多路智力竞赛抢答器(二周)

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1、 . . . 工程学院课 程 设 计课程名称 数电课程设计 课题名称 多路智力竞赛抢答器 专 业 电气工程与其自动化 班 级 1 1 0 3 学 号 0 姓 名 冬 指导教师 龙 泳 涛 2013年 12月 28 日工程学院课程设计任务书课程名称： 数字电子技术 题 目：多路智力竞赛抢答器 专业班级： 电气1103 班 学生： 冬 学号：30 指导老师： 龙泳涛 审 批：任务书下达日期 2013 年 12 月 16 日设计完成日期 2013 年 12 月 28日设计容与设计要求 一、任务与要求： 1设计一个可容纳8组代表队参赛的智力抢答器，每组设一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。 2

2、. 抢答器具有第一信号鉴别与数据锁存功能。主持人将设备复位（清零）后，发出抢答指令，当第一组参赛者触动按钮时，该组指示灯亮。此后，其他组别触动按钮无效。3. 设计一个用数码管显示18组中最先抢答组别的电路。4. 抢答器具有定时30S抢答的功能，当主持人发出抢答指令后开始减计时，并用显示器显示时间。当抢答时间到，蜂鸣器鸣叫发出报警信号，并封锁输入电路，禁止选手超时抢答。二、设计要求：1、 设计思路清晰，给出整体设计框图；2、 设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；3、 总电路设计；4、 安装调试电路；5、 写出设计报告；主要设计条件1. 提供直流稳压电源、示波器； 2. 提供TTL或CMO

3、S集成电路芯片、电阻、电容与插接用面包板、导线等。说明书格式1、 课程设计封面；2、 课程设计任务书；3、 说明书目录；4、 设计总体思路，基本原理和框图；5、 单元电路设计（各单元电路图）；6、 总电路设计（总电路图）；7、 安装、调试步骤；8、 故障分析与电路改进；9、 总结与设计调试体会；10、 附录（元器件清单）；11、 参考文献；12、 课程设计成绩评分表。进 度 安 排第一周 星期一：课题容介绍和查找资料； 星期二：总体电路设计和分电路设计； 星期三：电路仿真,修改方案星期四：确定设计方案，拟订调试方案,画出调试电路图,安装电路； 星期五：安装、调试电路；第二周 星期一三：安装、调

4、试电路；星期四五：验收电路,写设计报告，打印相关图纸； 星期五下午：带调试电路板与设计报告书进行答辩，整理实验室与其他事情参 考 文 献 电子技术课程设计历雅萍、易映萍编电子技术课程设计指导 介华主编 高等教育 电子线路设计、实验、测试 自美主编 华中理工。目录1 绪论62 设计方案72.1 设计方案和要求72.2 设计思想和原理82.3 单元电路的设计8（1）抢答器部分电路设计8（2）定时电路设计92.4 总体设计123Mulstim仿真154故障分析与电路改进155心得体会206附录221 绪论智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。抢答能引起参赛者和

5、观众的极大兴趣，并且能在极短的时间，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。但是，在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，在何时抢答，如何计算答题时间等等问题，若是仅凭主持人的主观判断，就很容易出现误判。所以，我们就需要一种具备自动锁存，置位，清零等功能智能抢答器来解决这些问题。在本次课程设计中，将主要设计一个供八人使用的定时抢答器。他要实现以下主要功能：（1）为8位参赛选手各提供一个抢答按钮，分别编号S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；（2）主持人可以控制系统的清零与抢答开始；（3）抢答器要有数据锁存与显示的功能。抢答开始后，若有任何一名选手按动抢答按钮，则要显示其编号至系统被主持人清零，

6、并且扬声器发生提示，同时其他人再按对应按钮无效；（4）抢答器要有自动定时功能，并且一次抢答时间由主持人任意设定。当主持人启动“开始”键后，定时器自动减计时，并在显示器上显示。同时扬声器上发出短暂声响；（5）参赛选手只有在设定时间抢答方为有效抢答。若抢答有效，则定时器停止工作，并且显示抢答开始时间直到系统被清零；（6）若设定时间无选手进行抢答（按对应按钮），则系统短暂报警，并且禁止选手超时抢答，定时器上显示00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

