八路抢答器课程设计

课程设计说明书课程设计名称： 数字课程设计 课程设计题目： 八路抢答器 学 院 名 称： 信息工程学院 专业：计算机科学与技术 班级： 080613 学号： 08061301 姓名： 评分： 教师： 20 10 年 9 月 10 日摘要随着生活水平的提高，人们的娱乐生活也越来越丰富，各类比赛也随之增多，对抢答器的要求也就越高，抢答器的公平公正就显得特别重要。为了满足各种竞赛的需要，本次设计制作了一个智力竞赛抢答器，该抢答器可以同时供8名选手参加比赛。本次设计的电路可以分成抢答电路、可预置时间的定时电路、时钟产生和时序控制电路、报警控制电路、电源电路等几个模块组成，具体的实现过程是：给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。该抢答器具有数据锁存和显示的功能，即抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在数码管上显示选手的编号，同时蜂鸣器给出音响提示，并且封锁输入电路，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零为止。除此之外，抢答器还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”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时蜂鸣器发出声响；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。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。该抢答器由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。具有电路简单、成本较低、操作方便、灵敏可靠等优点, 经使用效果良好, 具有较高的推广价值。关键字：八路抢答器，倒计时，报警，计时目录前言4第一章 设计任务及要求5第二章 系统设计方案的选择6第三章 系统的组成及工作原理3.1 系统的组成7 3.2 电路设计原理8第四章 单元电路设计、参数计算、器件选择 4.1抢答电路 9 4.2定时电路 10 4.3报警电路 11 4.4时序逻辑电路 12第五章 实验、调试及测试结果与分析 13第六章 实验总结 14 参考文献 15附录一 16附录二 19附录三 21八路抢答器前言随着社会不断的发展，电子技术也的到了飞速的发展，各中电子产品的质量也的到了质的突飞猛进。其中的抢答器也由以前的简单、功能单一的电路，变为现在复杂、实现功能多的电子产品。市场上有各种形式的抢答器，但其价格昂贵，在公司、社区、学校等举行小型竞赛时，可以考虑自己动手开发。因此，本次设计制作了一个八路数字抢答器，该逻辑电路抢答器可以作为裁判员，满足小型竞赛的要求，既可以节省成本，又可以锻炼自己的实践动手能力。该数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。本次课设运用74系列芯片，采用74LS148芯片锁存，采用74LS279芯片编码，运用74LS48芯片译码，NE555产生脉冲，数码管显示号码。第一章 设计任务及要求1.1八路抢答器1、基本要求：1）设计一个智力抢答器，可同时供八个选手或代表队参加比赛，编号分别为0至7，各用一个抢答按钮，按钮编号与选手编号对应。2）主持人拥有一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答开始。抢答开始后，若有选手抢答，编号锁存，显示选手编号，并禁止其他选手抢答。直到主持人清零。2、扩展要求：1)抢答器定时抢答，当主持人开始后，定时器立刻减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂声响。2)选手在规定时间内抢答有效，定时器停止工作，显示器显示选手编号和抢答时刻，直到主持人清零。若抢答时间过了，没有选手抢答，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止超时抢答，时见显示为零。第二章 系统设计方案的选择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组成。主体部分完成基本的抢答功能，扩展电路完成定时抢答功能。图1 定时抢答器总体框图第三章 系统的组成及工作原理3.1 系统的组成：根据设计任务及要求，将系统分为三大模块;抢答电路、定时电路，报警电路和秒脉冲产生电路。抢答电路部分完成抢答功能，即开始抢答后，当选手按下抢答键时，能显示选手编号，同时能封锁电路，禁止其他选手作答。定时电路部分的主要功能是完成定时抢答，即主持人启动“开始”键后，定时器自动减计时，并在显示器上显示当前时间。参赛选手只能在设定时间内抢答。1. 秒脉冲发生器用555时基电路构成的多谐振荡器来产生频率为10Hz的脉冲，即输出周期为0.1秒的方波，用74LS121产生脉冲。2. 译码显示电路译码显示电路是由74LS48译码器和共阴极七段数码管LED显示器组成，通过计数器的输出加到译码器的输入，从而实现共阴极七段LED显示器递减的计数功能。3.编码电路 编码电路由74LS148构成，受选手按钮及译码电路输出控制。4.锁存电路 锁存电路由四片74LS279构成，由编码器74LS148及主持人开关控制。5.报警电路报警电路由二极管组成，二极管灯亮即表示报警。当计数器递减计数到零 ( 即定时时间到 ) 时 , 控制电路应发出报警信号 , 使计数器保持零状态不变 , 同时报警电路工作。6.辅助时序控制电路 控制电路要完成以下功能：操作 “直接清零”开关时 , 要求计数器灭灯。闭合 “启动” 开关时 , 计数器应完成置数功能 , 显示器显示 30 秒字样 ; 断开“启动”开关时 , 计数器开始进行递减计数。当 “暂停 / 连续”开关处于 “暂停”位置时，显示器上保持原数不变，“暂停 / 连续” 开关处于“连续”位置时 , 计数器继续累计计数。