电子技术课程设计报告书

电子技术课程设计题目名称:_智力竞赛抢答器_班级： 自动化0901学号：200904134015姓 名：翁 宇指导教师：吴建国日 期：2011年6月20日设计课题 智力竞赛抢答器一. 设计要求1. 设计四人参加的智力竞赛计时抢答器；2 当有某一参赛者首先按下抢答开关时， 相应显示灯亮并伴有声 响。此时，抢答器不在接受其他输入信号；3具有回答问题时间控制功能。 要求回答问题的时间小于等于 100 秒（显示为 0 99 ），时间显示采用倒计时方式，当达到限定 时间时，发出声响以示警告；4画出完整的电路原理图。二. 方案选择及电路的工作原理设计的方案有以下两种：方案一：用CD4511、CD4068各一个电阻，开关，三级管和二级管若干及七段显示器构成抢答电路。本电路的控制方法是利用开 关进行输入编码当按键第一次就接下时，输出由 1111110变 为所接下的键值的BCD编码经4068 8输入与门和一个三级管控制后输出CD4511第五脚使其从底电平变为高电平，从而锁住CD4511实现抢答功能。计数器利用两个CD4011和CD4011组合成 99 秒的加法计数器。 此电路原理简单， 制作方便，但 显示不为倒计时，观看比较不方便。方案二：抢答电路由四个D触发器74LS74N或非门4002BT,开关若干，优先编码器74LS148及七段显示器等组成。本电路的控 制方法是利用开关进行高低电位的输入，当四个开关有一个 有优先按下时，D触发器的输出端输出的高电位通过或非门 进入其他D触发器的异步复位端从而使其他选手的输入信号 锁存成无效。倒计时电路由 74LS192,七段显示器，及555 定时电路组成。此电路的设计虽然较复杂，但是能很好实现 所要求的功能。通过比较二个方案的特点，本电路采用方案二！该系统的整体分布如下图所示：说明：智力竞赛抢答器的设计方框图如图所示。包括抢答器电路， 秒脉冲发生器电路、计数器电路、译码与显示电路、报警电路和外部 控制电路（辅助时序控制电路）等六个部分组成。计时电路递减计时， 每隔1秒钟，计时器减1。其中抢答器，计数器和控制电路是系统的 主要部分。抢答器电路完成抢答功能，计数器完成 99秒计时功能, 而控制电路完成计数器的直接清零、启动计数器、暂停 /连续计数、译码显示电路的显示功能。当计时器递减计时到零(既定时时间到) 时，显示器上显示00,同时警报灯点亮三单元电路设计计算与元器件的选择1、抢答器按键保持与封锁电路该电路说明：可以完成两个功能：一是能够分辨出选手案件的先后顺序 并且能够锁存优先抢答选手的号码，同时译码显示电路显示编 号；二是后面的选手按键操作将无效。工作过程：开关J6开启时，则输入为高电位“1”经过四个或非 门后变成低电位“ 0”则四个D触发器的异步复位端将触发器 置“ 0”抢答电路处于系统清零状态；当J6闭合时，抢答电路 处于工作状态。当抢答开始，若 J1先按键，则Q1端输出高电 位“ 1”通过或非门变成低电位“ 0”将其他D触发器置0,则 抢答信号输出为“1110” (J4J3J2J1),然后通过输出选手号码 显示电路显示对应号码。 JvWffT 5V* m:74LS71N13:-UJ2A:4W2VT 5V抢答器按键保持与圭寸锁电路该电路2、选手号码显示电路说明：此部分电路主要实现抢答选手编号的显示。例如：当第三位 选手率先按下抢答器时，LED显示“ 3”。电路图上显示的是“ 1”， 说明第一位选手先按下抢答器。工作过程：当选手按下抢答器按钮时，抢答信号输入端输入低电平信号，在74LS148N作用下，输出端 A1、A2、A3相应的输 出高低电平，产生对74LS248N的控制信号，并由此来控制LED 的显示信号。注意，选手控制信号从74LS148N的D3 D4 D5D6端输入，并且 D3对应选手4号，D4对应选手3号，D5对 应选手2号，D6对应选手1号。LED为共阴极七段显示器选手号码显示电路3、秒脉冲发生器电路说明：此部分电路主要是为计时电路提供所需脉冲，一般情况下， 脉冲周期为1秒工作过程：当选手按下强大按钮时，也就启动了次部分电路的工作。