电子技术课程设计声光数字显示竞赛抢答器设计

淮海工学院课程设计报告书 课程名称： 电子技术课程设计 题 目： 声光数字显示竞赛抢答器设计系 （院）： 电子工程学院 学 期： 2011-2012-1 专业班级： 自动化091 姓 名： 学 号： 评语：成绩：签名：日期：目录1 绪论.32 设计内容及要求.33 电路设计.44 电路仿真. 125 组装调试.146 系统所需元器件.147 心得体会.158 参考文献.15171、 绪论1.1 设计背景 在许多比赛活动中，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 规及奖励记录等多种功能。该设计就是针对上述各种要求设计出的供 6 名选手参赛使用的数字式竞赛抢答器。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。经过布线、焊接、调试等工作后，数字抢答器成形。1.2 设计任务和要求1、用中小规模集成电路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。所有调试和检测内容均在电脑上仿真进行。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“嘀嘟”的双音音响持续3s左右。3、设置计分电路。每组在开始时预置成100分，抢答后由主持人记分，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。2、设计内容及要求2.1、设计思路本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可用触发器或锁存器等。在得到第一信号之后立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效，否则应视为提前抢答而犯规。当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二极管直接指示组别。还可用鉴别出的第一抢答信号控制一个具有两种工作频率交替变化的音频振荡器工作，使其推动扬声器发出两态笛音音响，表示该题抢答有效。计分电路可采用2位七段数码管显示，由于每次都是加或减10分，故个位总保持为0，只要10位和100位作加/减计数即可，可采用两级十进制加/减计数器完成。2.2 数字抢答器总体方框图其工作工作过程为：接通电源后，主持人将开关拨到清除状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定的时间；主持人将开关置开始状态，宣布开始抢答器工作，扬声器给出声响提示，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，输入电路被封锁，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内抢答时，抢答器完成下面几个工作：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. 控制电路对输入编码电路进行封锁，避免其他选手进行抢答；3. 控制电路要使定时器停止工作，时间器上显示抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止，以便进行下一轮抢答。 图（1）总体方框图3、电路设计 3.1 计分电路 主持人控制台电路需要包括所有参赛队“初始置100分“按钮J1，“准备抢答”按钮J4，“开始抢答”按钮J5，“加10分”按钮J2，“减10分按钮”J3。本例中的初始置100功能是利用计数器芯片74LS192的置数功能来实现的。74LS192置数端是低电平有效，所以信号形式为负脉冲。“准备抢答”和“开始抢答”为负脉冲，加10分和减10分为正脉冲。 图（2）主持人控制台电路 选手控制台电路：每个参赛队在主持人下达了“开始抢答命令”后可以按下抢答器按钮进行抢答。当取得抢答权的参赛队回答完问题时，主持人根据其结果正确与否进行加减分。在该电路中主持人按下预置100分按钮，即为所有参赛队初始预置100分。具体电路图见图（3）。（J5为预置100分按钮，J6为加10分按钮，J7为减10分按钮，J8为开始抢答按钮） 电路实现功能:能够在主持人发出抢答命令后，对选手进行加分或者减分。 图（3） 计分电路 3.2 控制电路 图（4）74LS148管脚 74LS148功能表 图（5）控制电路 参考电路如图所示。该电路完成两个功能：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；二是禁止其他选手按键操作无效。工作过程：开关S置于清除端时，RS触发器的 端均为，个触发器输出置，使74LS148的 ，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，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出 经RS锁存后， Q1=1, =1,74LS48处于工作状态， QQQ=101,经译码显示为。此外，1，使74LS148 ，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，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开关重新置，然后再进行下一轮抢答。