2022年路抢答器课程方案报告3.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用电子信息工程学院 电子课程设计报告八路抢答器姓 名：_ 专 业：_ 班 级：_ 学 号：_ 同组人： _ 指导老师： _ 学校：日期：目录名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用摘要 -3前言 -4第一章 设计要求-51.1 基本要求-51. 2 提高要求-5其次章 系统的组成及工作原理-62.1 系统的组成框图-62.2 系统的工作原理-6第三章 电路设计 -73. 1 方案的挑选 -73.1.1 方案一 -73.1.2 方案二 -83.1.3 确定方案 -83. 2 单元电路设计 -93. 2. 1 抢答电路的设计 -93. 2. 2 定时电路的设计 -113. 2. 3 报警电路的设计 -123. 2. 4 时序电路的设计 -13第四章 电路试验与调试 -154. 1 焊接 -154. 2 调试中显现的问题及解决-15第五章 设计总结 -15参考文献 -18附录 <元件清单） -19 摘要名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用介绍了数码显示八路抢答器电路的组成、设计及功能,电路采纳 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,仍具有定时、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；如在规定的时间内有人抢答,就计时将自动停止；如在规定的时间内无人抢答,就系统中的蜂鸣器 将发响,提示主持人本轮抢答无效,实现报警功能,如超过抢答时间 就抢答无效；该 抢 答 器 主 要 运 用 到 了 编 码 器 , 译 码 器 和 锁 存 器 ： 它 采 用74LS148 来实现抢答器的选号,采纳74LS279 芯片实现对号码的锁存,采纳 74LS192 实现十进制的减法计数,采纳 555 芯片产生秒脉冲信号来共同实现倒计时功能,采纳 号的输出；74LS121 单稳态芯片来实现报警信通过课程设计提高和巩固了所学的专业学问,以及学问的综合应 用和焊接技术；关键词 : 抢答器 编码 译码 定时报警名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用前言 进入 21 世纪越来越来多的电子产品显现在人们的日常生活中,例如企业、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛 , 抢答记分器是 必要设备；过去在举办的各种竞赛中我们常常看到有抢答的环节,举 办方多数采纳让选手通过举答题板的方法判定选手的答题权,这在某 种程度上会由于主持人的主观误断造成竞赛的不公正性；人们于是开 始寻求一种能不依人的主观意愿来判定的设备来规范竞赛；因此,为 了克服这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢 答器,从最初的简洁抢答按钮,到后来的显示选手号的抢答器,再到 现在的数显抢答器,其功能在一天的趋于完善不但可以用来倒计时抢 答,仍兼具报警,计分显示等等功能,有了这些更精确地仪器使得我 们的竞赛变得更加出色纷呈,也使竞赛更突显其公正公正的原就；今日随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精,人 们摆脱了耗费很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简洁的抢 答功能,使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来,防止 不合理的现象发生；但这种电路不易于扩展,而且当有更高要求是酒 无法实现,例如参赛人数的增加；随着数字电路的进展,数字抢答器 产生了,它易于扩展,牢靠性好,集成度高,而且费用低,功能更加 多样话,是一种高效能的产品；而如今在市场上销售的抢答器大多采 用可编程规律元器件,或利用单片机技术进行设计,本次设计主要利用常见的 74LS 系列集成电路芯片和555 芯片,并通过划分功能模块进行各个部分的设计,最终完成了八路智力竞赛抢答器的设计；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第一章 设计要求1.1 基本要求<1）抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队竞赛,分别用8 个按钮S0 S7表示；<2）设置一个系统清除和抢答掌握开关S,该开关由主持人控制；<3）抢答器具有锁存与显示功能；即选手按动按钮,锁存相应的 编号,扬声器发出声响提示,并在数码管上显示选手号码；选手抢 答实行优先锁存,优先抢答选手的编号始终保持到主持人将系统清 除为止；1.2 提高要求<1）抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定 <如 30 秒）；当主持人启动 " 开头" 键后,定时器进行减计时；同时扬声器发出短暂的响声,响声连续0.5 秒左右；发光二极管灯亮；<2）参赛选手在设定的时间内进行抢答,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的时间,并保持到主持人将系 统清除为止；（3）假如定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警 并名师归纳总结 禁止抢答,定时显示器上显示00；第 5 页,共 23 页<4）按钮到掌握中心的距离为20M；- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用其次章 系统的组成及工作原理2.1 系统的组成框图：图 2.1 系统组成框图2. 