电子抢答器电路设计.docx
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电子抢答器电路设计.docx
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电子抢答器电路设计
河南城建学院
数字电路课程设计报告
题目:
抢答器电路设计
姓名:
高靖喜
学号:
专业班级:
指导老师:
周焱樊晓虹李慧
所在院系:
计算机科学与工程学院
2014年9月5日
摘要
本设计是用于多人竞赛抢答的器件,在现实生活中很常见,尤其是在随着各种智益电视节目的不断发展,越来越多的竞赛抢答器被用在了其中,这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力,而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛,让观众看得更有情趣。
可见抢答器在现实生活中确实很实用,运用前景非常广泛。
在知识竞赛中,特别是做抢答题时,在抢答过程中,为了知道哪一组或哪一位选手先答题,必须要有一个系统来完成这个任务。
如果在抢答中,只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。
这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计抢答器,使以上问题得以解决,即使两组的抢答时间相差几微秒,也可分辨出哪组优先答题。
抢答器具有数据锁存和显示的功能。
抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,该选手编号立即锁存,并在抢答显示器上显示该编号,同时扬声器给出音响提示,封锁输入编码电路,禁止其他选手抢答。
抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
抢答器具有定时抢答的功能。
当主持人按下开始按钮后,定时器开始倒计时,定时显示器显示倒计时间,若无人抢答,倒计时结束时,扬声器响,音响持续1秒。
参赛选手在设定时间内抢答有效,抢答成功,扬声器响,同时定时器停止倒计时,抢答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。
本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计,以及它的实际用途。
1概述………………………………….………………………………………..……1
1.1设计目的………………………………..…………………………………..…….1
1.2设计任务和要求…………………………………………………………………..1
1.3总体设计方案……………………………………………………………….…….2
2硬件设计………………………………………………………………………..…..4
2.1设计原理……………………………………………………………….…………...4
2.2单元模块设计……………………………………………………..…………...........8
1).抢答电路设计……………………………………………………….……….....8
2)倒计时电路设计………………………………………………………………..9
3)编码译码电路设计…………………………………………………………….10
2.3元件列表……………………………………………………………………......11
3心得体会……………………………………………………………………...……12
4参考文献…………………………………………………………………..……….13
5附录........…………………………………………………………………..……….14
1、概述
1、1设计目的
1)、通过四路抢答器的设计实验要求我们回顾所学数字电子技术的基础理论和基础实验。
2)、掌握组合电路,时序电路,编辑器件和任意集成电路的综合应用及设计方法,从而达到数字实验课程大纲所要求掌握的基本内容。
1、2设计任务与要求
设计任务:
设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。
用数字显示抢答倒计时间,由“9”倒计到“0”时,无人抢答,蜂鸣器连续响1秒。
选手抢答时,数码显示选手组号,同时蜂鸣器响1秒,倒计时停止。
设计要求:
1)、四组参赛者进行抢答,当抢答组按下抢答按钮时,抢答器能准确的判断出抢答者。
2)、抢答器应具有互锁功能,及某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。
3)、抢答器应具有限时功能,及限制抢答时间、答题时间等,要求显示时间数据。
4)、系统有一个总的复位开关。
1、3总体设计方案
1、设计思路与原理
抢答器具有锁存、定时、显示和报警功能。
即当抢答开始后,选手抢答按动按钮,锁存器锁存相应的选手编码,同时用LED数码管把选手的编码显示出来,并且开始抢答时间的倒计时,同时用LED数码管把选手的所剩抢答时间显示出来。
而在选手按键抢答以及抢答时间倒计时到时的时候都有报警以提醒主持人和选手。
抢答时间设定9秒,报警响声持续1秒。
接通电源后,主持人将开关拨到“清除”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。
选手在定时时间内抢答时,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”状态开关而产生紊乱,最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。
然后在译码器中译码,将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状态。
最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。
若有多个开关同时按下时,则在它们之间存在着随机竞争的问题,结果可能是它们中的任一个产当主持人宣布开始,定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时,并通过译码器在显示器中显示。
报警电路给出声音提示。
当选手首先按某一开关键时,可通过触发锁存电路被触发并锁存,在输出端产生相应的开关电平信息,同时为防止其它开关随后触发生有效输出。