74LS148为线优先编码器。3.3 计时电路 图（6）计时电路 当主持人下达“开始抢答”命令后开始计时，若超过规定时间，则抢答结束，重新进入下一轮抢答。 电路功能：能在主持人宣布抢答开始后，立即开始计时，到规定时间指示灯亮。 74LS160为十进制异步清零计数器，它是正沿出发的同步加法触发器。CLR，清零输入端。当CLR=0时，立即有QA QB QC QD=0 0 0 0,而不管这时是否有正跳时钟脉冲到来。LOAD送数端，当LOAD=0且时钟脉冲上跳时，原先埋伏在输入端的数据D C B A才能经过计数器送到QD QC QB QA端输出。CO为进位输出端，仅当计数器的状态QD QC QB QA=1001时，进位输出端CO=1. 3.4音响电路音响电路由555定时器跟三极管组成，当选手提前抢答或是超时抢答，音响电路会发出报警音响。这里，555定时器构成了多谐振荡器，当它的输出信号经三极管后推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作；当PR为低电平时，多谐振荡器停止工作。 图（7）音响电路3.5自锁电路图（8）74LS279引脚图 74LS279真值表74LS279就是4R-S触发器，每片上有四路R-S触发器。每路R-S触发器有R和S两个输入和一个输出端Q。当S输入低电平（0）时，输出Q为低电平（0）；当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（0），则Q为高电平（1）；当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（1），则Q保持不变3.6 译码与显示驱动设计图（9）译码与显示驱动电路74LS48，共阴极7段数码管译码器，A B C D为输入，D为高位，为二进制编码；ag为输出，高电平有效，分别接共阴极数码管的ag引脚；7448允许输入大于9；LT为灯测试输入端，低电平有效。LT=0时，数码管7段同时得到高电平，以检查数码管各段功能；RBI为灭零输入端，低电平有效。BI/RBO为灭灯输入/灭零输入端，低电平有效。37 整机电路图 （图10）整机电路图4、电路仿真 4.1 计分电路仿真 （图11）计分电路仿真4.2 控制电路仿真 （图12）控制电路仿真4.3 计时电路仿真 （图13）计时电路仿真4.4 音响电路仿真 （图14）音响电路仿真4.5 译码与显示驱动电路仿真 （图15）译码与显示驱动电路仿真4.6 整机电路仿真 （图16）整机电路仿真 5、组装调试在组装调试过程中，发现秒脉冲电路的电容正负极接反，没有正确认识电容的正负性，将电容反过来接就正确了。首先设置定时电路的时间为30秒，然后按主持人控制开关，定时电路倒计时，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。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。电路正常工作。6、系统所需元器件（1） 七段显示器（共阴极） 4片（2） 74LS484（3） 74LS1601（4） 74LS1922（5） 5G555定时器 1片（6） 门电路：74LS001、74LS041（7） 编码器：74LS1481（8） 四位D锁存器：74LS2792（9） 电阻、电容、三极管（3DK2A1）、二极管（2CK54)、音乐集成块（KD1531）、导线等7、收获与体会 这一次课程设计，它加深与巩固了我们所学的专业基础课程，例如数电和模电，并将其综合运用，提高了我们综合运用知识的能力还有就是将理论运用于实践，另一方面，培养了我们对专业知识学习的趣；同时也提高了我们分析问题的能力。这次课程设计的设计流程我采用分块的设计顺序，优化了设计流程使之更符合逻辑性。但是需要注意的是，在其中每个环节必须认真进行，如果某模块电路没有设计好，或者存在错误，则总的电路必然会受到影响，所以在设计时应该考虑到实际情况。有时候会因为一个极小的疏忽而导致整个电路无法运行，例如，在仿真过程中由于我忘记接地导致输出老是不对。另外，该课程设计也要求我具备扎实的理论知识，刚开始由于理论知识掌握的不牢靠，在进行仿真设计时也一度使我碰壁，浪费了很多时间，最后不得不捧着书本，再把一些学的不牢固的知识好好的学了一遍。通过这次课程设计，我基本掌握了用Multisim软件仿真电路图并进行仿真分析，且初步掌握了电子电路的设计方法，在以后的学习中还需多加练习，熟练掌握，为以后的工作作准备。回顾这次课程设计，从选题到定稿，从理论到实践，我懂得了理论与实践相结合的重要性。在这次课程设计当中，我本来是抢答、定时、报警、时序控制电路都有设计，但仿真做出来的只有定时和抢答两部分，而实物部分定时电路还无法正常工作，由此可见即使课本知识掌握的很好，如果不会综合运用，也是一些支离破碎的无用的知识，只有能把它运用到实践当中，才是真正属于你自己的知识。实践是检验真理的唯一标准，这句话说的真不假啊。以前在课堂上只是听老师说，自己在一旁死记硬背背下来，就以为自己学得很不错了，这一次，既是一个打击一次教训，也是一次学习。8、 参考文献1彭介华. 电子技术课程设计指导M. 北京：高等教育出版社，19972赵淑范、王宪伟. 电子技术实验与课程设计M. 北京：清华大学出版社，20063阎石. 数字电子技术基础M. 北京：高等教育出版社，20064刘鸣. 电子线路综合设计实验教程M. 天津：天津大学出版社，2008