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1、如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流八路智能抢答器的设计【精品文档】第 - 10 - 页 数字电子技术课程设计报告八路数字抢答器系别：专业班级：组员姓名：指导教师： 时间：摘要本文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
2、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。从软件仿真验、了原理设计的正确，通过硬件制作实物电路能够同时供8人抢答，并且能够准确的显示编码和及时报警，达到了设计的要求。关键词: 八路抢答器; 编码 ;译码; 定时; 报警目录1任务要求-11.1设计要求 -12系统的组成及工作原理-22.1 抢答器总体方框图-23单元电路设计-53.1 时间脉冲产生抢电路的设计-53.2计数电路设计-63.3抢答电路设计-73.4定时电路设计-
3、93.5 报警电路设计-103.6 时序电路设计-113.7 总体电路-124仿真-134.1 抢答电路的仿真-134.2 定时电路的仿真-134.3 报警电路的仿真-135电路焊接与调试-145.1焊接-145.2调试中出现的问题及解决方法-146设计总结及其心得-15参考文献-16附录-16元件清单-191任务要求1.1设计要求(1)设计制作一个可容纳8组参赛的数字式枪答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。(2)给主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。(3)抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号（
4、18），同时扬声器给出音响提示。同时禁止其他选手抢答。(4)抢答器具有定时抢答的功能，抢答时间设定为30秒，当主持人按下开始按钮时，定时器立刻倒计时，并显示。选手在设定的时间内抢答有效。超过时间抢答无效，定时显示器显示00，同时扬声器给出音响提示。2系统的组成及工作原理2.1抢答器的总体框图： 图2-1-1 抢答器工作框图图2-1-1所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。扩展电路完成定时抢答的功能以及报警功能。图1所示电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关
5、置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s），当主持人将控制开关置于 “开始”时，扬声器发出声响，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能： （1）优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号；（2）扬声器发出短暂声响；（3）控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；（4）控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。当定时
6、时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。3单元电路设计3.1时间脉冲产生电路的设计由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。（如图3-1-1）图3-1-1时间脉冲电路 3.2计数电路的设计该电路主要是对选手抢答的时间进行限制，可根据实际情况来设定。我们设定的有效抢答时间是30S，且是30进制的减法器，这样更加具有人性化，能使选手客观的感觉到剩余的时间是多少。我们选用的是74LS192芯片。（如图3-2-1）图3-2-1计数电路图通过两片74LS192级联，U2的减记数时钟输入端接时钟脉冲产生电路、U2的进位输出端（BO）接U1的减记数时钟
7、输入端。即当U2从9跳变到0的时候给U1一个有效的信号，使得其计数。3.3抢答电路的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74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图3-3-1所示：图3-3-1抢答电路图八路抢答器的工作原理是：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（4Q1Q）全部为低电平。于是74LS48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
8、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S1），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，此时74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“1”。另外，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
