数电课程设计报告一多路智能竞赛抢答器设计.docx
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数电课程设计报告一多路智能竞赛抢答器设计
集美大学诚毅学院
数字电子技术课程设计
2009-2010学年第2学期
第16周
设计名称:
多路智力竞赛抢答器
班级:
学号:
姓名:
课题名称:
多路智能竞赛抢答器设计
一、设计内容及要求:
设计内容:
本课题要求设计一台可供4-8名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。
设计要求:
基本功能
(1)抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛,分别用8个按钮S0~S7表示。
(2)设置一个系统清除和抢答控制开关S,该开关由主持人控制。
用来控制系统清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。
(3)抢答器具有锁存与显示功能。
即抢答开始后,选手按动按钮,锁存相应的编号,并在编号显示器上显示该编号。
同时封锁输入编码电路,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除为止。
2.扩展功能
(1)抢答器具有定时抢答功能。
要求定时器开始倒计时,并用定时显示器显示倒计时时间。
(2)参赛选手在设定时间(20秒)内抢答,抢答有效,同时定时器停止倒计时,编号显示器上显示选手的编号,定时显示器上显示剩余抢答时间,并保持到主持人将系统清零为止。
(3)如果定时抢答时间已到,却没有选手抢答时,本次抢答无效。
系统扬声器报警(音响持续0.5秒),并封锁输入编码电路,禁止选手超时后抢答,时间显示器显示0。
一、抢答器的组成框图
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,抢答器处于工作状态,定时器倒计时。
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:
1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;
2扬声器发出短暂声响,提醒节目主持人注意;
3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;
4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。
图1定时抢答器总体框图
二.单元电路设计
选定设计方案,先列出总体框图,分模块设计。
分模块电路设计、功能测试完成后,再把各个组成部分整体测试。
先在multisim上仿真,验证原理图的正确性,再在面包板上做出抢答器实物。
1、抢答器电路
(选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能。
查看优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279的功能表和引脚图等使用资料。
也可以选用其他的器件完成此功能。
)
参考电路如图所示。
该电路完成两个功能:
一是分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,同时译码显示电路显示编号;二是禁止其他选手按键操作无效。
工作过程:
开关S置于"清除"端时,RS触发器的端均为0,4个触发器输出置0,使74LS148的=0,使之处于工作状态。
当开关S置于"开始"时,抢答器处于等待工作状态,当有选手将键按下时(如按下S5),74LS148的输出经RS锁存后,1Q=1,=1,74LS48处于工作状态,4Q3Q2Q=101,经译码显示为"5"。
此外,1Q=1,使74LS148=1,处于禁止状态,封锁其他按键的输入。
当按键松开即按下时,74LS148的此时由于仍为1Q=1,使=1,所以74LS148仍处于禁止状态,确保不会出二次按键时输入信号,保证了抢答者的优先性。
如有再次抢答需由主持人将S开关重新置?
quot;清除"然后再进行下一轮抢答。
74LS148为8线-3线优先编码器,表11、1为其功能表。
74LS148的功能真值表:
2、定时电路:
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。
可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计,具体电路如上图所示。
(查看十进制同步加/减计数器74LSl92的功能表和引脚图等使用资料。
)
3、脉冲产生电路:
该电路是由555定时器构成的多谐振荡器,使其产生需要的方波作为触发器和计数器的CP脉冲
4、抢答器控制电路设计
抢答器控制电路是抢答器设计的关键,它要完成以下三项功能:
①主持人将控制开关拨到“开始”位置时,抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
②当参赛选手按动抢答键时,数码管显示抢答到的参赛选手序号,抢答电路和定时电路停止工作。
③当设定的抢答时间到,无人抢答时,抢答电路和定时电路停止工作。
5、综合以上得定时抢答器电路原理图、工作原理与分析
定时抢答器的主体逻辑电路图
三、调试步骤
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,发光二极管不断闪烁,抢答器处于工作状态,定时器倒计时。
当定时时间到,却没有选手抢答时,系统封锁输入电路,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:
1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;
2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;
3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。
如果调试出来数码管可顺利地完成以上工作,则电路调试成功。
四、调试过程遇到的问题及解决方案
1)NE555时序电路中发光二极管未出现闪烁的情况
解决方案:
首先,利用万用表检测NE555时序电路的管脚3中是否有脉冲,如果有则检测74LS192芯片中管脚4是否出现脉冲;如果检测都没有出现脉冲信号,则重新检查一遍时序电路的安装过程是否正确。
问题所在:
NE555时序电路中电路安装不正确,重新接好后得以解决。
2)数码管未显示
解决方案:
检测数码是否正确接入电路中
问题所在:
数码管中3、8管脚未接地,因为数码管是属于共阴极显示器,所以要接地。
3)数码管接地后仍未显示数字
解决方案:
重新检查电路是否安装正确
问题所在:
重新检查电路后发现误将主持人控制开关接地,导致数码管被“清零”,从而无法显示。
4)数码管未能实现从要求实现的时间倒计时
解决方案:
检查芯片74LS192是否连接正确
问题所在:
检查后发现芯片的数据预置端连接错误
5)
五、元件清单
74LS1481片74LS2791片74LS483片74LS1922片
NE5551片74LS001片74LS101片
发光二极管1只数码管3只按键4只导线若干
电阻:
10kΩ9只15kΩ1只68kΩ1只
1kΩ1只
电容:
10μF1只0.1μF1只
六、总结
通过本篇论文的设计,使我们对定时抢答器的工作原理有了本质的理解,掌握了多个芯片的引脚功能、内部构造及其在电路中所起到的作用。
利用各个芯片制作出来的定时抢答器具有抢答、优先编码、锁存电路、译码、定时、时序控制等作用。
七、心得体会
第一次做课程设计,刚开始看到题目觉得还挺简单的,而且动手能力一直是我的强项。
程序在软件仿真过程中,我先是根据自己对八路智能抢答器要求的理解和思考,自己有了一份构思,包括整个电路有多少部分,每一部分起什么作用,每一部分该如何设计,如何将它们联系起来构成一个整体等等。
终于,我自以为做出符合要求的智能抢答器,但后来和同学们交流了想法后,我才发现自己的设计存在着诸多的缺陷,这让我感觉到无比的失落感,在老师和同学们的帮助下,才最终完成仿真。
在实物连接过程中,太多的导线,需要整理,连接,而且一次一次的出错,一次一次的检查,一次一次的重新来过,一作就是5天,让我心情烦躁,花了太多的时间对其中某一小的问题探索思考,只因一份执着支持着我,让我无法放弃,成功就在彼岸。
在多次的拆装中,我在问题中寻找答案,在研究、思考中了解、认识数子抢答器原理,并且可以扩展本学期所学的数电知识归纳总结。
这次实习让我收获丰富啊!
八.实验结果
电路实物图
仿真电路图
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- 关 键 词:
- 课程设计 报告 一多路 智能 竞赛 抢答 设计