七路智能抢答器.docx
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七路智能抢答器
西安航空职业技术学院
电子技术实践课程设计报告
课设题目：
七路智力抢答器
所属系部：
电子工程系
指导老师：
作者：
专业：
电子信息工程技术
西安航空职业技术学院
课程设计任务书
题目：
七路智能抢答器
任务与要求：
1.抢答器同时供7名选手或7个代表队比赛，分别用7个按钮S0~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，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行计时。
5.参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。
6.如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统通过一个指示灯报警并禁止抢答，定时显示器上显示0。
时间：
2010年11月29日至2010年12月10日共2周
所属系部：
电子工程系
指导单位或教研室：
电子信息教研室
摘要：
采用现代数字电路设计方法和EDA技术，即自顶向下的设计方法，应用protues开发平台进行设计并仿真验证和硬件测试。
从总体设计框图开始，将设计任务逐步分解，直到可以用标准的集成电路部件实现，然后将各部件联结成系统，通过protues集成开发平台进行设计的分析综合和时序仿真验证。
最后，在分析时序仿真结果的基础上，对设计进行进一步的修改和完善，已达到对设计电路正确运行且学会运用protues电路设计与仿真的目的。
关键词：
555定时器；LED；暂停计时
目录
1设计任务目的及要求-1-
1.1设计目的-1-
1.2设计要求-1-
2工作原理及设计方案-3-
2.1原理框图-3-
2.2设计思路-4-
2.3设计流程图-5-
2.4设计方案-5-
3单元电路设计与实现-7-
3.1编码单元-7-
3.2锁存单元-8-
3.3设定抢答时间单元-9-
3.4译码单元-10-
4实验结果-12-
5硬件设计-13-
6元器件清单-14-
结束语-15-
参考文献-16-
任务分配清单-17-
1设计任务目的及要求
1.1设计目的
通过课程设计，对数字逻辑的基本内容有进一步的了解，特别是时序逻辑电路的设计。
能把上学期学到的数字逻辑理论知识进行实践操作，在提高动手能力的同时对常用的集成芯片有一定的了解，在电路设计方面有感性的认识。
而且在进行电路设计的时候遇到问题，通过独立的思考有利于提高解决问题的能力。
在经过课程设计后，更明白数字逻辑电路设计的一般方法，以及在遇到困难怎么排除问题。
1.2设计要求
我们选择的课程任务是设计一个7位数字抢答器。
设计要求包括：
（1）抢答器同时供7名选手或7个代表队比赛，分别用7个按钮S0~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，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
（4）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行计时。
（5）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。
（6）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统通过一个指示灯报警并禁止抢答，定时显示器上显示0。
2工作原理及设计方案
抢答器是为竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，竞赛者可以分为若干组，抢答时各组对主持人提出的问题要在最短的时间内做出判断，并按下抢答按键回答问题。
当第一个人按下按键后，则在显示器上显示该组的号码，同时电路将其他各组按键封锁，使其不起作用。
回答完问题后，由主持人将所有按键恢复，重新开始下一轮抢答。
抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行计时。
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，系统通过一个指示灯报警并禁止抢答，定时显示器上显示0。
因此要完成抢答器的逻辑功能，该电路至少应包括输入开关、数字显示、判别组控制以及组号锁存等部分。
2.1原理框图
原理图如图2-1所示
图2-1原理框图
2.2设计思路
（1）抢答器供7名选手比赛，分别用7个按钮S0~S6表示。
