6路抢答器.docx
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6路抢答器
《电子技术》课程设计报告
题 目六路抢答器的设计
姓名:
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职称:
电子工程学院
六路抢答器的设计
1.引言
工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛,抢答记分器是必要设备。
在我校举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。
为解决这个问题，这次课程设计我设计了一个低成本但又能满足学校需要的六路数显抢答器。
本文介绍了一种用74系列常用集成电路设计的数码显示六路抢答器的电路组成、设计思路及功能。
该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功能。
主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。
若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。
2.设计任务及系统功能简介
2.1设计任务
设计一具有6路开关输入的抢答器。
此抢答器能显示对应数字，且能在按住抢答器时及时报警，输出具有唯一性和时序第一性，且还具有数据清零的功能。
2.2.系统功能介绍
（1）抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮S1、S2、S3、S4、S5、S6表示。
（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
（3）抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在LED七段数码管上显示选手号码。
选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
3.电路方框设计与电路实现的作用介绍
3.1数字抢答器总体方框图
如图1所示为总体方框图。
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，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号同时横封锁输入电路，禁止其他选手抢答。
扩展电路完成定时抢答的功能。
其工作原理为：
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。
扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。
当定时时间已到，却没有选手抢答时，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目工作：
（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，避免其他选手进行抢答；（4）控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余时间，并保持到主持人将系统清零为止。
当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统恢复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。
主体电路
扩展电路
图1设计框图
4抢答器的原理
4.1抢答器的构成
图2抢答器的构成框图
此电路由抢答译码电路将抢答情况转化为数字信号，信号由数字控制电路中转控制，再将数据输入报警显示电路以实现显示与报警功能。
译码抢答电路由供电脉冲产生电路提供供电脉冲，而数字控制电路也需时钟脉冲产生电路提供时钟信号才能工作。
4.2时钟信号产生电路
4.2.1供电脉冲产生电路
通过三五集成芯片产生24Hz供电脉冲，从3端输出；周期T=（R3+2R4）*C4*㏑2=0.042s,即f=24Hz.
4.2.2时钟脉冲产生电路
图3时钟脉冲电路图
通过三五集成芯片产生144Hz供电脉冲，从3端输出；周期T=（R1+2R2）*C1*㏑2=0.007ms,即f=144kHz.
4.3主抢答电路
4.3.1译码抢答电路
图4译码抢答电路图
设六个抢答器各为A、B、C、D、E、F分别对应1、2、3、4、5、6,输出为Q1、Q2、Q3,则根据逻辑分析得：
Q1=D+E+F,Q2=B+C+F,Q3=A+C+E.这样就可从Q1、Q2、Q3输出对应A、B、C、D、E、F的二进制代码。
4.3.2数字控制电路
图5控制电路图
D2、D1、D0输入对应二进制代码，CLK为时钟信号输入端，Q0、Q1、Q2、Q3向显示报警电路输入数据，LOAD为反馈保持端用以实现抢答的时序第一性。
LOAD=Q0+Q1+Q2，则只要有数据输出就可在下个时钟周期保持原数据，而且因为时钟周期极其小，则可保证时序第一性。
还有一开关电路接入清零端以实现对数据清零的控制。
4.4报警显示电路
图6报警电路图
数据显示采用7448译码器将二进制数译为7段共阴极数码管可识别的信号，以实现对应数字输出。
而报警则采用LOAD反馈保持端的信号，只要一有数据输出就可报警。
5定时电路
主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预制时间电路对计数器进行预制，选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由555定时器提供。
5.1555定时器产生秒脉冲电路的设计
设计电路如图5所示，下面结合图5具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。
图中电容C的放电时间如公式
（1）和充电时间如公式
（2）
公式
（1）
公式
（2）
于是从NE555的3端输出的脉冲的频率如公式（3）为
公式（3）
结合实际经验及考虑到元器件的成本，我选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得
，即秒脉冲。
图7标准秒脉冲产生电路
5.2定时电路原理和总体设计
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、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。
设计具体电路如图5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。
74192的预置数控制端实现预置数，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，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
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DPY_7-SEG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。
5.3定时电路原理图
图840秒的定时电路
6在安装与调试过程中发现的问题和所做的改进
第一次接触面包板，根本就不知道从何下手。
于是，在刚拿到这些元器件的时候，我就认真的在网上搜索关于面包板的使用和功能。
了解到了面包板插座板中央有一凹槽，凹槽两边各由65列小孔，每一列的五个小孔在电气上相互连通。
集成电路的引脚就分别插在凹槽两边的小孔上。
插座上、下边各一排（即X和Y排）在电气上是分段相连的55个小孔，分别作为电源与地线插孔用。
在剥离导线绝缘皮的过程中经常用力过猛把导线剪断，元器件的引脚也因为剪得太短不能插稳。
布线是最复杂的过程，稍稍不注意就会造成短路。
有时需要多次调整集成电路的位置。
多次使用过的集成电路的引脚，引脚会弯曲，不能插进去。
必须修理整齐，所有的引脚应稍向外偏，这样能使引角与插孔可靠接触。
首先在布线的时候，特别的乱。
根本就无法分清引脚之间的联系，于是，我根据电路图重新确定元器件在面包板上的排列方式，使走线更加方便。
在调整与检查的过程中也更加清晰了。
参考文献：
[1]康华光.《电子技术基础数字部分》.北京.高等教育出版社.2000年6月版.150页至183页
[2]李海.《74系列芯片手册》.重庆.重庆大学出版社.1999年9月版.98页至126页
[3]谢自美.《电子线路设计.实验.测试》.武昌.华中科技大学出版社.2002年7月版.266页至342页
附录
所用元器件清单列表
序号
编号
名称
数量
说明
1
74LS192
十进制可逆计数器
2片
工作电压5V
2
NE555
单稳态触发器
2片
工作电压5V
3
74LS48
七路显示译码器
3片
工作电压5V
4
74LS148
优先编码器
1片
工作电压5V
5
74LS279
触发器
1片
工作电压5V
6
74LS121
非重触发单稳态触发器
1片
工作电压5V
7
7400
与非门
1片
工作电压5V
8
7408
与门
1片
工作电压5V
9
7404
反向器
1片
工作电压5V
10
9013
三极管
1个
11
R3、R4
510
电阻
3只
12
R2
68kΩ电阻
2只
13
R1
15kΩ电阻
2只
14
R6
100kΩ电阻
1只
15
R5
1kΩ电阻
2只
16
R7
10kΩ电阻
10只
17
C1
0.1uF
2只
18
C
10uF
1只
19
C2
100uF
1只
20
Speaker
蜂鸣器
2只
8Ω，6V
21
SW
弹片开关
9只
22
单刀双置开关
9只
23
LED
发光二极管
2只
24
DPY_7-SEG
共阴极七段数码显示管
3片
图9整机电路图
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