555定时电路在此处构成振荡器，周期：T=C3(R6+R5)In2,近似等于1秒。这也就确定了计数器以1秒 1次的频率计数。VCCVCC&VVCG8 - - U137R65.1 k a UCCSST OUTR4THSLMC&5iCHTP.TCON -EgC3 - 採1叫秒脉冲发生器电路4、递减计数器电路说明：此部分电路完成计时功能。从 99递减为00，限定抢答选手 答题时间为100秒。并且在抢答时，相应的信号灯也会发光。工作过程：当选手按下抢答器按钮时，电路开始工作。电路启动后，由秒脉冲发生器电路为其提供所需脉冲， 两个74LS248均相当 于计时器，来一个脉冲就计数一次，相应 LED显示也会跳变，周期 为1秒。另外，LED1代表的信号显示灯也会发光。此处，设计要求是答题时间为100秒，但此处忽略抢答时的一秒，故从 99秒开 始计时。S” 百r -R 乂LssHJ弋武TT-U2I?3轉黑騁ut :HI /JLS24SHvcc5Ve!_QfK -I s.1121L1Br-翻 EJ 口- ?VCCLU NLS1；R?(AAIKUli/：: joitm svUJJ m:-I I W 4 iIJ | -! | !！U5 71LS192HYCtt递减计数器电路5、抢答及限时鸣响电路说明：此部分电路完成鸣响功能。具体分为：一.当选手按下抢答器按钮时鸣响；二.当计时器由99变为00是鸣响，提示选手答题时间已到工作过程：选手抢答时产生低电平，通过多次与非门最后变为高电平输入到BUZZEF时期鸣响。当计时器变为 00时，产生低电平，经过1个“与非”门，和2个“非”门，也变成高电平，时得 BUZZER 鸣响。四、设计总结本次课程设计我选的设计课题是智力竞赛抢答器的设计，实质是属于数字电路部分的内容。主要使用了 74LS148， 74LS248,74LS74等一些集成芯片，以及七段数码显示管，555定时电 路，蜂鸣器，发光二极管。最开始自己构想了方案一，但在仿真的过程中出现了不少问题。比如，计数跳变时，个位和十位跳变不同时，出现 60跳变后成50的 现象，后来查资料才知道这是反馈延时产生的。 为了解决方案一中出 现的各种问题，在查阅了大量图书资料和网络资料下， 并借鉴相关设计案例，得到了方案二。 这是我们这学期以最难的一个数字电路设计， 以前以为只学好书 上知识就可以了， 但在这次设计中很多并非教材上能找到的芯片。 深 有感触的是，想要做好数字电路的设计，必要的基础知识势必需的， 但更重要的 =的是了解各种芯片的构造及其功能和管脚的排布。并非 几个简单的“或”,“与”，“非” 门能解决问题的。 每一次课程设计， 都有不同的收获，我期待下一次课程设计的到来！七参考文献 ：1 吴建国. 张彦。数字电子技术 . 华中科技大学出版社 .201.12 郝国法. 梁柏华. 电子技术试验 .冶金工业出版社 .2007.43 彭介华. 电子技术课程设计指导 . 高等教育出版社 .2008.125 高吉祥 .全国大学生电子设计大赛培训系列教程 （基本技能训 练与单元电路设计） . 电子工业出版社 .2007.26 夏路易，石宗义 .电路原理图与电路板设计教程 Protel 99SE. 北京希望电子出版社 .2002.6附录I:总电路图附录元器件清单序号编号名称型号数量1U6, U7数码管SEVEN_SEG_DISPLAY 22U1 , U5七段译码显示器74LS48D23U3, U48421BCD码计数器74LS192D24U2脉冲电路555_VIRTUAL15U13, U14二输入或门集成芯片74LS32N26U11, U12三输入或非门集成芯片74LS27D27U10, U15非门集成芯片74LS04D28U9二输入与非门集成芯片74LS00D19U8三输入与非门集成芯片74LS10D110C1, C2电容10uF,0.1uF211R1, R2电阻15K,68K212X1电灯2.5V113J2, J3, J4开关SDPT SB214电线若干15VCC电源5V8