这个功能只需要通过管脚分配把按钮分配到实验版上的拨动开SW0到SW6关，让每个选手拨动开关后产生相应的信号就可以了。
不同的选手拨动按钮发出信号通过74LS148编码器进行编码，编码后输出信号进行下一步的译码和锁存。
（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。
在这里首先通过管脚分配把开关S分配到相应一个拨动开关。
该开关联系到一个相应的线路，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
74LS373具有锁存功能，可以在一个选手按下按钮后进行锁存，锁存相应的编号，其他的选手不能再抢答。
（3）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如,9秒）。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行加计时。
74LS161具有计数功能，通过使用74LS161可以对设定的时间进行自加。
只需要给定74LS161秒脉冲就可以。
同时74LS161结合74LS47可以对所设定的抢答选手抢答的编号显示出来。
（4）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，并保持到主持人将系统清除为止。
选手进行抢答，通过编码器，锁存器，译码器，显示出来。
当某个选手抢答有效，通过74LS148编码器的GSN端口连接到控制清零端的与非门就可以进行禁止其他选手的抢答，同时把该选手的号码显示在数码管上。
（5）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，计数器自动归零。
直到主持人按下复位开关时，进行下一轮抢答。
2.3设计流程图
图2-2流程图
2.4设计方案
整体的电路可以分为两部分，一个是抢答电路，第二部分是定时电路。
（1）抢答的部分：
抢答器供7名选手比赛，分别用7个按钮S0~S6表示。
通过管脚分配把按钮分配到实验版上的拨动开SW0到SW6关，让每个选手拨动开关后产生相应的信号。
不同的选手拨动按钮发出信号通过74LS148编码器进行编码，编码后输出信号进行下一步的译码和锁存。
设置一个系统清除和抢答控制开关S，开关由主持人控制。
通过管脚分配把开关S分配到相应一个拨动开关。
该开关联系到一个相应的线路，这个线路通过与非门连接其他信号，从而达到清零的功能。
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，并在优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
74LS373具有锁存功能，可以在一个选手按下按钮后进行锁存，其他的选手不能在在有选手抢答后再进行抢答。
（2）定时抢答功能：
一次抢答的时间由主持人设定（如,9秒）。
当主持人启动"开始"键后，定时器进行计时。
74LS161具有计数功能，通过使用74LS161可以对设定的时间进行自加。
74LS161进行工作的时候需要给定秒脉冲。
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，并保持到主持人将系统清除为止。
选手进行抢答，通过锁存器，编码器，译码器，显示出来。
当某个选手抢答有效，通过74LS148编码器的GSN端口连接到控制清零端的与非门就可以进行禁止其他选手的抢答，同时把该选手的号码显示在数码管上。
若定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统自动清零，定时显示器上显示0。
具体电路图如图2-3所示
图2-3原理图
3单元电路设计与实现
整个电路分为编码单元，锁存单元，设定抢答时间单元，和译码单元四个部分。
3.1编码单元
在选手按动按钮后，发出相应的信号。
使用74LS148对信号进行编码，优先判决器是由74LS148集成优先编码器等组成。
该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端，输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。
其功能表如表5.24.1所示。
从功能表中可以看出当EI＝“0”时，编码器工作，而当EI＝“1”时，则不论8个输入端为何种状态，输出端均为“1”，且GS端和EO端为“1”，编码器处于非工作状态,这种情况被称为输入低电平有效。
其功能如表3-1所示
表3-1优先编码器74LS148功能表
输入
输出
EII0I1I2I3I4I5I6I7
A2A1A0GSEO
1××××××××
11111
011111111
11110
0×××××××0
