八路抢答器课程教学设计.doc

.- 课程设计报告 课程名称： 电子技术课程设计 设计题目： 八路抢答器 专 业： 班 级： 学号： 学生姓名： 时 间： 2014年 10 月 27 日～ 11 月 12 日 ―――――――以下指导教师填写――――― 分项成绩：出勤 成品 答辩及考核 总 成 绩：总分 成绩 指导教师： 摘要 介绍了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功能外，还具有定时、计时和报警功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能，若超过抢答时间则抢答无效。 该抢答器主要运用到了编码器，译码器和锁存器：它采用74LS148来实现抢答器的选号，采用74LS279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，采用74LS121单稳态芯片来实现报警信号的输出。 通过课程设计提高和巩固了所学的专业知识，以及知识的综合应用和焊接技术。 关键词:抢答器编码译码定时报警 前 言 进入21世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中，例如企业、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛,抢答记分器是必要设备。过去在举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。人们于是开始寻求一种能不依人的主观意愿来判断的设备来规范比赛。因此，为了克服这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答器，从最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号的抢答器，再到现在的数显抢答器，其功能在一天的趋于完善不但可以用来倒计时抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确地仪器使得我们的竞赛变得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原则。 今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了耗费很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，避免不合理的现象发生。但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求是酒无法实现，例如参赛人数的增加。随着数字电路的发展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样话，是一种高效能的产品。而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行设计，本次设计主要利用常见的74LS系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。 目 录 1 目的及内容 1.2 设计的目的…………………………………………………….4 1.3 设计的内容…………………………………………………….5 2抢答器的系统概述 2.1 抢答器的系统功能简介……………………………………….6 2.2 抢答器的工作原理简介……………………………………….6 2.3 锁存器74LS373…………………………………………4 2.4优先编码器74LS148……………………………………..5 2.5 显示译码器（CD4511），共阴极七段显示器…………6 2.6 双JK触发器74ls76…………………………………….7 2.7 四输入非门74LS32……………………………………7 3 抢答器的电路设计 3.1 抢答器的总体结构……………………………………………7 3.2 电路的设计………………………………………………..8 3.3抢答器电路原理图…………………………………………….9 4 调试中遇到的问题………………………………………………..10 5 实验材料清单………………………………………………………11 6 设计总结……………………………………………………………12 参考文献………………………………………………………………12 1.1 设计的目的 1.通过八路数显抢答器的设计实验，必须熟练掌握数字电子技术和模拟电子技术的基础理论和基础实验，掌握组合电路，时序电路，集成电路的设计与使用，熟悉优先编码器，触发器，计数器，555电路及74系列芯片。 2.掌握门电路的原理方法，能熟悉的运用软件设计并仿真电路。 3.学会了数字电子器件组成复杂系统的方法。 1.2 设计的内容 主持人有开始和结束、复位键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，如原始状态下抢答时间为15s，回答问题时间为30s。通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。 2 抢答器的工作原理概述 如下图所示为抢答器的结构框图，接通电源——主持人按“清零”和“开始”键（计时器工作，在一定时间范围内抢答有效）——选手按键抢答（锁存器锁存电路，禁止其他选手抢答）——绿灯亮，显示管显示选手编号，扬声器响——一定时间后，灯灭，铃声消失，第一轮结束—————第二轮开始，若主持人只按“清零”键，有选手抢答，则红灯亮，扬声器响，数码管显示该选手编号，此为违规抢答。 图2.1 抢答器结构框图 2.3 抢答器的工作过程 （1）主持人按"清零"和“开始”键，立刻进入抢答倒计时（预设11s抢答时间），如有选手抢答，会显示其号数，绿灯亮，扬声器响，且电路开始锁存，所以只有第一个按抢答的选手有效。绿灯亮7秒，扬声器响5秒。（2）如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按"停止"按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按"抢答开始"进入下次抢答计时。（3）如果主持人未按"开始"键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，红灯亮，扬声器响，直到按下"清零" 键为止。 2.4 锁存器（74LS373） 锁存器74HC373的输出端为～ 可直接与总线相连。当三态允许控制端 OE 为低电平时，～ 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE 为高电平时，～ 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端 LE 为高电平时，Q 随数据D 而变。当LE 为低电平时，O 被锁存在已建立的数据电平。 