当计数器递减计数到零 ( 即定时时间到 ) 时 , 控制电路应发出报警信号 , 使计数器保持零状态不变 , 同时报警电路工作。 3.2 工作原理：接通电源后，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，扬声器发出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时；当定时时间到，却没有选手作答，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。第四章 单元电路设计、参数计算、器件选择4.1抢答电路： 接通电源后，主持人按下开关，选手开始抢答，采用优先编码器74LS148编码，74LS279锁存编号，数码管显示选手编号。该电路抢答按钮由多个开关构成 ，每一选手与一开关对应（开关S0,S1,S7的代号分别是0，17，即抢答者的编号）。当某一开关按下时，触发锁存胡电路被触发，在输出端产生相应的输出电平信息。同时为了防止随后其他开关触发而产生紊乱，让最先产生的输出电平返回将触发锁存器的电路锁定。工作过程：开关S置于清除端时，RS触发器的 R、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，CTR1，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5号端）1，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CTR1，使优先编码工作标志端为1，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”然后才可能进行。4.2 定时电路：由74LS192计数器数字预置端设置倒计时时间，当主持人开关按下后，计数器开始减法运算，74LS48译码器译码，数码显示管倒计时。计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。当有人抢答时，74LS192停止计数，数码管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。4.3报警电路：由555定时器和三极管构成，555构成多谢振荡器，振荡频率： 其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。4.4时序逻辑电路第五章 实验、调试及测试结果与分析在确定电路，领好元件后，先连接主体部分电路，按照所画电路连接路，因领取的开关为拨动开关，领取的导线不够，于是没有用开关，直接用导线作为开关，当选手抢答时，只需接通选手跟地。主体部分电路连接好后，模拟抢答，与要求一致。然后再连接扩展电路，因领取的显示管为七段共阳极显示管，与电路所示的共阴极引脚不同，所以直接用了实验板上的显示器。设计报警电路时，扬声器发不出声音，而不接555时，直接接函数信号发生器，用双踪示波器使两端电压、频率一致时，扬声器可以发声，于是把555拆了。在接三极管时，用数字万用表检查三极管三端电压时，发现与理论值不一致，于是没用领取的三极管，直接用了电板上已有的。采用74LS121产生秒脉冲时，发现产生的脉冲频率不是1秒，调节电阻及电容大小，产生的脉冲仍不理想，于是直接用了电板上的秒脉冲。在整个电路中，接正5伏及接地端导线插得太高，导致电路不稳定，检测时要用手按住导线。在调试过程中主要用到了数字万用表、示波器，函数信号发生器。连接完所有导线后，检测电路无误后，接通电源，实验要求的各项功能均能做到。第六章 实验总结 通过这次八路抢答器的设计，我不仅学会了如何做一个简单的多路智力抢答器，更加强了动手能力，也让我对一些不太熟的器材更加了解，还让我掌握了以往许多掌握的不太牢的知识，感觉学到了很多东西。理论跟实际操作是有差距的，在实验中要围绕理论知识，根据实际操作，不断完善实验。两周的课程设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐性和坚持下去的毅力。在这次过程中，我深刻的体会到“兄弟同心，其力断金”的重要性。团队精神是相当重要的，在团队合作中，要善于取他人之所长，不自己之所短。与搭档的合作，让我觉得实验并不枯燥，在他身上也让我学到了遇到问题要勇于思考，善于思考，努力发现问题并能及时解决它。实验需要反复实践，其过程很可能相当的烦琐，有时花很长时间检查电路故障，分析原因，那时心中就有点灰心，有时还特别想放弃，此时更需要静下心来，更仔细的查找原因。 总之，这次实验过程中我受益匪浅，在摸索我和我的搭档实现了课题所要求的结果。培养了我的设计思维，增加了动手操作的能力。更让我体会到实现电路功能喜悦。参考文献1. 白中英. 数字逻辑与数字系统. 北京. 科学出版社. 2008.2. 欧阳星明. 数字逻辑. 武汉. 华中科技大学出版社. 20043. Nilsson， James William.Introduction to PSpice manual for Electric Circuits using orcad release 9.1. 科学出版社，2003.4. 任为民. 数字电子电路学习和实验指导. 北京：广播电视大学出版社. 19925.赵柯，彭嵩. 脉冲与数字电路实验指导书. 南昌航空大学信息工程学院电子实验中心. 2010.附录一 芯片管脚功能图 74LS00管脚图NE555管脚图74LS192 引脚图74LS48管脚图74LS148引脚图 74LS192功能表 74LS148真值表附录二 元器件清单序号名 称型 号/规 格 数 量备 注1共阴极显示器3只2电阻5103只3电阻1K2只4电阻100K1只5电阻10K10只6电阻15K1只7电阻68K1只8电容0.1uf1只9电容10uf2只10电容100uF1只11发光二极管41482只12三极管3DG121只13扬声器1只14开关9只1574LS1211只1674LS483只1774LS2794只1874LS1922只1974LS001只2074LS1481只21NE5551只附录三：总设计电路图