智能抢答器课程设计.docx
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智能抢答器课程设计
江苏师范大学科文学院
本科生课程设计
课程名称：
电子线路课程实训
题目：
数字智力竞赛抢答器的设计
专业班级：
12电信2
学生姓名：
赵婷婷
学生学号：
128326242
日期：
2014年6月19日
指导教师：
魏明生
科文学院教务部印制
说明：
1、报告中的第一、二、三项由学生在课程设计开始前填写，由指导教师指导并确认签字。
2、学生成绩由指导教师根据学生的设计情况给出各项分值及总评成绩，并填写成绩评定表。
3、所有学生必须参加课程设计的答辩环节，凡不参加答辩者，其成绩一律按不及格处理。
答辩小组成员应由2人及以上教师组成。
答辩后学生根据答辩情况填写答辩记录表。
4、报告正文字数一般应不少于3000字，也可由指导教师根据本门课程设计的情况另行规定。
5、平时表现成绩低于6分的学生，取消答辩资格，其该课程设计成绩按不及格处理。
6、课程设计完成后，由指导教师根据完成情况写出总结。
7、此表格式为徐州师范大学物理与电子工程学院提供的基本格式，指导教师可根据本门课程设计的特点及内容做适当的调整。
一、课程设计目的、任务和内容要求：
进入21世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中，例如企业、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。
过去在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。
人们于是开始寻求一种能不依人的主观意愿来判断的设备来规范比赛。
因此，为了克服这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答器，从最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号的抢答器，再到现在的数显抢答器，其功能在一天的趋于完善不但可以用来倒计时抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确地仪器使得我们的竞赛变得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原则。
今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了耗费很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，避免不合理的现象发生。
但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求无法实现，例如参赛人数的增加。
随着数字电路的发展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样话，是一种高效能的产品。
而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行设计，本次设计主要利用常见的74LS系列集成电路芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。
在此次课程设计中要求如下：
1、自制5V稳压电源
2、设计一个竞赛抢答器。
可同时供8名选手或8个代表队参赛，他们的选号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号对应分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。
3、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。
4、抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动抢答按钮，锁存相应的选手编号，并保持优先抢答选手的编号直到主持人将系统清零为止。
二、进度安排：
第1-3天：
查找资料，方案论证，熟悉8路数字抢答器的设计原理，给出设计总体方案；
第4-6天：
各模块的详细设计，分析电路，对元器件进行选型；
第7-12天：
硬件连线，调试；
第13-14天：
完成课程设计报告。
三、主要参考文献：
1．《开关稳压电源原理及设计》王水平等编著
2．齐向东，多功能数字显示抢答器[J]，黄石高等专科学院学报，1996
3．阎石，数字电子技术基础（第五版），高等教育出版社，2006
指导教师签字：
年月日
目录
摘要……………………………………………………………………………………….2
Abstract…………………………………………………………………………………....2
1课题背景（或绪论、概述）…………………….………………………………………3
1.1背景、目的、意义及问题和要求………………………………………………….…3
1.2主要功能………………..………………………………..………………………….…3
1.3整体概述……………………………………………………………………………….3
2设计方案简述…………………………………………………..……..………………4
2.1电路设计框图……………………………………………..…………………………...4
2.2设计方案所用材料…….………………………………..…………………………..…4
2.3参考电路………………………………………………..………………………………5
3详细设计……………………………………………………………..………………….6
3.15V稳压直流电源……………………………………..………………………….……6
3.1.1稳压电源电路图………………………..…………...……………………….……6
3.1.2稳压电源原理..………………………..…………...……………………….……6
3.2数码管……………………………………………………..……………………….….6
3.3所用到的74系列芯片介绍……………………………..……………………….…..7
3.3.174LS48芯片…………………………………………..……………………….….7
3.3.274LS279芯片………………………………………..……………………..….….8
3.3.374LS148芯片………………………………………..……………………..….….8
3.3.4电路原理………………………………………..……………………..….….9
4设计结果及分析………………………………………………..…….……………….10
4.1设计总电路图………………………………….………………………………..…….10
4.2焊接….…………………………………………………..………………………….…11
4.3调试中出现的问题及解决方法…….…………………………..………………….…11
5总结……..…………………………………………………..…………………………..12
参考文献…….………………..………………………………..…………………………..13
摘要
抢答器作为一种工具，已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。
本文介绍了数码显示八路抢答器电路的组成、设计及功能，电路采用74系列常用集成电路进行设计。
该抢答器主要运用到了优先编码器，译码器和锁存器：
它采用74LS148来实现抢答器的选号，采用74LS279芯片实现对号码的锁存，采用74LS48来实现数码管的译码。
通过课程设计提高和巩固了所学的专业知识，以及知识的综合应用和焊接技术。
关键词:
抢答器；编码；译码；锁存。
Abstract
Responderisatoolthathasbeenwidelyusedinvariousintelligenceandknowledgecompetitionsoccasions.Thispaperintroducestheintegratedcircuitdesignofthedigitaldisplayiscommonlyusedwith74serieseight-wayrespondercircuitcomposition,functionanddesignideas.
TheRespondermainlyappliedtotheencoder,decoderandlatches:
Ituses74LS148toachieveResponderPick,using74LS279chiponthenumberoflatches,using74LS48toachievedigitaldecoding.Improvedthroughcurriculumdesignandtheconsolidationoftheexpertiseandknowledgeofintegratedapplicationsandweldingtechnology.
