2022年数字定时抢答器设计报告.pdf

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1、数 字 电 子 技 术课程设计报告题目：数字定时抢答器姓名： xxx xxx xxx 学号：班级：农业电气化及其自动化2010 级 1 班指导老师： xxx设计时间： 2012 年 10 月 15 号 10 月 28 号信息与工程学院精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 目录一、设计任务与要求3二、设计原理和系统框图4三、单元电路设计5四、电路测试数据和结果11五、结束语13六、参考文献15七、整机电路原理图15精品资料 - - -

2、欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 一、设计任务与要求1. 设计一个智力竞赛抢答器， 可同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛，他们的编号分别是0.1.2. 各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应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。3. 抢答器具有锁存与显示功能。抢答开始后，若有选手按动即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。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

3、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，且一次抢答的时间由主持人设定（如30 秒） 。当主持人启动 开始 键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间秒左右。5. 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。6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 16 页 - - - - -

4、 - - - - - 二、设计原理和系统框图分析总体框图的功能，描述总体框图的工作过程。定时抢答器的总体框图所示，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， 当选手按动抢答按钮时，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。工作原理为： 接通电源后，主持人的开关处于“清除”位置时，抢答器处于禁止状态， 选手编号的 LED数字显示器灯不亮， 抢答定时时间 LED数字显示器显示设定时间。 当主持人把开关拨到“开始”位置后，抢答器进入工作状态，选手们进行抢答。当其中一个选手按下抢答按钮后， 其他选手再按按钮无效， 报警器发出声

5、响表示进入回答问题状态，选手编号的 LED数字显示器显示出抢答成功的选手的编号，与此同时定时时间开始倒计时，抢答定时时间 LED数字精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 显示器显示出该选手所剩下的回答问题的时间。当抢答定时时间到了，优先编码电路停止工作， 选手门不能继续抢答。抢答定时时间LED数字显示器显示时间为“ 0”。原理及设计：该部分主要由555 定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48

6、译码电路和 2个 7 段数码管即相关电路组成。 具体电路如图 3 所示。 两块 74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。 74192的预置数控制端实现预置数，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。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路， 控制报警电路报警， 同时以后选手抢答无效。三、单元电路设计

7、给出单元电路图，分析各单元电路的功能，记录各单元电路的功能。1、抢答电路设计设计电路如图2 所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 74LS297 来完成。该电路主要完成两个功能： 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（显示电路采用七段数字数码显示管） ；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。图 2工作过程：开关S置于 清除端时， RS触发器的 R、

8、S 端均为 0，4个触发器输出置 0， 使 74LS148的优先编码工作标志端 （图中 5 号端）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，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5） ，74LS148的输出经 RS锁存后， CTR=1,RBO( 图中 4 端) =1, 七段显示电路 74LS48处于工作状态， 4Q3Q2Q=101, 经译码显示为“ 5”。此外， CTR ，使精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 16 页 - - - - - - - - - -

9、 74LS148 优先编码工作标志端（图中5 号端），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 CTR ，使优先编码工作标志端（图中5 号端），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“清除”然后再进行下一轮抢答。74LS148为 8 线3 线优先编码器，表1 为其功能表。2、定时电路设计节目主持人根据抢答器的难易程度，设计一次抢答的时间， 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

10、图 3。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 7 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 原理及设计： 该部分主要由 555定时器秒脉冲产生电路、 十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、 74LS48译码电路和 2 个 7段数码管即相关电路组成。 具体电路如图 3 所示。两块 74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。 原理及设计： 该部分主要由 555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法

11、计数电路、 74LS48 译码电路和 2 个 7 段数码管即相关电路组成。 具体电路如图 3 所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号图 3由时钟产生电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答， 且倒计时时间精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 8 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 到时，输出低电平到时序

12、控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。 结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为 R1=15K ，R2=68K ，C=10uF ，代入到上式中即得，即秒脉冲。3、报警电路设计由发光二极管和10K欧姆的电阻构成。当计时器时间到 ,无人抢答 , 发光二极管亮 , 抢答电路和计时电路停止工作。4、时序控制电路设计时序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，扬声器发声，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按键时， 扬声器发声， 抢答电路和定时电路停止工作。精品资料 - - - 欢迎下载 - -

13、 - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 9 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 3) 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，定时和定时电路停止工作。根据上面的功能要求，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的输人使能端。图 11、4 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 1Q=0，经 G3反相， A1，则时钟信号 CP能够加到 74LS192的 CPD 时钟输入

14、端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则“定时到信号”为 1 ，门 G2的输出 =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，1Q1，经 G3 反相， A0，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，从而实现功能的要求。当定时时间到时，则“定时到信号”为 0， =1 ，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 10 页，共

15、16 页 - - - - - - - - - - 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（功能3）的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。四、电路测试数据和结果（1）单元电路检测抢答电路把主持人的控制开关设置为“清除”位置，用万用表检查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 4端BI/RBO=0，显示器灭灯； 74LS148的选通输入端，即5 端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。然后把主持人的控制开关拨到“开始”位置，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，

