数字式抢答器课程设计.doc

课程设计成果说明书题 目: 数字式竞赛抢答器 学生姓名： 洪 兰 学 号： 学 院： 机电工程学院 班 级： A（08）电气1班 指导教师： 聂振宇 浙江海洋学院教务处2010年6 月15 日浙江海洋学院课程设计成绩评定表20092010学年 第 二 学期学院 机电工程学院 班级 A08电气 1 班 专业 电气工程及其自动化 学生姓名(学 号) 赵江杰、洪兰课程设计名 称数字电子技术基础课程设计题 目数字式竞赛抢答器指导教师评语指导教师签名： 年 月 日答辩评语及成绩答辩小组教师签名： 年 月 日浙江海洋学院课程设计任务书20092010学年 第 二 学期学院 机电工程学院 班级 A08电气（1）班 专业 电气工程及其自动化 学生姓名(学号)赵江杰、洪兰课程名称数字电子技术课程设计设计题目数字式竞赛抢答器完成期限自 2010年 6 月 30 日至 2010 年 7 月 6 日 共 1 周设计依据有许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。同时，还可以设置记分、犯规及奖惩记录功能。设计要求及主要内容1、设计一个可容纳六组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。2、电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出声音持续23s。此时，电路应具备自锁功能，使别组的抢答开关不起作用。3、设置计分电路。每组在开始时预制成100分，抢答后由主持人计分，答对一次加10分，否则减10分。4、设置犯规电路，对提前抢答和超时抢答的组别鸣喇叭示警，并由组别电路显示出犯规组别。要求设计出电路，并撰写成果说明书。参考资料1、彭介华主编 电子技术课程设计指导第一版 北京：高等教育出版社，19972、邹延引编 数字电路设计与实用电路广州：华南理工大学出版社，19893、实用电子电路手册（数字电路分册）编写组编 实用电子电路手册（数字电路分册）。北京：高等教育出版社，1992指导教师签字日期摘要数字式竞赛抢答器主要由74 系列集成电路组成。该抢答器除具有基本的抢答功能外, 还具有定时、报警和第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出声音持续23s。此时，电路具备自锁功能，使别组的抢答开关不起作用。若在规定的时间无人抢答或者提前抢答，系统中的蜂鸣器发响，并由组别电路显示出犯规组别，提示主持人本轮抢答无效, 以此实现报警功能。计分电路中，每组在开始时预制成100分，抢答后由主持人计分，答对一次加10分，否则减10分。【关键词】 集成；蜂鸣器；锁存AbstractThe digital answering racer is mainly composed of 74 series integrated circuits. In addition to the basic functions, but also the answer has fixed time the warning function,and the first vies to answer first signal identification and latch function. If the compere reset the system and give commands and instructions, a competitor pushed the answer button, this indicator is using group showed that circuit of vies to answer first group, at the same time the speaker sound lasts 2 3 s. At this time, the circuit with self-locking function, make the responder groups don't switch doesn't work. If nobody vies to answer first in the provided time, and somebody vies to answer first early, then the buzzer sound, suggesting that the current round of answer invalid in order to achieve the alarm function by this. Scoring circuits, at the beginning of each group to 100 points, prefabricated by compere, after the contest score 10 points and correct time, otherwise minus 10 points.Key words integration; Intercom; latch目录摘要IVAbstractIV第1章 课题设计任务书11.1设计目的11.2设计要求内容和步骤11.2.1设计要求11.2.2设计步骤1第2章 设计方案22.1.1基本功能要求22.1.2原理框图2第3章 单元电路设计33.1 抢答器电路33.2 显示电路43.3 报警电路53.4 定时电路53.5 秒脉冲发生电路63.6 计分电路7第4章 总电路及分析8第5章 供参考选择的元器件9第6章 设计心得和体会10参考文献10第1章 课题设计任务书1.1设计目的有许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。同时，还可以设置记分、犯规及奖惩记录功能。(1). 了解抢答器的设计原理 (2). 掌握其外围电路的设计与主要性能参数测试方法 (3). 掌握抢答器的设计方法与电子线路系统的装调技术1.2设计要求内容和步骤1.2.1设计要求1、设计一个可容纳六组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。2、电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出声音持续23s。此时，电路应具备自锁功能，使别组的抢答开关不起作用。3、设置计分电路。每组在开始时预制成100分，抢答后由主持人计分，答对一次加10分，否则减10分。4、设置犯规电路，对提前抢答和超时抢答的组别鸣喇叭示警，并由组别电路显示出犯规组别。5、要求设计出电路，并撰写成果说明书。1.2.2设计步骤 1. 拟定定时抢答器的组成框图。 2. 设计并安装各单元电路（要求设计布线整齐，美观，便于级联调试）。 