，则主持人会对该选手进行减分处理，如果在“00”之前作答成功则加分，分数也是通过计分器显示出来。
每位选手初始分数为100分，加减分每次10分。
6.之后主持人按下开关，所有的显示及工作状态回到初始状态以便进行下一次答题。
原理框架图
台号显示
方案一、对照上面原理框架图，各个主要的部分选用对应功能的芯片进行设计。
方案二、对照框架图，选用各种逻辑站以及相关的逻辑函数进行设计，编号进直接把锁存器的输出转化8421BCD码，并通过逻辑函数表达式的方式输入到显示译码器中让其显示出来。
通过比较可以得出方案一更可行，理由在于芯片组上集成的功能要强大些，且用的元器件的数目会相对少一些这样会更美观而且不容易出错。
三、单元电路设计与参数计算
Ⅰ、抢答电路
设计思路
1.开关模拟抢答按钮，开关闭合表示抢答，断开表示不抢答，每次抢答完必须断开，为了防止有人在第一次抢答的过程中忘记将开关断开，导致第二次当主持人复位的瞬间将抢答成功，特别在开关与触发器之间并联蜂鸣器，当开关没有断开蜂鸣器便一直会响；
2.两个双D触发器，当有人按下抢答按钮之后，其他人无法抢答
3.发光二极管阴极分别接触发器的Q非端，阳极接VCC。
4.显示编号的电路
当有选手按下了开关后，快的那个选手的编号可以被输出并记忆起来送到74148和数码管组成的显示台号电路中去显示出选手编号。
Ⅱ、30秒倒计时电路
1.两个模十计数器组成30进制减法计数器
在比赛规则里，要求选手的答题时间不能超到30秒，因此必须要有一个定时电路，这个电路可以设计成30进制加法器，但是更多的情况下，为了直观的原因我们采用的是30进制减法计数器。
如果选手能在30秒里答对，则算答题成功，否则为失败。
而且在最后的5秒钟伴有响声做为提示，当时最后到达00时，响声也会停止。
为了实现30进制减法计数器，采用了74192芯片，它具有加减法功能，是同步10进制的。
74LS192（54/74194）两个引脚图管脚及功能表如下：
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：
（a）引脚排列 （b）逻辑符号
图中：
为置数端，
为加计数端，
为减计数端，
为非同步进位输出端，
为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，
为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。
其功能表如下：
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
×
×
×
×
加计数
0
1
1
×
×
×
×
减计数
定时器电路如上
上图用两块74192来组成30进制减法计数器，通过置数法让一有电源输入到该电路上，就直接把输出置为30，差通过数码管显示出来.
2.用数值比较器74LS85检测第五秒（0000,0101），输出Y=B端接触发器，当第五秒到来时送出高电平使D触发器驱动蜂鸣器工作.
3.门电路组成检零电路，当倒计时结束时使整个倒计时电路停止工作，即使蜂鸣器和数码管停止工作
Ⅲ、记分电路
1.当选手作答完后，要根据选手答题的情况来进行加法或减分。
而这个加分减分功能我同样用了74192，每答对一题得10分，答错一题减10分，主持人根据选手答题情况来加减分，每位选手初始分数为100分。
这个电路是通过一个BUTTON按钮，按一下会自动的弹上来，这样确保每一次的按和放都有一次的脉冲输入，两个开关A.B分别代表加分减分，将开关的一端接脉冲，另一端接UP或DOWN，然后能过输出就可以知道当前得分
四、总电路工作原理及元器件清单
由于电路过大，所以将电路分成3部分显示
Ⅰ、抢答电路
Ⅱ、30秒倒计时电路
当主持人按下答题开始按钮，倒计时电路开始工作，到第五秒至零秒的时候会伴有蜂鸣器提醒声音，记时结束后蜂鸣器和数码管都停止工作；
Ⅲ、记分电路
2.总电路工作原理
当主持人按下“开关”按钮后，选手可以通过按按钮的快慢来决定由谁来回答，按得快的选手的编号显示在电子显示管上并伴有响声。
此后选手输入锁住，如果主持人按下复位键则编号显示处不作任何显示。
然后主持人就按计时开关，选手开始作答，作答的时间少于30秒，以倒数的方式进行，而通过显示屏把时间显示出来。
当选手作答仅剩5秒时，开始通过喇叭响来做提示。
此时选手仍没有作答成功，则主持人会对该选手进行减分处理，如果在“00”之前作答成功则加分，分数也是通过计分器显示出来。
之后主持人按下开关，所有的显示及工作状态回到初始状态以便进行下一次答题。
3．元件清单
元件序号
型号
主要参数
数量
备注
U
74LS74
3
触发器
U
74LS148
1
编码器
U
74LS85
2
数值比较器
U
74LS192
4
计数器
U
DCD_HEX
5
数码管
U
BUZZER
5
蜂鸣器
LED
LED
4
发光二极管
U
74LS系列
门
五、仿真调试与分析
本次设计的仿真我采用了Multisim仿真软件做，主要是感觉本软件用起来感觉比较简单，打开仿真开关，拨动复位按钮，模拟进行抢答，当第一个抢答按钮按下之后其他抢答开关无效，并且伴有发光二极管发光，数码管显示相对应台号。
当此人抢答成功后，30秒倒计时电路开始工作，当倒计时到5秒时数值比较器74LS85送出高电平使D触发器驱动蜂鸣器工作.在这里我一直遇到一个问题，就是发现当计时为00时，蜂鸣器在此后一直在响，所以添加了检零电路，当倒计时结束时使整个倒计时电路停止工作。
之后就是记分电路，主持人对选手的答题结果进行加分或减分情况。
六、结论与心得
本次课题感觉上还是比较难的，虽然做起来前面比较顺，但坐到后面发现问题很多，修改起来有一定难度，就比如说上文提到的5秒倒计时蜂鸣器问题，而且刚开始做仿真时还忘了用数码管显示选手编号，很是纠结。
总体来说，感觉做的还是不错吧，通过本次设计，主要对对常用的芯片无论是从功能上，还是构造上都在了更深的了解，更重要的是锻炼了我们的动手能力，平时看书都能看得明白，但是到了仿真的时候还是会出现很多的问题，有时候一个小失误致使整个电路工作状态出现错误，但是还是能过一次次的调试，一次次地去修改最后得出了成品。
也学了一个新的软件，这也是很重要的。
反正这次课程设计收获也不少，但是如果时间能够再充分一点，我相信自己能够做得更好。
七、参考文献
[1]彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：
高等教育出版社
[2]孙梅生，李美莺，徐振英.电子技术基础课程设计[M].北京：
高等教育出版社
[3]梁宗善.电子技术基础课程设计[M].武汉：
华中理工大学出版社
[4]张玉璞，李庆常.电子技术课程设计[M].北京：
北京理工大学出版社
[5]谢自美.电子线路设计•实验•测试（第二版）[M].武汉：
华中科技大学出版社
[6]《数字电子技术基本教程》阎石清华大学出版社
[7]《电路与电子技术实验》电工电子实验中心
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