2 系统的工作原理：定时抢答器的总体框图如下图 2.2：图 2.2 抢答器工作框图名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用如下列图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,即主持人按下掌握开关后,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2.2 所示电路的工作过程是：接通电源后,主持人将掌握开关置于“ 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）,当主持人将掌握开关置于“ 开头” 时,扬声器发出声响,抢答器处于工作状态,同时定时器开头倒计时；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）优先编码电路判定抢答者的编号,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）掌握电路对其余输入编码进行封锁,禁止其他选手进行抢答；<4）掌握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,主持人操作掌握开关进行系统清零,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；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 第三章个人资料整理仅限学习使用电路设计3. 1 方案的挑选：3.1.1 【方案一】原理： 在选手抢答前, “ 清除 /起始”开关 S使基本 RS 触发器输出端 Q 为 0,使集成 8 线-3 线优先编码器禁止；当主持人按下“ 清 除/起始” 开关 S 时,基本 RS 触发器输出端 Q 为 1,与优先扩展输出端 Yex 共同作用,使集成8 线-3 线优先编码器选通输入端ST 为 0,答应编码,等待数据输入；此时优先按动序号的组号立刻通过编码器 按 BCD421 码输出,经 RS锁存器 74LS279将该数码锁存到 LED 显示 器上；与此同时, Yex<引脚为 14）由 1 翻转为 0,与非门 G1 输出为1,选通输入端 ST 为 1,编码器被禁止；此外,在 时,仍驱动报警电路工作,发出声音；Yex 由 1 翻转为 0BusBus名师归纳总结 4&6SQ3 14 1DO14GFEDCBA5BI /2 SVCC8 1 V6I E 选手掌握开关22 111 100 18x10kohm第 8 页,共 23 页5G174LS00D5V15910111213_O FOOOOOU1543213 1GEDCBA74LS247DCBAL TRBIQQRBO374LS00D674LS00D6217354&&VCC7654312455V基本RS触发器2 S9R741 A7 16 15 14 13 12 11 10 1U2QU3BQQU3A74LS148D2 AR0 AS0 E主持人开关掌握开头R11 S74LS279D1 SR74LS279DSRG3kohm215 12 11 10 16321794 15 1174LS04D清除- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图3.1.2 【方案二】该方案即为笔者所采纳的方案,它采纳了74LS148 来实现抢答器的选号,采纳了74LS279芯片实现对号码的锁存,采纳了74LS192实现十进制的减法计数,555 芯片产生秒脉冲信号来共同实现倒计时,采纳了 74LS121 单稳态芯片来实现报警信号的输出；3.1.3 确定方案 在 方 案 一 中 , 主 要 多 了 一 个 基 本 RS 触 发 器 , 以 及 相 对 的 74LS148 引脚与 74LS279 之间连线的相应转变,这又涉及到之后的提高方案中的连线的转变；它有自身的优点,即基本RS 触发器又相当一锁存器 <74LS279）,它可以对主持人的指令进行进一步的锁存,这 样就可以增强它的抗干扰才能,但其线路过于复杂,另外此次试验所 用的电路板对电路设计的大小要求很高,而且在布局和焊接上要越精 练越好,所以它不是首选方案；而由于方案二已能满意基本设计和提 高设计的要求,而且它的原理更简洁易懂,直观明白,元件更少,连 线更便利,焊接更牢靠,且比较简洁实现,所以最终选用了方案二；3.2 单元电路设计3.2.1 抢答电路的设计抢答电路的功能有两个：一是能辨论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 可以完成上名师归纳总结 述功能,其电路组成如图3-1 所示：第 9 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用图 3.2.1 抢答电路其工作原理是：当主持人掌握开关处于“ 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“ 开头” 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I 7、I 6、I 5、I 4、I 3、I 2、I 1、I 0 输入信号,当有选手将键按下 时 <如 按下S5） , 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 “5”； 此 外 ,CTR=1,使 74LS148 的 ST 端为高电平, 74LS148处于禁止工作状态,名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用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维护高电平不变,所以74LS148 