多路智能竞赛抢答器设计.docx
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多路智能竞赛抢答器设计
课程设计任务书
学生：
专业班级：
指导教师：
工作单位：
题目:
多路智能竞赛抢答器设计
初始条件：
74LS483片，74LS2791片，74LS1481片,74LS1922片,74LS902片，LM5551片，74LS1211片，74LS001片，74LS321片,74LS081片，电阻若干，电容3个，开关11个，蜂鸣器1个，LED2个，三极管2N30961个，导线若干。
要求完成的主要任务:
1.基本功能
①设计一个智力竞赛抢答器，可以同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。
②给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。
③抢答器具有数据锁存和显示功能。
抢答开始，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。
此外要封存输入电路，禁止其他选手抢答。
优先抢答选手的编号一直保持到系统清零为止。
2.扩展功能
①抢答器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，档节目主持人按下“开始”按钮后，要求定时器立即倒计时，并在显示器上显示，同时扬声器发出短暂声响，声响持续0.5S左右。
②参赛选手在设定的时间抢答，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。
③如果定时抢答时间已到，去没有选手抢答，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封存输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。
时间安排：
第19周理论设计、实验室安装调试，地点：
鉴主17楼九号实验室
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
多路智能竞赛抢答器设计
摘要..........................................................................5
1.多路智能竞赛抢答器原理电路.................................................7
1.1总体方案...............................................................7
1.2单元电路设计及元件选择.................................................7
1.2.1抢答电路设计.....................................................7
1.2.2定时电路设计....................................................11
1.2.1报警电路设计....................................................16
1.3元件参数计算..........................................................17
2.仿真结果及分析............................................................18
2.1抢答电路..............................................................18
2.2定时电路..............................................................18
2.3报警电路..............................................................19
2.4仿真结果分析..........................................................19
3.小结，建议与体会...........................................................20
4.元件清单..................................................................21
5.参考文献..................................................................22
6.实物图....................................................................23
.
摘要
抢答器常用于知识竞赛、文体娱乐活动（抢答活动）中，通过抢答者所处位置的数字显示能准确、公正、直观地判断出第一抢答成功者。
本次课设通过数电课上所学知识，用一些较为简单的元件，实现智能竞赛抢答器的设计。
做到集抢答器和数显倒计时器于一体。
并通过七段数码管显示倒数计时与成功抢答者，并在倒计时到时蜂鸣器报警。
通过本次课设，积累一定的实践经验，掌握一般设计方法与实验步骤，为将来进入更为复杂的应用领域奠定基础。
Abstract
Viestoanswerfirstdeviceoftenusedinknowledgecontest,styleentertainment（viestoanswerfirstactivities）,throughtheviestoanswerfirstthelocationofthedigitaldisplayaccurate,fairandstraightforwardtodeterminefirstviestoanswerfirstwinners.
Thiscoursesetbyseveralelectricknowledgetheylearnedinclass,withsomeofthemoresimplecomponents,intelligentviestoanswerfirstdevicedesigncompetition.Dointegratingresponderanddigitaldisplaytimer.Andthroughsevensegmentdigitaltubedisplayviestoanswerfirstcountdownandsuccess,andinthecountdowntowhenthebuzzeralarm.Throughthisclassset,accumulatedcertainexperience,graspthegeneraldesignmethodandtheexperimentalsteps,intomoresophisticatedapplicationstolaythefoundationforthefuture
1多路智能竞赛抢答器原理电路
1.1总体方案
图1总体框图
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，主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始"状态，宣布“开始”抢答器工作。
定时器倒计时，扬声器给出声响提示。
选手在定时时间抢答时，抢答器完成：
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。
1.2单元电路设计及元件选择
1.2.1抢答电路设计
电路抢答部分选用优先编码器74LS148和锁存器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。
工作过程：
开关S置于“断开”时，RS触发器的R端均置0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端引脚5电平为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，2Q2=1，BI/RBO=1，七段显示电路74LS48处于工作状态，DCBA=0101，经译码显示为“5”。
