数电课程设计八路抢答器.docx

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数电课程设计八路抢答器

《数字电子技术基础》

——课程设计

项目__八路抢答器__

专业__

年级班别__

姓名学号1

姓名学号2

姓名学号3

指导教师

2012年6月25日

前言

智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种答题方式。

抢答能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。

但是，在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，在何时抢答，如何计算答题时间等等问题，若是仅凭主持人的主观判断，就很容易出现误判。

所以，我们就需要一种具备自动锁存，置位，清零等功能智能抢答器来解决这些问题。

在本次课程设计中，将主要设计一个供八人使用的定时抢答器，利用本次设计出的电路制造成的定时抢答器，即可轻松实现在八个人之间进行的抢答比赛中进行控制，使得这一活动更加趣味、公平。

一设计目的……………………………………………………………4

二设计课题及其技术要求

2.1基本功能……………………………………………...……………4

2.2拓展功能……………………..……………………….…………….4

三设计总体思路

3.1抢答器的组成框图………………….…………………………5

3.2具体电路…………………..…………….…………………………7

（1）抢答电路……………………………………………………………7

（2）定时电路……………………………………………………...…….8

（3）报警电路……………………………………….…………….……..9

（4）时序控制电路……………………………………….……….……10

（5）整机电路………………………………………….……………...…11

四元件选择…………………………………………….………………12

五心得体会………………………………………………...….……….13

附录：

参考文献…………………………………………………....….14

一、设计目的

1、巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。

2、培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力。

3、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。

4、学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高学生动手能力和进行数字电子电路实验的基本技能。

二、其技术要求

2.1基本功能如下：

1　设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队去参加比赛，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S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

2　给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灯灭）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，同时扬声器给出音响提示。

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致保持到主持人将系统清零为止。

2.2拓展功能如下：

1）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”开关后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5s左右。

2）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。

3）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，时间显示器上显示00。

三、设计总体思路

3.1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，能显示选后的编号，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

3.2具体电路

①抢答电路

抢答电路的功能有两个：

一是能分辨出选手按键的先后，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。

选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图

（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

端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平，于是74LS48的

=0，显示灯灭。

74LS148的选通输入端

=0,74LS148处于工作状态，此时锁存电路不公作。

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

……

的输入信号，当有选手将键按下时（如按下S3），74LS148的输出

=010，

=0，经RS锁存器侯，CTR=1，

=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74LS148的

端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入。

当按下的键松开后，74LS148的

为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接受。

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，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。

图

（2）抢答电路

②定时电路

节目主持人根据抢答器的难易程度，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，选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，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，

图（3）可预置时间的定时电路

3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构成多谐振荡器震荡频率

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。

图（4）报警电路

4时序控制电路

时序控制电路时抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：

●主持人将控制开关拨到“开始”位置时，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。

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74LS148的输入使能端

。

图（5）A的工作原理是，主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自于图

（2）中的74LS279的输出CTR=0，经G2反相，A=1，则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的

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

=1，门G2的输出

=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现第一个功能的要求。

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

=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，从而实现第三个功能的要求。

74LS121用于控制报警电路及发声的时间。

A抢答与定时电路的时序控制电路B报警电路的时序控制电路

图（5）时序控制电路

5整机电路

定时抢答器的主体逻辑电路如图（6）所示。

图（6）定时抢答器的主体逻辑电路

四、元件选择

序号

元件名称

型号

数量

1

六门反相器

SN74HC04N

1

2

双4输入与门

HD74LS21P

1

3

4线—七段译码器

HD74LS48P

3

4

8线—3线优先编码器

SN74HC148N

1

5

十进制计数器

CD74HC192E

2

6

RS触发器

SN74LS279AN

1

7

555定时器

NE555P

2

8

单稳态触发器

DM74121N

1

9

陶瓷电容

0.1μF

2

10

电解电容

10μF

1

11

电解电容

100μF

1

12

电阻

1KΩ

1

13

电阻

15KΩ

2

14

电阻

68KΩ

2

15

电阻

510Ω

4

五、心得体会

数电的课程结束后，接下来的是课程设计，刚开始时，对项目的选取举棋不定。

因为刚刚接触数电时，学的是逻辑、学的是芯片，74、74、74……听到最多的，但很陌生，所以很纠结项目的选定，经小组讨论决定，选最接近娱乐生活用的八路抢答器。

选定项目后，就开始去摸索所学的74系列各芯片的相关设置与功能。

在前几次课程实验后，对相关芯片有所了解，所以就可以很快得开展电路设计、仿真、调试……整整用了两天。

由于对电路有所把握，所以在实验室搭建电路验收很顺利。

这次实践的机会让我们认识到实践是检验真理的唯一标准，在实际中遇到突发的情况也能随机应变，即时想出对策，而且能运用周围的现有的材料改变本来的电路，但不改变原理。

虽然整个过程艰苦，但这次的动手机会让我获益良多，从实践能力和意志品质方面都有了进一步的提高。

确实，学电子类的靠技术吃饭，要多动脑，多动手实践才能真正去把握，仅仅学理论是行不通的，接下来，我们会在学好各专业知识外，加强动手实操，培养自己与电子的相关技术。

非常感谢老师的耐心授课与指导，给予我们这么好的锻炼机会。

谢谢老师。

附录：

参考文献

[1]阎石.《数字电子技术基础》.高等教育出版社

[2]童诗白.《模拟电子技术基础》.高等教育出版社

[3]魏晓慧.《电子工艺技能实训》.科学出版社

[4].穆秀春.《从Protel到AltiumDesigner》.电子工业出版社

[5].藤井信生（日）薛培鼎（译）.《电子实用手册》.机械工业出版社