00001
0××××××01
00101
0×××××011
01001
0××××0111
01101
0×××01111
10001
0××011111
10101
0×0111111
11001
001111111
11101
（表中×代表任意状态）
由74LS148集成优先编码器组成的优先判决器如图所示，当抢答开关S1—S6中的一个按下时，编码器输出相应按键对应的二进制代码，低电平有效。
编码器输出AO～A2、工作状态标志GS作为锁存器电路的输入信号，而输入使能端EI端应和锁存器电路的Q0端相联接，目的是为了在EI端为“1”时锁定编码器的输入电路，使其它输入开关不起作用。
具体实现电路如图3-1所示
图3-1编码单元
3.2锁存单元
74LS373功能表：
EGDQ
LHHH
LHLL
LLXQ
上表是74LS373的真值表，表中：
L——低电平；
H——高电平；
X——不定态；
Q0——建立稳态前Q的电平；
G——输入端，与8031ALE连高电平：
畅通无阻低电平：
关门锁存。
OE——使能端，接地。
当G=“1”时，74LS373输出端1Q—8Q与输入端1D—8D相同；
当G为下降沿时，将输入数据锁存。
那么按照实验的要求，编码器的输入就只有三个，因此只用到Q1到Q3，而Q4接上74LS148的GSN，再和74LS373的输出D4通过与非门连接起来，输到74LS373的G端口。
从而达到锁存的目的。
具体电路如图3-2所示
图3-2锁存单元
3.3设定抢答时间单元
本实验采用74LS161进行计数，它具有同步置数控制端，和异步清零控制端，工作模式控制端，时钟输入端，进位输入端，并行数据输入端D0~D3，计数输入端Q0~Q3。
个控制端的优先级是MR最高，LOAD其次，ENP,ENT最低。
74LS161的功能表如下
用与非门连接芯片，制成如下图所示的电路图，安装好9秒计数器。
其功能如表3-2所示
表3-274LS161功能图
输入
输出
CR
LD
CTP
CTT
CP
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
CO
0
X
X
X
X
X
X
X
X
0
0
0
0
0
1
0
X
X
↑
D3
D2
D1
D0
D3
D2
D1
D0
1
1
1
1
↑
X
X
X
X
二进制数
1
1
0
X
X
X
X
X
X
保持
1
1
X
0
X
X
X
X
X
保持
0
注：
表中”X”代表任意数值
抢答单元用74LS161设置的九进制计数器，电路原理图，如图3-3所示
图3-3抢答时间单元
3.4译码单元
七段显示译码器74LS48是一种与共阴极显示译码器配合使用的集成译码器，它的功能是将输入的4位二进制代码转换成显示器所需要的七个段信号，其逻辑功能如下表所示
表3-374LS48功能图
功能
输入
LTRBIA3A2A1A0
输入／出
输出
Abcdefg
0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
1
1
＊
0
0
0
1
1
0
1
1
0
0
0
0
2
1
＊
0
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
3
1
＊
0
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
1
4
1
＊
0
1
0
0
1
0
1
1
0
0
1
1
5
1
＊
0
1
0
1
1
1
0
1
1
0
1
1
6
1
＊
0
1
1
0
1
0
0
1
1
1
1
1
7
1
＊
0
1
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
8
1
＊
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
1
9
1
＊
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
1
10
1
＊
1
0
1
0
1
0
0
0
1
1
0
1
11
1
＊
1
0
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
12
1
＊
1
1
0
0
1
0
1
0
0
0
1
1
13
1
＊
1
1
0
1
1
1
0
0
1
0
1
1
14
1
＊
1
1
1
0
1
0
0
0
1
1
1
1
15
1
＊
1
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
灭灯
＊
＊
＊
＊
＊
＊
0
0
0
0
0
0
0
0
灭零