此外，2Q2＝1，使74LS148优先编码引脚5工作标志端EI＝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2Q2＝1，使优先编码工作标志端引脚5电平为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”然后再进行下一轮抢答。
下图2为设计电路。
图2抢答电路
74LS148的引脚图如下图3所示
图374LS148的引脚图
74LS148为8线－3线优先编码器，将8条数据线（0－7）进行3线（4-2-1）二进制（八进制）优先编码，即对最高位数据线进行译码。
利用选通端（EI）和输出选通端（EO）可进行八进制扩展。
引出端符号：
0－7编码输入端（低电平有效）
EI选通输入端（低电平有效）
A0、A1、A2编码输出端（低电平有效）
GS宽展端（低电平有效）
EO选通输出端
其功能表如下表1所示
表174LS148功能表
74LS279引脚图如下图4所示
图474LS279引脚图
74LS279为四个R-S锁存器，锁存器是保证该电路中多个开关先后出发而不产生紊乱的重要部分，下表2为用与非门组成的SR锁存器功能表
表274LS279功能表
74LS48的引脚图如下图5所示
图574LS48的引脚图
74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中，其功能表如下表3所示
表374LS48功能表
1.2.2定时电路设计
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减法计数电路、７４ＬＳ９０预置数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管及相关电路组成。
74192的预置数由两个74LS90构成的计数器实现预置数，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，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。
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。
下图6为设计电路
图6定时电路
74LS192的引脚图下图7所示
图774LS192的引脚图
74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。
图中：
PL为置数端，
CPU为加计数端，
CPD为减计数端，T
CU为非同步进位输出端，
TCD为非同步借位输出端，
MR为清除端。
其功能表如下表4所示
表474LS192功能表
74LS90引脚图如下图8所示
图874LS90引脚图
74LS90由四个主从JK触发器和一些附加门电路组成，整个电路可分两部分，其中FA触发器构成一位二进制计数器；FD、FC、FB构成异步五进制计数器，在74LS90计数器电路中，设有专用置“0”端R1、R2和置位（置“9”）端S1、S2。
其功能表如下表5所示
表574LS90功能表
定时芯片LM555引脚图如下图9所示
图9LM555引脚图
TR为触发，RES为复位，CV为控制电压，TH为阀值，DIS为放电。
由LM555构成多谐振荡器作为秒脉冲电路，其电路图如下图十所示
图10脉冲电路
周期1S的时钟脉冲经右图的U12A（74LS00）和U12D（74LS00）送到74LS192的4引脚（DOWN），使74LS192减计数，达到倒计时的效果。
U12A（74LS00）或非门的另一个输入端接秒十位74LS192的13引脚（BO）。
如果定时抢答时间已到而没有选手抢答，13引脚（BO）输出低电平，LM555的时钟脉冲不能通过U12A（74LS00），74LS192由于没有时钟脉冲输入，停止减计数，时间显示静止不动。
如果中途有选手抢答，U2B（74LS279）的13引脚（2Q2）输出高电平，经U12C（74LS00）反向成低电平0输入U12D（74LS00）的其中一端，使时钟脉冲不能通过U12D（74LS00），74LS192由于没有时钟脉冲输入，停止减计数，时间显示静止不动。
或门芯片74LS32引脚图如下图11所示
图1174LS32引脚图
与非门芯片74LS00引脚图如下图12所示
图1274LS00引脚图
1.2.3报警电路设计
报警电路由单稳态触发器SN74121和蜂鸣器组成。
SN74121的5引脚（B）接S1的一端，当S1拨向开始后，5引脚（B）电平变高电平，有一个上升沿，触发器触发，蜂鸣器发出声响。
U18A（74LS08）输出端接SN74121的3引脚（A1），输入端接U3（74LS148）的14引脚（GS），抢答开始后，SN74121的5引脚（B），4引脚（A2）为高电平，当有选手按下按钮后，U3（74LS148）的14引脚（GS）输出一个负脉冲，触发器触发，蜂鸣器发出声响。
与门U18A（74LS08）起到时延的作用，保证电路的时序的正确性，使电路能正常工作。
SN74121的4引脚（A2）接秒十位的74LS192的13引脚（BO），没有选手抢答时，当定时抢答时间到时，SN74121的5引脚（B），3引脚（A1）为高电平，秒十位的74LS192的13引脚（BO）输出低电平，使SN74121的4引脚（A2）有一个下降沿，触发器触发，蜂鸣器发出声响。
报警电路设计电路如下图13所示
图13报警电路
1.3元件参数计算
脉冲频率计算：
R15=10k，R16=68k，C1=10uF，
f=1/0.7×（10k+2×68k）×10×10-6≈1S。
故取R15=10k,R16=68k。
1.4总电路图
总电路图如下图14所示
图14总电路图
二仿真结果及分析
2.1抢答电路
主持人开关J2置于开始位后，先按下其中一个抢答按钮J1，随后按下另外任一抢答按钮。
抢答结果如下图15所示：
图15抢答仿真结果
2.2定时电路
当开关J2置于停止位时，可以设置定时时间的长短，按下其中J4，设定时间加1，按J415次后，如下图16所示。
图16定时仿真结果
一段时间没有人抢答，则定时器开始倒计时，下图17为倒计时到8秒时的结果
图17倒计时仿真结果
2.3报警电路
当倒计时结束时没人抢答，蜂鸣器响，其效果如图18所示
图18报警仿真结果
2.4仿真结果分析
综上所述，该多路智能竞赛抢答器可实现以下功能
1可供八位选手进行抢答，主持人按下抢答按钮后，只会记录第一个抢答人员的编号。
2可进行倒计时，时间可由主持人调节。
3在倒计时结束时还未有人抢答，会触发报警。
因此，该多路智能竞赛抢答器可实现课程设计所要求的所有功能。
三小结，建议及体会
通过课程设计，发现自己的很多不足，自己知识的很多漏洞，看到了自己的实践经验还是比较缺乏，理论联系实际的能力还急需提高。
从拿到题目到具体设计，从理论到实践，使我的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。
同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，也使我学到许多在书本上没有的知识。
通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
数电课设不仅是脑力上的活动，也是一件细致活。
复杂的连线使我们更为小心谨慎，也为电路的调试带来很大困难。
本次课设让我受益匪浅。
四元件清单
规格
个数
74LS47
3
74LS279
1
74LS148
1
74LS192
2
74LS90
2
74LS121
1
LM555
1
74LS00
1
74LS32
1
74LS08
1
三极管2N3906
1
蜂鸣器
1
万用板
1
电阻10KΩ
13
电阻510Ω
2
电阻100Ω
1
电阻100KΩ
1
电解电容10uF
2
瓷片电容0.1uF
15
发光LED
2
五参考文献
1《电子线路设计·实验·测试》第三版，自美主编，华中科技大学。
2《数字电子技术基础》，伍时和主编清华大学
3《电子技术课程设计》，历雅萍、易映萍编，机械工些
4《数字逻辑设计及应用》，书艳，:
清华大学
5《电子技术基础课程设计》，梅生等编著，高等教育。
六实物图
本科生课程设计成绩评定表
姓名
性别
专业、班级
课程设计题目：
多功能数字钟电路设计
课程设计答辩或质疑记录：
成绩评定依据：
最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）
指导教师签字：
年月日
升级会员 