7、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。利用本次设计出的电路制造成的定时抢答器，即可轻松实现在8人或8个代表队之间进行的抢答比赛中进行控制，使得这一活动更加趣味、公平。2 设计方案2.1 设计方案和要求1.给定的主要器件：74ls148 74ls48 74ls192 发光二极管 显示器2功能要求：设计一个智力竞赛抢答球，可同时共8个选手参加比赛，并具有定时抢答功能。具体功能要求如下： 基本功能：设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的选号分别是s0，s1，s2，s3，s4，s5，s6，s7。（1） 给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号

8、显示数码管灭灯）和抢答器的开始。（2） 抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在led数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出音响提示。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零为止（3） 抢答器具有定时30S抢答的功能，当主持人发出抢答指令后开始减计时，并用显示器显示时间。当抢答时间到，蜂鸣器鸣叫发出报警信号，并封锁输入电路，禁止选手超时抢答。（4） 功能扩展（自选）2.2设计思想和原理 多路智力抢答器的组成框该设计抢答器的电路主要是由抢答电路，触发电路，触发锁存电路，七段显示译码器几部分构成。工作原理：通电后

9、，主持人将开关拨到“清零状态，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。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，禁止选手超时抢答。选手在定时时间抢答时，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2.3单元电路的设计(1) 抢答器电路的设计 抢答电路是由74ls148优先编码器和锁存器，还有74ls48所组成的，选手抢答之后由74ls148优先编码，

10、锁存器锁存，这样就实现了锁存功能，防止其他人继续抢答，抢答成功后，锁存器将二进制码输入到74ls48进行译码，然后接到8段共阴极数码管上显示，由于学校没有74ls279RS锁存器，于是设计用3个2输入与非门和一个3输入与非门来代替74ls279锁存器。(2)计时电路的设计节目主持人可根据抢答题的难以程度，来设定某一次抢答的时间，通过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可由两片十进制同步加减计数器74Ls192、译码器7448、气短数码显示管来进行设计。其中，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

11、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。74LS192是同步十进制可逆计数器，具备双时钟输入，同时具备清零和置位功能。2.4 总体电路设计和电路图经过以上分析，我们将各部分电路连接，并加以适当控制，即得到了八位定时抢答器的总体电路图。如图所示：其工作原

12、理是：八位选手编号分别为0、1、2、3、4、5、6、7，对应按钮分别为S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；首先主持人根据题目的难易程度设置抢答时间，此设定可以通过调节输入两片74LS192的D、C、B、A四个管脚的高低电平来进行（例如要设定时间为30s,就将十位的192的D、C、B、A分别置位为0、0、1、1，而将各位的192的D、C、B、A都置于0）。当主持人宣读完题目说“开始”并将开关置于“开始”位置后，输出为高电平，此高电平分为2路：一路输出到74LS192的LD端，使其处于高平而开始减计数；还有一路输出到锁存器；若没有选手安东按钮74LS148输出高电平，E0端输出低电平，

13、74ls48的灭灯输入/端，使得信号经74ls48到显示器上时无显示；当任意一路（设1）抢答器按下按钮时，锁存器工作，与输入端相对应的输出端（1）输出高电平，则锁存器输出的八位电平经83八位优先编码器74LS148编码输出的A0A2成为与输入信号相对应的三位二进制码，而74LS148的管脚15（E0）的输出电平由低变高，输出到七段译码显示器74LS48的二进制码经其译码后输出到七段共阴数码管上，则显示器上显示对应的编号（1）。此时，74ls48的RI/RBO端输出高电平，开关出也输出高电平，二者经过与非门输出低电平，经过与门还是低电平输出到锁存器，起到所存功能，其他选手若再按动对应按钮也无对应