仍处于禁止工作状态,其它按键的输入信号仍不会被接受；这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的精确性；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；3.2.2 定时电路的设计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,期于的全接低位,使的初始时间设定为 生秒脉冲的功能；工作过程为：抢答开头前,30 秒； 555 芯片完成产 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；抢答开头后,秒脉冲冲推动右边的芯片开头倒记时,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,也屏蔽了秒信名师归纳总结 号,使得数码管显示为00；第 11 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用A B C D E F G A B C D E F GVCC5V14OB I/R B 132 1111091514U34OB I/R B 13132 1B O11C O1091514U4A OB OC OD OEFG OA OD OEFG OOOOOI B R T L 74LS247DI B R T L 74LS247D37ABCDABCD4537126512612133267123267R3O C O B ND AO LABCDU5P UO C 4O B N11D AO L1215ABCDU6QQQQQQQQ74LS192D R P L U CW O DW O D74LS192DR LCABCDABCD10kohm54111514511091109掌握开关预置数据端预置数据端1RST8R14U7VCC15kohm7DISO UT32&613R2C22THR12Bus图68kohm5TRI74LS15DBus110uFCO N74LS04D定时到信号G ND11Q555_VIRTUAL0.1uF3.2 .2 定时电路3.2.3报警电路的设计名师归纳总结 由 555 定时器和三极管构成的报警电路如图3-3 所示：第 12 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - VCC5V个人资料整理仅限学习使用R1R41kohmRST8U1VCC5V200HzU215kohm4VCCQ13R27BJT_NPN_VIRTUALR3DISOUTC26510ohmTHR68kohm2C1TRIGND555_VIRTUALR5 510ohm100uF5CON0.1uF1图 3.2.3 报警电路 其中 555 构成多谐振荡器,振荡频率为：f 0=1/R 1+2R2>*C*ln2=1.43/R 1+2R2>*C 其输出信号经三极管推动扬声器；PR为掌握信号,当 PR为高电 平常,多谐振荡器工作,反之,电路停振不再工作；3.2.4时序电路的设计 时序掌握电路是抢答器设计的关键,它要完成以下三项功能： 主持人将掌握开关拨到“ 开头” 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；名师归纳总结 依据上面的功能要求以及图3.2.1和图 3.2.2 ,设计的时序掌握第 13 页,共 23 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用电路如图 3.2.4 所示：图 3.2.4A> 抢答与定时电路的时序掌握电路图 3.2.4B> 报警电路的时序掌握电路图中,门 G1 的作用是掌握时钟信号CP的放行与禁止,门G2的作用是掌握 74LS148的输入使能端 ST；图 3-4<a）的工作原理是：主持人掌握开关从“ 清零” 位置拨到“ 开头” 位置时,来自于图 3-1 中的74LS279 的输出 CTR=0,经 G3 反相, A=1,就从 555 输出端来的时钟信号 CP 能够加到 74LS192 的 CPD 时钟输入端,定时电路进行递减计时,在定时时间未到时,来自于图3-2 的 74LS192 的借位输出端名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用BO2=1,门 G2 的输出 ST=0,使 74LS148处于正常工作状态,从而实现功能的要求；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,定时器处于保持状态,门 G2 的输出 ST=1,74LS148 处于禁止工作状态,从而实现功能的要求；当定时时间到时,来自于图 3-2 的 74LS192 的借位输出端 BO2=0,门 G2 的输出ST=1,74LS148处于禁止工作状态,禁止选手进行抢答,门 G1 同时处于关门状态,封锁 CP信号,使定时电路为 00 状态,从而实现功能的要求, 74LS121用于掌握报警电路及发声的时间；名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第四章 电路试验与调试4.1 焊接 通过试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,必需明白各个芯片的使用方 法,内部结构以及使用时的留意事项,该接电源的肯定要接电源,该 接地的肯定要接地,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需查阅各 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,仍有焊接时要尽量使布线规范清楚明白,这样才有利于 在调试过程中检查电路；4.2 调试中显现的问题及解决方法 <1）显示电路不稳固问题 在完成电路的焊接进入调试阶段时发觉抢答器数码管显示选手编 号不稳固；主要表现在单项手按下抢答键后数码管显示的不是选手当 