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1、扬州大学能源与动力工程学院本科生课程设计题 目： 多路智力竞赛抢答器设计 课 程： 数字电子技术基础 专 业： 测控技术与仪器 班 级： 测控0802 学 号： 姓 名： 李超 指导教师： 束长宝 完成日期： 2010.7.6 总 目 录第一部分：任务书 第二部分：课程设计报告目 录1 设计任务及要求.（5）2 系统总体设计方案.（7）2.1 总体设计方案2.2 方案特点3 抢答电路设计. （8） 3.1选用器件 3.2 电路功能3.3 电路图与工作原理4 定时电路设计. （9） 4.1选用器件 4.2电路功能4.3电路图与工作原理5 报警电路设计. （10） 5.1选用器件 5.2电路图与工
2、作原理6 时序控制电路设计. （11） 6.1选用器件 6.2电路功能6.3电路图与工作原理7系统整体电路设计. （12）8 改进意见及收获体会. （13）9 器件明细清单 . （14） 参考文献 . （14）第 一 部 分任务书1 设计任务及要求 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相对应，分别是So、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。 给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答
3、开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED 数码管上显示出选手的编号，同时蜂鸣器给出音响提示。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。扩展功能 抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定(如30s)。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时蜂鸣器发出声响。 参赛选手在设定的时间内抢答，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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。 如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，
4、时间显示器上显示00。第 二 部 分课程设计报告2 系统总体设计方案2.1 总体设计方案 定时抢答器的总体框图如图 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，当选手按动抢答键时，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。图 1 所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间
5、到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。 3 抢答电路设计3.1选用器件选用优先编码器74148 和DFF锁存器3.2 电路功能一、是能分辨出选手按键的
6、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。3.3 电路图与工作原理电路组成如图2 所示。其工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”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；74148 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，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端I 7. I 0输入信号，当有选手将键按下时(如按下S5)，74LSl48的输出Y2Y1Y0 =010，YEX =0，经RS
7、锁存器后，CTR=l，BI =1，74LS279 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74l48 的ST 端为高电平，74LSl48 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，74l48 的为YEX高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LSl48 仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。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，由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。4 定时电路设计4.1选用器件选用十进制同步加/减计数器74LSl92 74LS47
8、4.2电路功能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。具体电路如图3 所示。4.3电路图与工作原理图 3 可预置时间的定时电路5 报警电路设计5.1选用器件 555 定时器和三极管5.2电路图与工作原理图 4 报警电路由 555 定时器和三极管构成的报警电路如图4 所示。其中555 构成多谐振荡器，振荡频率其输出信号经三极管推动扬声器。PR 为控制信号，当PR 为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。6 时序控制电路设计 6.1选用器件 74LS121 与非门 非门 6.2电路功能主持人将控制开关拨到“开始”位
9、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。当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。6.3电路图与工作原理图 5 时序控制电路 根据上面的功能要求以及图2 和图3，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74LSl48 的输入使能端ST 。图5的工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置，来自于图2 中的74LS279的输出CTR=0，经G3反相，A=1，则从555 输出端来的时钟信号CP能够加到74LS19
10、2 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，来自于图3 中74LS192的借位输出端BO 1 2 = ，门G2的输出ST =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，CTR=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ST =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，来自74LS192 的BO 0 2 = ，ST =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，
11、从而实现功能（3）的要求。74LS121 用于控制报警电路及发声的时间。7系统整体电路设计8 改进意见及收获体会由于无法找到器件74LS121，所以由与非门的这代替其功能。结构如图所示通过本次课程设计，把我们在课堂上学到的数字电路知识运用到实际当中。如各种常见芯片的功能，各种组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计，在此次设计中，当然会遇到许多问题，毕竟这是第一次做一个很实际的硬件的器件。在进行一个综合性的硬件设计时，要全面考虑问题，如想用其他信号来控制一个信号，就要考虑到和这个信号直接或间接关系的信号，必须是最重要相关的信号，然后用真值表来解决他们的关系，通过门电路来实现。下来就是在实际动手连接电路
12、时的问题，由于种种客观方面的原因，导致理想和现实相差太远，输入电路不可以悬空，悬空并不是高电平，芯片上有接电源和接地的悬空是高电平，但这个高电平并不是，有时候它不是怎么高，这样地话，就会对后面地时序电路产生影响。最后，在通过这一个礼拜地设计实习，让我真正理解了书本上知识，也让我知道我们课本上的知识在实际中怎么应用，理论联系实践，相互关系。通过此次设计，我对理论知识的学习有了很大的兴趣，现在我可以主动的去学习，我明白自己该学习那个方面，重点是什么？我也掌握的了在理论中遇到问题，应该怎样去解决，在实际中遇到迷团应该怎样去检查调试。9 器件明细清单1、 同步十进制可逆加、减计数器 (8421 BCD码) 74LS192*22、 BCD七段显示译码器 74LS48*33、 八选一数据选择器 74LS1484、 555定时器 555*2 5、 SR锁存器74LS279*26、 二输入端或门7、 四输入端或门8、 八输入端或门9、 三输入端与门10 、 非门参考文献数字电子技术基础（第五版） 阎石网上资料董子舟、段辉娟 电子技术 机械工业出版社