智力竞赛抢答器帅旗 09实验电 1091181325.docx

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智力竞赛抢答器帅旗09实验电1091181325

课程设计（综合实验）报告

（20010--2011年度第1学期）

名称：

电子技术基础课程设计

题目：

智力竞赛抢答器

院系：

电气与电子工程学院

班级09实验电

学号：

1091181325

学生姓名：

帅旗

指导教师：

刘向军

设计周数：

1

成绩：

日期：

2011年1月11日

《电子技术》综合实验

任务书

一、目的与要求

1.目的

1.1课程设计是教学中必不可少的重要环节，通过课程设计巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能，提高综合运用知识的能力，逐步增强实际工程训练。

1.2注重培养学生正确的设计思想，掌握课程设计的主要内容、步骤和方法。

1.3培养学生获取信息和综合处理信息的能力、文字和语言表达能力以及协作工作能力。

1.4提高学生运用所学的理论知识和技能解决实际问题的能力及其基本工程素质。

2.要求

2.1能够根据设计任务和指标要求，综合运用电子技术课程中所学到的理论知识与实践技能独立完成一个设计课题。

2.2根据课题需要选择参考书籍，查阅手册、图表等有关文献资料。

要求通过独立思考、深入钻研课程设计中所遇到的问题，培养自己分析、解决问题的能力。

2.3进一步熟悉常用电子器件的类型和特性，掌握合理选用的原则。

2.4学会电子电路的安装与调试技能，掌握常用仪器设备的正确使用方法。

利用“观察、判断、实验、再判断”的基本方法，解决实验中出现的问题。

2.5学会撰写课程设计总结报告。

2.6通过课程设计，逐步形成严肃认真、一丝不苟、实事求是的工作作风和科学态度，培养学生树立一定的生产观点、经济观点和全局观点。

要求学生在设计过程中，坚持勤俭节约的原则，从现有条件出发，力争少损坏元件。

2.7在课程设计过程中，要做到爱护公物、遵守纪律、团结协作、注意安全。

二、主要内容

课程设计（综合实验）的目的与要求：

设计一个智力竞赛抢答器，此抢答器可以容纳六组参赛队，每组设置一个抢答按扭供抢答者使用。

设置一个“系统复位”或“抢答准备命令”按扭和一个“抢答开始命令”按扭供主持人使用。

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“抢答开始命令”后，若参赛者按下抢答按扭，就显示最先抢答者的组号，指示抢答有效，并以灯和声音警示。

若系统复位但未发“抢答开始命令”，参赛者就按下抢答按扭，也显示抢答者的组号，但只是抢答无效，并以灯和声音警示。

要求确定第一个输入的抢答信号，并保持该信号不变，同时使后输入的信号无效。

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“抢答开始命令”后，若参赛者按下抢答按扭，就显示最先抢答者的组号，指示抢答有效，并以灯和声音警示。

若系统复位但未发“抢答开始命令”，参赛者就按下抢答按扭，也显示抢答者的组号，但只是抢答无效，并以灯和声音警示。

要求确定第一个输入的抢答信号，并保持该信号不变，同时使后输入的信号无效。

设计（实验）正文

设计方案：

该抢答器电路分为：

主持人控制台、选手抢答台、选手计分器等三大主要部分。

其中，主持人通过主持人控制台上所设按钮向选手抢答台和选手计分器发送抢答允许、加分、减分等信号；然后，抢答选手通过选手抢答台上所设按钮发送抢答信号并封锁竞争对手的抢答器，同时向自己的计分器发出计分允许信号；最后，在选手计分器可以实现已抢答到了的选手，或者违规抢答了的选手，可由主持人对其经行加减分数的操作。

一、主持人控制台

如右图所示，在主持人控制台上，我主要设置了五个可以操作的部分，分别是：

可以对每个选手进行重新置数为100分的的“ZF100”，用“空格”键进行控制；可以对每个选手进行加分和减分的“DOWN10”和“UP10”，用键盘上很靠近且常用的“W”和“Q”来进行控制；可以对每个选手进行抢答复位的“FW”，用“F”键进行控制；可以对每个选手同时施加开始抢答信号的“KAISHI”，由键盘上的“K”来进行控制。