前号码；因此着手对电路进食检查,第一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觉问题,最终发觉当 触动某按键连线时显示正常由此判定可能是由于显现了虚焊,遂将电 路各焊点又认真焊接了一遍,此时电路显示正常；<2） 掌握开关无法掌握电路 在调试是发觉当按下主持人开关时电路断电,当松开后数码管显 示始终为 7,经过一个多小时对电路用万用表逐个检查,发觉是开关 触焊接错误,通过改正焊接后电路能正常工作；<3）数码管不能正常倒计时 在进入定时电路调试时,发觉数码管不能正常倒计时,显现乱 码；对这问题我们检查了芯片是否完好,电路界限是否正确均未发觉 问题,后发觉是由于在焊接时焊线有些地方显现部分短接,于是就将 焊线重新理清,数码管也能正常工作了；名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用第五章 设计总结本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合,既考查了同学 对理论学问的把握程度,由反映了实际动手才能,更主要的是考查了 同学对学问的综合运用以及创新设计思维才能,为今后的进展供应了 一次良好的学习环境；针对课设题目八路抢答器,一开头仍没有头绪,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,去图书馆翻阅相 关设计书籍,查阅所供应的芯片功能,确定基本设计方案,又通过仿 真验证明验方案的可实行性,虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了 基本的体会；同时也使自己熟悉到：1、设计思路是整个设计的灵魂拿下每个课题能有一个特别清楚的设计思路是至关重要 的；只有对课题的充分懂得,对各种器件的娴熟把握,勾画出 基本的设计图是胜利的关键,必需多花时间在设计上才能为 后续工作供应更扎实的基础；翻阅各种资料,上网查询填补所 需学问的空白是必要的；2、焊接制作必需精益求精焊接必需精益求精,一丝不苟,一点的差错都可能导致实 验结果错误,因此必需精确无误仍要工整,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；3、调试调试工作是个精细工作；在调试过程中,有些问题是芯片 本身损坏引起的,也有些是由于焊接问题引起的等因此排查过 程需要特殊有耐心,通过对芯片功能的检验,对焊点的检查最 后检查出问题所在；当最终解决问题时,电路的正确是特别振 奋,也很有成就感和满意感；名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用4、建议设计的作品主要是用74 系列集成芯片来完成的,在焊接的过程中由于芯片的引脚过多,布线工作不是很便利；有时候仍 由于某一跟线没有焊牢,造成电路的不稳固,这些都是有待改 进的；5、不足试验效率低,焊接水平不足导致电路稳固性不高,布线比 较纷乱,这些都有待提高；总之,在设计过程中学到了很多；作为现代的高校生,假如仅停 留在以往的层次上,是远远跟不上时代的步伐,也无法使自己立足在 竞争如此猛烈的社会里,通过此次实习,看到了自己的水平和差距,学要在今后的学习中又进一步的提高；名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用参考文献【 1】钱培怡 . 电子电路试验及课程设计 社. 1992. 西安电子科技高校出版【2】王毓银 . 数字电路规律设计 <第三版） . 高等训练出版社 . 1999【3】陈有卿 . 集成电路妙用巧用300 例. 人民邮电出版社 . 1999 【4】谢自美 . 电子线路设计试验测试 . 华中科技高校出版社 .2000 【5】高吉利 . 电子技术基础试验与课程设计. 电子工业出版社 .2002【6】赵保终 . 中国集成电路大全 <TTL 集成电路） . 国防工业出版社【7】周常森 . 电子电路运算机仿真技术 . 山东科学技出版社【8】 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用附录一：元件清单名师归纳总结 序号类型数量第 20 页,共 23 页1 74LS279<RS锁存器）1 2 74LS48<4线 7 段译码驱动器）3 3 74LS148<8线 3 线优先编码器）1 4 74LS192<十进制可逆计数器）2 5 74LS121<单稳态触发器）1 6 74LS00<二输入与非门）2 7 74LS20<四输入与非门）2 8 NE5552 9 晶体管 3DG1301 10 七段数码管 <共阴极）1 11 B 键<触发开关）9 12 发光二极管1 13 扬声器1 14 B 键<输入开关）8 15 电阻<510 ）2 16 电阻 <1K ）2 17 电阻<10K ）9 18 电阻<15K ）2 19 电阻<68K ）2 20 电容 <0.01 F）2 21 电容 <0.1 F）2 22 电容<10 F）2 23 电容 <100 F）2 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用附录二： 74LS148 的引脚图和规律功能表附录三 ：74121 的规律功能表和引脚图 <代替 74LS121）名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人资料整理 仅限学习使用附录四： 74LS279 的规律功能表和引脚图附录五： 74LS192 的规律功能表和引脚图74LS192 芯片的引脚图名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页,共 23 页精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 个人资料整理仅限学习使用第 23 页,共 23 页- - - - - - -