3. 测试定时抢答器的逻辑功能，以满足设计功能的要求。 4. 画出定时抢答器的逻辑电路。 5. 写出设计性实验报告。第2章 设计方案2.1 电路的基本功能要求及原理方框图2.1.1基本功能要求1：设计一个智力抢答器抢答器，能同时供6名选手或6个代表队比赛，他们的编号分别是1，2，3，4，5，6各用一个按纽，按纽编号与选手的编号相对应，分别用6个按钮S1-S6表示。2: 给主持人设置一个系统清除和抢答开始的控制开关S。3：抢答器具有锁存与显示功能。即抢答开始后，若选手按动按钮，锁存器立即锁存相应的选手编号，并在LED数码管上显示选手的编号（1-6），同时扬声器发出声响提示。选手抢答实行优先锁存，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。4：抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间为30秒，当主持人启动"开始"键后，定时器立刻倒计时，若30秒时间内有选手抢答，则显示器显示倒计时时间，并显示，保持到主持人将系统清除为止。5：参赛选手在设定的时间内进行抢答有效，超过时间抢答无效，定时器停止工作，定时显示器显示00。6：计分电路，与抢答电路相互独立，每组在开始时预置成100分，答对一次加10分，否则减10分，由主持人计分。2.1.2原理框图图2.1 原理框图工作原理：接通电源后，主持人将开关拨到"清零"状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示00；主持人将开关闭合即“开始”状态，宣布"开始"抢答器工作。定时器计时，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。第3章 单元电路设计3.1 抢答器电路当电路接上电源后，整个电路都处于工作状态当主持人开关打开时，电路处于清零状态此时，各个触发器的Q非端输出都为，假设芯片编码器74LS148处于工作状态，此时，输入的都是高电平，而两输出使能端EO和GS的输出状态分别为0和，GS端与个JK触发器的JK端相连，即各输入端均为1，所以只要当R端为无效电平“1”时，同时有效脉冲边沿过来时触发器就能翻转。当主持人闭合开关，宣布可以抢答后，主线灯亮，此时电路为可抢答状态，当选手按下开关时，CP脉冲由高电平变为低电平，即有一个有效地脉冲边沿过来，触发器发生反转，此时Q端为1，同时对应的灯亮，Q非端输出为0，此时74LS148的其中一个输入端输入信号“0”，OE与GS发生翻转，OE=1，GS=0。使得触发器的JK输入端输入“0”，就算其他选手把开关合上，其对应的触发器也不会翻转。图3.1 抢答器电路3.2 显示电路图3.2显示电路 当其中一个选手按下抢答器后，74LS148编码器其中一个输入端为0，例如，当1号选手按下开关，则Q1输入为0，此时Q6Q5Q4Q3Q2Q1为，输出Y2Y1Y0为110经过74LS48译码器为001,则在七段数码管上显示“1”表3.1 74LS148芯片真值表Q1Q2Q3Q4Q5Q6Y1Y2Y3EOGS01111111010X0111110110XX011110010XXX01101110XXXX0101010XXXXX000110表3.2七段数码管真值表ABCDabcdefg字形0000111111001000011000011100110110120010111100131010011001140110101101151110001111163.3 报警电路图3.3报警电路报警电路由两个555定时器构成。由图中可以看到,接上电源后,当信号输入为高电平时,第一个555连接成的单稳态触发器的输出为低电平,处于稳定状态,这时,右边的多谐振荡器的复位输入为低电平,所以其输出也为低电平.扬声器不发音.当信号输入为低电平时,单稳态触发器被触发,处于暂稳态,此时其输出为高电平,输入到多谐振荡器的复位端,多谐振荡工作,输出为频率为1.2KHz的脉冲波形.这样扬声器就会以1.2KHz的频率发出间歇式声响。要求持续23秒，可调节电阻和电容实现。假设t=3s，电阻分别为20k、273k、0.61k、2.4k，电容分别为100pf、100pf、0.22uf、0.01uf。3.4 定时电路图3.4定时电路定时电路由两片74LS160构成，其本身为十进制同步计数器，真值表如下所示：表3.3CLKMRPES1S2QXX1XX全010XX预置数0011计数X000X保持X00X0保持当有效脉冲边沿过来时，有两片74LS160构成的31进制加计数器，当片1输出为0001，片二输出为1100，即转换为十进制时是30，此时片1Q0输出和片二Q0、Q1输出经过三输入与非门后为“0”，使片1的CET、CEP输入为0，片1停止工作，所以数码管显示30。3.5 秒脉冲发生电路图3.5秒脉冲发生电路由555定时器构成的多谐振荡器经过调整电阻电容能改变秒冲周期。当R1=15K，R2=68K，C1=10uF时，T=1s。3.6 计分电路图3.6计分电路预置分数为100分，最小变量为10，则各位数保持0不变，所以低位74LS48输入均为零不变。由于74LS192为BCD十进制可逆同步计数器，真值表如下表所示：表3.4UPDWNRSTLDQ0Q1Q2Q3XX1X0000XX01ABCD100加法计算100减法计算1100保持当选手答对问题时，拨动开关S1，则系统给十位进1，当要进位时，则向高位进位。答错时拨动开关S2，系统给十位减1，若十位为0时，系统会向高位借位。第4章 总电路及分析图4.1 总电路图4.2 计分电路第5章 供参考选择的元器件元器件名称 数量开关 9个74LS148 1个74LS48 6个74LS192 2个74LS160 2个74LS126 1个CD4023BCM 1个DM7402N 1个555定时器 3个扬声器 1个 电容 20个七段数码显示器 6个灯泡 7个第6章 设计心得和体会经过这次课程设计，使我在课堂上所学的知识得到了巩固，同时又把理论知识应用到实际当中，锻炼了我们大动手动脑能力。在设计过程中，我们遇到了不少的困难，比如说芯片不认识，比较难找，找到了还得花时间花心思去学习研究。这个学期初我们学过了Altium designer，正好可以利用这次机会来实际操作一下这个软件，虽然不是很熟练，但还是比较有成就感的。这个过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，要熟练地掌握课本上的知识，组员间应该团结，相处和自己的独立思考也是很重要的。参考文献1彭介华主编 电子技术课程设计指导第一版 北京：高等教育出版社，19972邹延引编 数字电路设计与实用电路广州：华南理工大学出版社，19893实用电子电路手册（数字电路分册）编写组编 实用电子电路手册（数字电路分册）。北京：高等教育出版社，1992