在设计中，我发现很多信号只是需要的一个脉冲，于是从零件库里找到了一种可以按一下然后就弹起的开关，这样避免了对单刀双掷开关的两次操作，使得操作简化了很多。

二、抢答电路

抢答电路是电路设计的核心，其难点在于如何将首先抢答的选手识别出来。

其中在设计初期需要解决的是将形式上的不同的状态转换成电子设计中可以被计算机识别的代码。

我们对我们的工作作出如下的规定：

选手抢答器输入信号应包括：

主持人控制台送来的准备抢答信号，为负脉冲，它将选手抢答器复位到初始状态；

主持人控制台送来的开始抢答信号，允许竞答选手按抢答按钮，设为X1，1有效；

其它选手抢答器送来封锁信号，使本选手不能抢答，设其组合后为X0，0封锁；

竞答选手按抢答按钮形成的抢答信号，在电路中作为时钟信号CP，为负脉冲；

选手抢答器输出信号应包括：

违章抢答信号，用于点亮红灯并使蜂鸣器发声，设为Y1，1有效；

抢答有效信号，用于点亮绿灯，设为Y2，1有效；

计分允许信号，使主持人能对本选手加分或减分,设为Y3，1有效；

输出封锁信号，使其他竞答选手按抢答按钮无效，设为Y4，1有效。

那么有以下的状态转换关系：

然后可判断，S0、S1、S2的编码分别选为00、01、10，设状态11为S3，并规定在任何输入下其输出全为0并且次状态为S0。

由此得驱动函数和输出函数真值表如下：

易得到关于Y1Y2Y3的表达式如下:

那么对于我们所使用的JK触发器，可以由卡诺图化简而得到，具体如下：

最后我们在Multisim中找到了74LS112作为JK触发器，生成了抢答器部分的电路。

在生成初期，我直接将这部分的电路运用到最后的电路中去，结果使得整个电路图异常的复杂，连线很混乱，然后，我才用了封装的方式来处理这一矛盾，其结果如下：

这个是它的封装后的效果图，其具体的内在如下：

三、计分电路

计分电路相对于六名选手，具有六个相对独立的具有相同功能的计分电路。

每个计分电路采用两片74LS192，74LS192是可逆十进制计数器。

通过开关space控制其预置数端将每位选手的分数预设为100分。

首先抢答的选手将有效抢答信号输入到计分电路，与主持人控制的开关U和开关D，共同控制计分器的加分和减分。

而且，基于同样的原因，我将这部分的电路进行了封转，方便了后续的仿真进行。

封装图如下：

而其中的内部的结构如下：

四、总电路图

四、设计总结

1.设计中实际遇到的难点和解决方法

在本次设计中，主要遇到了以下的几个问题：

首先，在设计的时候对于现实问题转换成电路中的不同状态问题还是存在一些问题，在这次仿真实验中具体的体现就是对于选手和主持人的不同状态如何形成表示。

在自己弄得比较混乱的时候参考了老师在PPT中所提供的思想，然后才得以清晰的继续设计。

第二，在这个仿真中，会遇到很多六个人都相同的电路，在之前一直使用的是直接复制粘贴的办法。

到最后的问题就是总的电路图异常复杂而且困难，连线已经连到看不清了。

最后突然想起老师在培训的时候提到的封装的功能，然后加以运用，取得了不错的效果。

第三，在解决主持人如何可以控制选手的分数的时候遇到了一个比较大的麻烦，困扰了很久。

就是在每个选手抢答成功或失败的时候，Y3都会有一个变化，即出现上升沿或者下降沿。

二之前我一直使用的是主持人的加分和减分与Y3取“与”再送到每个选手的计分工作区。

由此带来的问题是在选手刚刚抢答到问题时就会被扣10分。

最后，我决定改变这部分的设计：

用Y3取“非”，然后再和主持人的信号取“或”，最后再送给每个人的计分工作区，巧妙的回避了由于Y3状态的改变所能引起的误差信号！

第四，在最后合成的部分，我的电路需要涉及到将成功抢答，或者失败抢答者的Y3信号送给其他的选手，以到达封锁其他选手的目的。

在最开始的时候，我是针对每一个选手都经行了单独的引用其他的选手的信号来封锁，后来发现这样不仅仅连线复杂，而且使得电路的复杂程度增加很多，原本可以正常运行的仿真都动不了了！

后来改成了将所有的人的Y3都用来封锁信号，包括封锁自身，这样就回避了每个人单独做一个封锁的电路，使总的电路简化不少，也能正常运行了。

2.心得体会

该智力竞赛抢答器可供最多六人参加的比赛使用。

结构简单，操作简单，扩展性强，可根据实际情况改装成大于或小于六人的比赛。

通过multism软件模拟仿真，电路基本满足功能要求，稳定性良好。

通过本次课程设计，我学到不少东西，也得到了不少锻炼。

在做课程实际之前，从大处着眼，统筹兼顾的看问题是必须的。

首先的第一要务是将整个任务书综合考虑，比如本次的智力竞赛抢答器的设计，首先是把大的总的任务分成了控制，计分，抢答三个部分，分配各个部分的功能。

然后就是分块设计：

分块设计中主要考虑各个设计电路与其他部分的联系，各个部分电路功能的实现。

最后就是各部电路的整体连接与调试。

而且，我从这次实验中学到了不少在书本中没有的东西，明白了实践与理论的结合是极其重要的，以及同学之间互相帮助的重要性，更重要的是对整个电路还有各个元器件有了充分的认识，还有在遇到困难时运用学过的相关知识和恰当的方法尽力去解决各个难题，通过自己不懈的努力来完成这项任务。