9、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 定时电路的设计该电路主要是对选手抢答的时间进行控制，从而有效的控制赛程的时间。我们设定的时间是30s，所求开始抢答的时候显示是00，而当主持人按下开关的时候则从30开始做减法运算。主要电路如图3-4-1所示：图3-4-1定时电路图74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码 显示在数码管上。74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期
10、于的全接低位，使的初始时间设定为30秒。555芯片完成产生秒脉冲的功能。工作过程为：抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。当记到了30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00。3.5 报警电路的设计报警电路的设计主要是为了提醒主持人和选手此刻不能抢答。即当过了有效时
11、间和有人抢答的时候，报警电路就会产生光电和声音报警，从而提示选手和主持人。报警电路主要以发光二极管和蜂鸣器组成。（如图3-5-1）图3-5-1报警电路图3.6时序控制电路设计时序控制电路是抢答器的关键，它要完成以下三项功能：（1）当主持人将按下控制开关时，EI端为0,抢答和定时电路进入正常工作状态；（2）当参赛选手按动抢答器开关时，抢答电路和定时电路停止工作；（3）当设定的抢答时间到，但无人抢答时，抢答电路和定时电路停止工作。图3-6-1时序电路图3.7电路总图如图3-7-1图3-7-1总体电路图4 仿真4.1抢答电路的仿真如图4-1-1图4-1-14.2定时电路的仿真如图4-2-1图4-2-
12、14.3报警电路的仿真如图4-3-1图4-3-15电路焊接与调试5.1焊接 通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。同时在电路板上要预先确定电源的正负端，便于区分及焊接。正确焊接各芯片个管脚连接必须查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路。5.2 调试中出现的问题及
13、解决方法（1）抢答器数码显示管显示不清楚问题在完成电路的焊接进入调试阶段时发现抢答器数码管显示选手编号不清楚，甚至出现乱码。主要表现在单选手按下抢答键后数码管显示的不是选手当前号码。因此对电路进行细致检查，首先检查数码管看是否是关节焊接错误，后又检查电路各个芯片管脚接错均未发现问题，最后发现有两条线路在接触处粘在一起，导致乱码。修改方法：用焊笔焊开彼此，在使用万用表检测，此时电路显示正常。（2）数码管不能正常倒计时在进入定时电路调试时，发现数码管不能正常倒计时，出现乱码。通过检查发现有块芯片会发热，原来是调转插，同时也发现是由于在焊接时焊线有些地方出现部分短接。修改发法：重新调整芯片方向，再重
14、新焊过有问题线路，数码管能正常工作了。（3）蜂鸣器失灵问题通过对比同学的设计，发现缺少了一个电阻。修改方法：添加一个电阻，再测试是否能工作。6设计总结及其心得这次电子课程设计将理论与实践有机地结合，既考查对理论知识的掌握程度，也考察实际动手能力，同时也对我们知识的综合运用以及创新设计思维能力提出更高要求。对于这次八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计以及老师讲解，同时也查阅所提供的芯片功能，在仿真上实践自己所布置的电路图，慢慢地边修改自己设计的不足，边参详同学们成功之处，可以讲，与同学交流是我们小组设计成功一大助力。另外对各种器件的熟练掌握，是
15、勾画出基本的设计图成功的关键，我们小组花了大量时间翻阅各种资料，特别是各芯片的真值表和引脚图方面，同时也借助上网查询填补这方面知识，令我们受益匪浅。在焊接之前，需要布线。布线这个过程非常考我们的智慧，常常有时意见发生分歧，不过最后也能很好地解决。焊接过程中，由于初次焊接，很是心浮气躁，握着电烙铁，手就一直抖，很久才适应，而且对很多芯片的具体功能和各引脚的作用不清楚，因此焊接难度进一步加大，常常不小心焊到旁边的线路，这时需要小心吸出，因为电路板质量不是那么好。焊好一条线路之后，必须用万用表检测，以确保电路的畅通。在焊接时，必须全神贯注，一丝不苟，因为一点的差错都可能导致实验结果错误，所以必须准确
16、无误还要工整，这样才能在调试中能比较轻松进行，也是整个电路可看性更好。当最后解决问题时，电路的正确是非常振奋，也很有成就感和满足感。焊接完成后，发觉电路稳定性不高，布线比较混乱，整体看上去，虽然有些丑，不过我们个人感觉还算OK.（如图6-1-1） 这次电子设计虽然花了很多时间，但是很值得，不但熟悉了很多芯片的功，学到了在上课学不到的东西通过自己分析和设计更好地运用了它们，而且还学会了它们更多的功能，发现它们的功能远比书上说的多很多，可以利用不同的接法设计出各种各样不同的电路出来。图6-1-1参考文献1余孟尝.数字电子技术基础简明教程M.北京：高等教育出版社，2006(7):415-417 .附
17、录附录A 芯片引脚图74LS14874LS4874LS19274LS27974LS0874LS04附录B 元件清单序号类型数量174LS279（RS锁存器）1274LS48（4线7段译码驱动器）3374LS148（8线3线优先编码器）1474LS192（十进制可逆计数器）2574LS121（单稳态触发器）1674LS00（二输入与非门）2774LS20（四输入与非门）28NE55529晶体管3DG130110七段数码管（共阴极）111B键（触发开关）912发光二极管113扬声器114B键（输入开关）815电阻（510）216电阻（1K）217电阻（10K）918电阻（15K）219电阻（68K）220电容（0.01F） 221电容（0.1F）222电容（10F）223电容（100F）2