1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
试灯
0
＊
＊
＊
＊
＊
1
1
1
1
1
1
1
1
译码器74LS47配合显示器显示计数和选手编号，具体如图所示
图3-4译码单元
4实验结果
按照设计时的思路，把电路图连接好。
经过改错，编译，分配管脚，然后就可以看到实验结果。
我们的管脚分配为：
SW0到SW6为选手的编号，分别为1到7。
主持人复位开关为设定抢答时间的置位端和开始键。
选手复位开关为选手显示器清零端。
实验结果为：
主持人先按下置位端，就可以设定抢答时间（9秒）。
然后主持人就可以按下开关让选手抢答，这时候抢答时间开始自加，在这个时间内，如果有选手抢答，数码管上会显示相应的选手号；如果有其他的选手也按下了抢答按钮，显示器不会显示。
如果在抢答时间内没有人抢答，显示抢答时间的数码管就会显示0，而且有报警灯闪。
当主持人要进行下一轮的抢答，可以拨动开关主持人开关作为清零，重新开始抢答。
综上所述，实验结果符合实验任务的要求。
5硬件设计
根据在protuse软件的成功访真，七路智能抢答器的各个功能已经实现，为了使我们的结论得到进一步论证，我们进行了硬件搭接实验，在这次实验中我们更熟悉掌握了电路连接，也使我们学到了在连线过程中应注意些什么，为我们下一步的焊接打下了良好的基础。
在此实验过程中也遇到大大小小的问题：
1）由于电路图比较复杂，线路烦多，有一片子电源忘接；2）有的连接线路接口过松不小心被撞开。
正是由于一些粗心的问题而使实验未能一次性成功，但在组员们的认真检查下把所有的问题找出来了，使实验成功完成。
我们详细记下了在实验过程中遇到的问题以此提醒自己以后不要在犯同样的错误。
6元器件清单
序号
名称
型号及规格
数量
1
编码器
74LS148
1
2
锁存器
74LS373
1
3
译码器
74LS48
2
4
计数器
74LS161
1
5
多谢振荡器
555
1
6
触发器
74LS74
2
8
非门
74LS04
4
9
四输入二与非门
74LS20
2
10
二输入四与非门
74LS00
1
11
电容
10uf
2
12
电阻
10K
10
13
电阻
1K
1
14
电阻
71K
1
15
开关
9
结束语
1、对本课程的学习体会。
通过本次实训，使我们学到了好多东西。
例如：
对课本知识的进一步掌握；把理论知识应用到实际需要中；一个队的团结力量等。
实训不仅可以培养我们的设计能力，还使我们在设计中得到了创新，这样又培养了我们的创新能力。
我们五个人齐心合力，在规定的时间内完成了课设的要求，值得高兴的是我们的创新很成功，也很实用。
但在我们设计过程中也遇到了不少困难，如：
对书中某些知识还没掌握清楚；由于条件原因我们设计的几次电路所需要的特殊元器件都没有找到，这也使我们不得不一次又一次的更换电路。
最终我们还是克服了种种困难，完成了本次课设。
2、学习本课程后，希望增加哪些内容。
希望老师能给我们讲解更多的电路知识，对各种片子的功能做更广泛的讲解不要只讲它的少部分功能，在平时的课堂练习中对片子的功能测试应多样化不该只测试单一的片子管脚接法。
在课堂上更多的涉及当今社会中的知识。
3、对代课老师的教学有何评价，并提出教学建议。
评价：
在平时的课堂上马老师给了我们一堂又一堂的精彩讲解，不仅教给了我们许多书本上的知识，同时也教会了我们如何做人做事，在我们枯燥无味的学习生活中增添了不少乐趣。
马老师的耐心也令人感动，一次不会讲两次，两次不会讲三次，从没有厌烦的表情。
同学们眼中的马老师就像我们的大姐姐一样，遇到困难她总是愿意帮我们解决，不论是学习上的还是其他方面的，她总是说老师就是排除学生成才路上绊脚石的工具，我们都笑着说你是有灵魂的工具。
教学建议：
建议老师不要太过相信我们的能力，毕竟我们都是刚接触这些实物性的东西，有很多问题都不太了解，希望老师应多指导一下课设类的题目，避免我们陷入一筹莫展的窘态，另外课设的元器件缺得很多，在很大程度上影响了我们的进程，希望在这方面能有所改进。
参考文献
[1]陈永浦.数字电路基础及快速识图[M].人民邮电出版社,2006:
275-277.
[2]侯建军.数字电路实验一体化教程[M].北京清华大学出版社,2005:
77
[3]范文兵.数字电子技术基础[M].北京清华大学出版社,2008:
任务分配清单
学号
姓名
任务
09202219
焊接电路、仿真电路、调试电路
09202208
焊接电路、仿真电路、调试电路
09202220
Word文档设计，仿真电路、协助焊接电路、电路测试
09202206
PPT文档设计、仿真电路、协助焊接、检测元器件
09202214
PPT文档设计、仿真电路、元器件选择
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