2、系统框图
3、方案比较
方案1:
采用CD4511芯片作为抢答信号的触发、锁存和译码输出。
这样虽然比较简便,但实际在实现锁存功能时比较繁琐难实现。
方案2:
采用D触发器和译码器来完成抢答部分。
虽然元件较多,但在实现锁存功能时可以简单的实现。
经过对比两方案的优缺点,决定采用抢答信号锁存简单实现的方案2。
然后利用软件Multisim来进行仿真调试,再进行逐步改进。
2、硬件设计
2、1设计原理
1、抢答及锁存功能
此功能能需要一片双D触发器74LS175N芯片完成(图一所示芯片),当选手开始抢答时,D触发器接受高电平信号,这时Q1输出高电平,其余均为低电平,所以其中一蜂鸣器响,同时Q1’输出为低电平,其余均为高电平,进过与非门,输出仍为低电平,经过一个四输入与非门,输出只为高电平,锁存器发生作用,开始进行过锁存。
图一抢答及锁存功能电路
2、显示抢答功能
该部分共需要一片三位二进制BCD编码器74LS148D来实现(图二所示芯片),当其中一位选手抢答时,Q1’输出低电平,从而工作开始编码,D1对应二进制码001,进而显示屏上显示数字1,以此类推以此显示2,3,4分别代表四位选手的代号。
图二显示抢答功能电路
3、倒计时功能
实现这一功能需要一片74LS190D芯片来实现(图三所示芯片),四位二进制减数器,分别从1001到0000,显示器上显示9到0的递减计时,当递减到0时,LED5亮,从而抢答无效。
图三倒计时功能电路
4、总框图:
图四总电路图
2、2单元模块设计
此部分主要是详细介绍该智力抢答器各个组成模块,以及各模块的器件组成以及相应的功能。
此智力竞赛抢答器由两部分组成:
抢答器、倒计时器、编码译码显示功能电路。
1)、抢答功能电路:
是当主持人按下抢答开关时,选手能进行抢答,抢答开始时,由主持人清除信号,按下复位开关S,74LS175的输出Q1~~Q4全为0.所有发光二极管的LED均熄灭,当主持人宣布“抢答开始”后,首先作出判断的参赛者立即按下开关,对应的发光二极管点亮,同时,通过的与非门送出信号锁住其他三个抢答者的电路,不再接受其他信号,直到主持人再次清除信号为止。
图五抢答功能电路图
抢答器的工作流程,其核心就是该D触发器。
当主持人宣布开始抢答时,将开关S1断开,选手迅速按键,假设选手1首先按下抢答键,此时一号就输入一个相当于上升沿的脉冲使D1输出高电平同时将该高电平信号传送给或非门,通过或非门的判断将信号输送到其它选手的D触发器的R端并将其锁定使其无法输出信号。
2)、倒计时功能电路:
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,选用十进制同步加/减计数器74LSl90进行设计,计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路,设定的定时时间为9S,有一个74LS190组成计数器,时间一过就会发出脉冲。
主持人说计时开始后,从输出端来的时钟信号CP能够加到74LS190的CPD时钟输入端,定时电路进行递增计时。
图六倒计时功能电路图
3)、编码译码显示功能电路:
图七编码译码显示功能电路
2、3元件列表
序号
器件名称
数量
备注
1
74LS20D
2
四输入与非门
2
74LS190D
1
加减法计数器
3
74LS175N
1
四D触发器
4
74LS21N
1
四输入与门
5
74LS148D
3
编码器
6
数码管
2
7
LED
4
发光二极管
8
BUZZER
4
蜂鸣器
3、心得体会
持续近一个星期的课程设计结束了,我们的设计虽然有一些小毛病,但总体上还是很成功的。
一周的时间虽然很短暂,但从中获益匪浅.毕竟在课堂上学习的内容真真正正能用到实际是有点超乎我们的想象,而且要把理论知识付诸实践确实非一件易事。
我从最初的设想设计一个什么样的数字电路到绘制电路图,然后打印排版,最后校正设计中的漏洞与不足。
上网查找有关内容,思考如何绘制电路,并和周围同学进行着一遍又一遍的交流与设计思想。
首先对数字电路这门课程有了更深的了解,因为课程设计本身要求将以前所学的理论知识运用到实际的电路设计当中去,在电路的设计过程中,无形中便加深了对数字电路的了解及运用能力,对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解;以前的数字实验只是针对某一个小的功能设计,而课程设计对我们的总体电路的设计的要求更严格,需要通过翻阅复习以前学过的知识确立了实验总体设计方案,然后逐步细化进行各模块的设计。
。
其次,以前没有接触过仿真软件,这次审计要使用仿真软件,所以学会了multisim软件的基本应用,这对我们以后的工作和学习的帮助都很有用处。
但是在电路仿真的过程中出现大量问题,需要我们细心解决,所以,我对电路故障的排查能力有了很大的提高。
但由于是自己学习没有专业指导难免有一些我们不了解的功能。
所以我们以后要多接触和了解一些仿真软件,多向老师请教学习。
最后,通过这次课设让我明白了理论和实际操作之间差距,而且也让我很明确得意识到自己在数电上有很多的知识漏洞,以后应该多钻研一下。
从这过程,我锻炼了自己的动手能力,独立思考能力,分析实践能力,并学会了把自己的设计经验和思路拿出来与大家分享。
“纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行”,由此看来实践的重要,短短一星期的课程设计,学到了很多的东西,最重要的是我自己动手把我学习的知识用于实践,做出成功的作品,这才算真正学习到了东西。
总之,这次实验我收获颇多。
实践是获得知识的一种最好的手段!
4、参考文献
【1】阎石《数字电子技术基础》高等教育出版社
【2】吕思忠,《数子电路实验与课程设计》哈尔滨工业大学出版社
【3】郑家龙,《集成电子技术基础教程》高等教育出版社
【4】高吉祥《电子技术基础实验与课程设计》电子工业出版社
【5】《数字电路应用300例》中国电力出版社
5、附录
系统原理图
图八总电路图
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- 特殊限制:
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- 关 键 词:
- 电子 抢答 电路设计
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