14、输出，即实现了抢答功能；同时，74LS148的GS端输出电平由高变低，与秒脉冲发生器产生的秒脉冲相与后输出为0，使得无脉冲抵达计数器192的Down端。计数器停止工作，保持原来显示不变，即实现了暂停减计数使其记录抢答时间的功能；当选手回答完问题后，主持人将开关置于“清零”的位置，输出低电平，也是分为2路：一路与74148的E0端（高）与非后变为高电平输出到锁存器，使得锁存器不再锁存数据，此时，抢答部分显示器灭灯无显示，实现了清零；另一路低电平输出到计数器192的LD端，而CR端也是低电平，所以使得对应显示器输出预置的数据；3 Mulstim仿真按照总体电路图在仿真软件mulstim上一一选择芯

15、片并进行连接，然后启动开关观察。4故障分析与电路改进1 显示器上不显示数字，我们从后级往前级进行测试，首先用1.52V的电压作用各个笔段,看对应各笔段是否亮,判断是否完好。若完好则继续检测74ls148芯片是否完好。在74ls148的A、B、C、D四个输入端随意输入一组二进制数码（用高低电平表示1和0，此处注意要用到8V以上的电源电压），看是否能显示数字。无显示的故障一般问题出在这两个环节。2 若显示器上显示的是不符合要求的数字，在设计原理正确的前提下，首先通过测试判断74ls148的输出ag与LED管的ag笔段是否连接有错。其方法是74ls148的输出ag分别按规律输入高低电平，观察LED管

16、是否显示相应的数字。 5.收获，体会与建议 这次课程设计的电路是比较复杂的。虽然以前在模电、电子实习中接触过一些电子电路，但在初期还是感到无从下手。在整个电路的设计过程中， 花费时间最多的是各个单元电路的连接与电路的细节设计上，在多种方案的选择中， 我们仔细比较分析其原理以与可行的原因， 最后还是在通多次对电路的改进，上机仿真以与接线调试， 终于使整个电路可稳定工作。 设计过程中， 我深刻的体会到在设计过程中， 需要反复实践， 其过程很可能相当烦琐， 有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做， 那时心中未免有点灰心， 有时还特别想放弃， 此时更加需要静下心， 查找原因。 设计思路是最重要的，

17、只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。 因此我们应该在设计前做好充分的准备， 像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。设计单元电路阶段，这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。所有的设计方法还有步骤在数电书上都有， 而且还有例题。 这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少， 所以做设计的时候要常随手翻阅课本， 等于是做了几道数电作业题。这个阶段的难度也不是很大，一般翻课本就可以找到答案并解决问题。实验阶段可以说是这次设计中最重要的部分，因为以前的只是理论而不是真正的实体。所以说它是最重要的。实验阶段我们遇到的问题有：对软件不熟悉 ； 对实验过程号的测量知识学习很少；

18、因为各个模块是分开做而后又组装到一起的，所以兼容性不是很好;针对以上几个问题我们作出了以下的“对策”:软件不熟悉，就借来参考书，一步一步的对着学，所以随着接触的增加软件也就越来越熟悉， 这方面的问题不是太难因为一边理论一边学习正好是学习的好方法，而且也学的特别快。制作过程是一个考验人耐心的过程， 不能有丝毫的急躁。这又要我们要灵活处理，一边操作一边构思，在不影响试验的前提下加快进度。另外就是要熟练地掌握课本上的知识， 这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。这是应用课本知识的大好时机。总之， 通过这次练习我有了很多收获。 在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思

19、维，增强了动手能力。在改进电路的过程中， 同学们共同探讨， 最后的电路已经比初期设计有了很大提高。 在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。6.重要元器件的引脚图74ls192 电气与信息工程系课程设计评分表项 目评 价优良中与格差设计方案的合理性与创造性(10%)硬件设计或软件编程完成情况(10%)硬件测试或软件调试结果*(10%)设计说明书质量(10%)设计图纸质量(10%)答辩汇报的条理性和独特见解(10%)答辩中对所提问题的回答情况(10%)完成任务情况(10%)独立工作能力(10%)出勤情况（10%）综 合 评 分指导教师签名：_ 日 期：_ 注：表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填容；此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸与程序清单）。 17 / 18