引出端符号：～ 数据输入端 , OE 三态允许控制端（低电平有效）, LE 锁存允许端,～ 输出端 74LS373外部管脚图如图2.2： 真值表如表1-1所示： 表1-1 2.5 优先编码器（74LS148） 优先编码器是当多个输入端同时有信号时,电路只对其中优先级别最高的输入信号进行编码。10线-4线8421 BCD码优先编码器74LS148的引脚图如图2.3所示，其中第9脚NC为空。74LS148优先编码器有9个输入端和4个输出端。某个输入端为0，代表输入某一个十进制数。当9个输入端全为1时，代表输入的是十进制数0。4个输出端反映输入十进制数的BCD码编码输出。 图2.3 74LS147引脚图 2.6 显示译码器（CD4511），共阴极七段显示器 CD4511是用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，可直接驱动LED显示器。引脚排列如图 2.4 所示。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。a～g是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观。 图2.4 CD4511引脚图 BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。 A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。 输出端（Ya－Yg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极VLED。 当要求输出 0－15 时，消隐输入（）应为高电平或开路，对于输出为0 时还要求脉冲消隐输入（）为高电平或者开路。 当为低电平时，不管其它输入端状态如何，Ya－Yg均为低电平。当RBI和地址端（A0－A3）均为低电平，并且灯测试输入端（）为高电平时， Ya －Yg为低电平，脉冲消隐输出（）也变为低电平。当为高电平或开路时，为低电平可使Ya－Yg均为高电平。A0－A3 译码地址输入端,/消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效） ,灯测试输入端（低电平有效） ,脉冲消隐输入端（低电平有效） ,Ya－Yg 段输出 2.7 双JK触发器74ls76 　　 （2） 双JK触发器74LS76 　　74LS76是有预置和清零功能的双JK触发器，引脚如图2所示，有16个引脚。功能表见表2，74LS76是下降 沿触发的。 2.874ls32的功能 74LS32是四2输入或门，常用在各种数字电路以及单片机系统中。 表达式为：Y=A+B 引脚排列图管脚功能：左下1--1A，2--1B， 3--1Y；4--2A，5--2B，6--2Y；7--GND； 右起：右上8--3Y，9--3A，10--3B；11--4Y，12--4A， 13--4B；14--VCC 其中A，B为输入端，Y为输出端，GND为电源负极，VCC为电源正极。 74ls32引脚图 3 抢答器的电路设计 3.1 抢答器的总体结构 如图3.1所示为总体方框图。接通电源后，后台工作人员将检测开关S置“检测”状态，数码管在正常清除下，不显示；当后台工作人员将检测开关S置“抢答”状态，主持按系统清除按键，抢答器处于禁止状态，主持人松开，宣布“开始”，抢答器工作。选手按动抢答按键，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。如果再次抢答必须由主持人再次按动系统清除按键。 3.2电路设计 抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码74LS148和RS锁存器74LS373可以完成上述功能，其电路组成如图4.1所示： 抢答电路 其工作原理是：当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q～1Q）全部为低电平。于是cd4511的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，此时74LS373处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的YEX高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号仍不会被接受。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。 3.4 抢答器电路原理图 5 调试中遇到的问题 在调试时，将每个抢答按钮逐一按下，按S1,S2,S3,S4,S5,S7,S8 都可以显示相应的数字，但按下S6时在显示器上却没有显示，通过用万用表逐一排查，最终把目标确定在一个IN4148二极管上，用万用表测量该二极管发现正接测与反接测结果都显示电阻为零，最后重新买一些IN4148，把那出问题的换下，接上新的，结果按钮S6正常了。有的按钮焊接时四角不太平稳，导致按钮不太灵敏，按下按钮有时也不显示相应的数字，最后我重新调整并焊接了不灵敏的按钮。 6 实验材料清单 材料种类:数目(个)触发开关174ls148 1 46K电阻 3 9.1K电阻 4 5k电阻 3 NE555定时器 2 CD4511 1 LED数码管 1 220uF电解电容 2陶瓷电容103 2 陶瓷电容333 1 三极管9014 1 蜂鸣器 1 电源接座 1 7 设计总结 刚刚接到课题的时候，就忍不住一阵欣喜，抢答器啊，以前实习的时候做过，相对简单啊！就是抱着这个态度开始这次课设的，看着其他同学做着听都没有听过的课题，我觉得挺幸福的！ 不过开始设计时遇到的问题让我这种感觉烟消云散了，首先是查资料找设计方案，然后就根据部分电路的功能找对应的芯片，还要找管脚图和功能表，很多要自己亲手画，等这些准备工作都做好以后还要画电路图。先是画部分电路图，再逐一进行仿真，验证功能和预想的是否一样，在仿真的时候遇到了很多的问题，有的是芯片找不到，这是最麻烦的，要换电路图，有的是连线排布不好，有时图太大了，放在word文档中自动就缩小了，有的就会变形，这就要重画，总之，是问题多多，不过最后都被我们一一解决了。最后最麻烦的是连接各个部分电路，这要在把握整体电路功能的基础上设计的，不过现在也已经完成了。我觉得通过这次的设计，我不仅学会了很多原来没有掌握的理论教科书上的知识，更多是学到了一些理论书上没有的，如设计各种功能电路的方法、修改电路等。在平时的学习中基本不会遇到错误的电路，但现在是自己设计，还要自己发现错误，再自己修改，所以这需要很好的知识基础。 课程设计基本结束了，它对我来说有很大的意义，锻炼了我独立思考和解决问题的能力，还培养了我的耐心，最后我收获的不仅是一份完整的设计方案，更是完成一项设计的自豪和自信，它使我变得更相信自己，也更认真的对待事情，更加务实和有耐心。我很高兴有这样一个锻炼、提高自己的机会。 参考文献 [1] 《电子技术实验指导书》 郑州大学 [2].《电子实训指导书》苏士美 [3]康华光,邹寿彬.《电子技术基础数字部分（第五版）》[M]. 北京:高等教育出版