16、即抢答器处于等待工作状态，给8 路抢答端口即输入端7I0I给上低电平的输入信号，如当有选手将抢答按键按下时 （如按下5S） ， 74LS148的输出2Y1Y0Y=010，EXY=0，经 RS锁存器后， 74LS279的输出 1Q=1 ，BI/RBO=1，74LS279处于工作状态，输出端4Q3Q2Q=101，EXY=0，经RS锁存器后，出“ 5” 。此外， 1Q=1 ，使 74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。定时电路用示波器检查 555 的输出波形是否为1Hz的方波信号，如不是对555精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下

17、载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 11 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 的外围电路进行调整达到要求为止。 给 74LS192的数据输入端设定一次抢答的时间，如35 秒（00110101 ）的八位数据。观察显示器的显示时间是否进行减计数。有问题按原理进行修改。时序控制电路及报警电路 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。 当参赛选手按动抢答按键时，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。（2）整机电路调试开始时，主持人将控制开关接地，

18、 抢答电路部分锁存器74LS279的状态输出全为0，74LS48的灭灯输入与锁存器74LS279的 1Q相接，故抢答电路无显示 （清除）；与此同时，在计时电路部分，减法计数器74LS192的预置数端为0，将事先的预置数送入减法计数器中。当主持人按键弹起时，计数器开始计数工作，抢答开始；在没有人按键且抢答时间没到时，优先编码器EXY输出为 1，计数器2BO输出为 1，74LS148 的 5 端，即CTRBOST*20, 而CPBOCTRCLCK*2优先编码器和计数器都正常工作；精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - -

19、- - - -第 12 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 当在规定时间有人按下抢答按键时，EXY输出为 0， 1Q=1 ，ST=1，优先编码器停止工作，此后选手的抢答无效，电路将按键者的编 号显 示 在 LED 上；同 时， 1Q=1，计数 部分 的计数 脉 冲CPBOCTRCLCK*2=0，计数器停止工作，此时的倒计时时间记录并显示在 LED上；74LS148的EXY端由 1 跳变到 0，Q输出暂态高电平，发光二极管亮；如果在规定时间内无人抢答，2BO由 1 跳变到 0， Q 输出暂态高电平，发光二极管亮；ST=1，抢答电路停止工作，此后的抢答按键无效。（3）实验数据

20、记录74LS14874LS27974LS4874LS19274LS192主持人开关 SEXYST1QBILD2BOLD1BODCP01000010CP0110001111CP有人抢答0011111101G2G3G74LS121555主持人开关 S2BOCPQ1Q12BOST1QQ1SEXY2BOPR43精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 13 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 11CP11100101100001CP111001111000有人抢答1CP00101010

21、1111五、结束语经过一个多星期的共同努力， 我们终于完成了数字电路课程设计课题。虽然时间不长，但是在这个过程中我们得到了很多东西。因为以前没有做过这一方面的课题， 所以一开始看到这个题目的时候有点不知所措，不知道从什么时候开始做，不知道焊枪怎么使用。经过老师的指导后，我和另两位同学开始查资料、讨论，开始设计整机电路原理图，我们觉得只有设计好这个才是前期准备的关键。在这个过程中，我们有冲突、争论、矛盾，但是经过商量我们找到了最好的解决办法，同时也收获了友谊。 在这一段时间内，我们经历了阶段性成功的喜悦、测试失败后的失望、陷入困境时的不知所措、重新投入的振作。在老师的指导下，我们终于成功解决所有

22、问题，当接通电源，计时器在跳动，一切都正常工作的时候，我们终于体验到成功的快乐，我们培养出了无与伦比的默契和深厚的友谊。通过本次课程设计， 最大的收获就是把书本和实践结合起来了，提高了动手能力。 学到了很多东西，懂得了团结合作的真正意义， 对我们以后的学习和工作帮助很大。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 14 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 作为电气专业的学生， 课程设计对于我们来说是很重要的。这次实验，让我们从开始的不懂不会不敢，到现在基本了解了每一个元件的构成和

23、功能， 可以记住每个元件管脚的位置，能大致看懂每部分的构造和应用， 以及在面对焊接电路常见问题时能简单处理，确实让我们受益匪浅。虽然这次设计中遇到不少问题， 例如抢答器数字显示问题报警电路，二极管不亮， 但我们都一一的在老师的指导下解决了，这次课程设计是成功的， 我们都从中学到了很多可贵的东西。除了专业知识的提高，自己动手能力和思考问题方式的多样性，更多的则是团结互助和细心做好每一步的觉悟。最后，感谢老师给我们这次宝贵的实习机会，感谢老师的指导，我们会更加努力！六、参考文献1 陈大钦 . 电子技术基础实验 M. 高等教育出版社，2008年第 3 版.2 余孟尝 . 数字电子技术基础简明教程M. 高等教育出版社， 2006年第 3 版.七、整机电路原理图精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 15 页，共 16 页 - - - - - - - - - - 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 16 页，共 16 页 - - - - - - - - - -