Keywords:
Responder;coding;decoding;latch
1绪论
1.1背景、目的、意义及问题和要求
抢答器作为一种应用非常广泛的电子产品，在各种智力和知识竞赛场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。
但目前所使用的抢答器有的电路较复杂不便于制作，可靠性低，实现起来很困难；有的则用一些专用的集成块，而专用集成块的购买又很困难。
为了适应高校等多代表队单位活动的需要而设计一个多功能抢答器这种抢答器具有电路简单，元件普通，易于购买等优点，很好的解决了制作者制作困难和难于购买的问题。
通过八路数字抢答器的设计实验，要求学生回顾所学数字电子技术的基础理论和基础实验，掌握组合电路、时序电路和任意集成电路的综合使用及设计方法，熟悉掌握编码器、触发器、锁存器的应用方法，熟悉掌握时序电路的设计方法。
达到数字电路课程大纲所要求掌握的基本内容。
1.2主要功能
抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7表示。
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。
抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动抢答按钮，锁存相应的选手编号，LED红灯亮，并保持优先抢答选手的编号直到主持人将系统清零为止。
1.3整体概述
数字抢答器由主体电路与扩张电路组成。
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的开关组成主体电路。
经过布线，焊接，调试等工作后数字抢答器成型。
抢答器的电流输入为5V直流输入。
答器通上电后，按下复位按钮后进入正常工作状态,若有人抢答,数码管显示抢答号，在这个按键之后按下的按键除了复位键外，其他按键均无效，只有主持人按下复位键后，可以进入下一轮抢答。
2设计方案简述
2.1电路设计框图：
图2.1整体电路框图
2.2设计方案所用材料：
本设计采用了74LS48,74LS279,74LS148芯片来完成课题，还需要共阴极数码管，自锁开关，电阻，LED小灯等元器件。
此次设计的电路符合设计本身的要求，能够很好的完成课题所布置的任务。
2.3参考电路：
图2.3总电路图
3详细设计
3.15V稳压直流电源
3.1.1稳压电源电路图
图3.1.1稳压电源电路图
3.1.2稳压电源原理
用变压器进行交流降压，然后经过桥式整流器整成脉动直流，并用电容C1平滑滤波后送到7805三端稳压器稳成5V输出，得到直流输出。
3.2数码管
我们的数码管型号为LG5011AH，为共阴数码管。
图3.2.1数码管型号图
图3.2.2数码管
3.3所用到的74系列芯片介绍
3.3.174LS48芯片
该芯片为有内部上拉电阻的BCD－七段译码器/驱动器输出端（Ya－Yg）为高电平有效，可驱动灯缓冲器或共阴极LED。
引脚图
图3.3.174LS48芯片引脚图
功能表
表3.3.174LS48芯片真值表
3.3.274LS279芯片
该芯片为四个/R-/S锁存器
当S为低电平、R为高电平时，输出端（Q）为高电平。
当S为高电平、R为低电平时,Q为低电平。
当S和R均为高电平时，Q被锁在已建立的电平。
当S和R均为低电平时，Q为稳定的高电平状态。
引脚图：
图3.3.274LS279芯片引脚图
3.3.374LS148芯片
该芯片为8线－3线优先编码器
引脚图：
图3.3.374LS148芯片引脚图
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
表3.3.374LS148芯片真值表
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。
3.3.4电路原理
其工作原理是：
当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q～1Q）全部为低电平。
于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74148的选通输入端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。
当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7…IO输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。
此外，CTR=1，使74148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁其它按键的输入。
当按下的键松开后，74148的为Y高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输人信号不会被接收。
这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。
当优先抢答者回答问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。
4设计结果及分析
4.1设计总电路图
图4.1电路仿真图
4.2焊接
通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：
各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。
同时在电路板上要预先确定电源的正负端，便于区分及焊接。
正确焊接各芯片个管脚连接必须查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。
在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路。
4.3调试中出现的问题及解决方法
（1）显示电路不稳定问题
在完成电路的焊接进入调试阶段时发现抢答器数码管显示选手编号不稳定。
主要表现在单选手按下抢答键后数码管显示的不是选手当前号码。
因此着手对电路进食检查，首先检查数码管看是否是关节焊接错误，后又检查电路各个芯片管脚接错均未发现问题，最后发现当触动某按键连线时显示正常由此判断可能是因为出现了虚焊，遂将电路各焊点又仔细焊接了一遍，此时电路显示正常。
（2）控制开关无法控制电路
在调试是发现当按下主持人开关时电路断电，当松开后数码管显示始终为7，经过一个多小时对电路用万用表逐个检查，发现是开关触焊接错误，通过改正焊接后电路能正常工作。
5总结
本次电子课程设计将理论与实践有机地结合，既考查了我们对理论知识的掌握程度，由反映了实际动手能力，更主要的是考查了我们对知识的综合运用以及创新设计思维能力，为今后的发展提供了一次良好的学习环境。
针对课设题目八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证试验方案的可实行性，虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。
同时也使自己认识到：
1、设计思路是整个设计的灵魂
拿下每个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的。
只有对课题的充分理解，对各种器件的熟练掌握，勾画出基本的设计图是成功的关键，，必须多花时间在设计上才能为后续工作提供更扎实的基础。
翻阅各种资料，上网查询填补所需知识的空白是必要的。
2、焊接制作必须精益求精
焊接必须精益求精，一丝不苟，一点的差错都可能导致实验结果错误，因此必须准确无误还要工整，这样才能在调试中能比较轻松进行，也是整个电路更美观。
3、调试
调试工作是个精细工作。
在调试过程中，有些问题是芯片本身损坏引起的，也有些是因为焊接问题引起的等因此排查过程需要特别有耐心，通过对芯片功能的检验，对焊点的检查最后检查出问题所在。
当最后解决问题时，电路的正确是非常振奋，也很有成就感和满足感。
4、建议
设计的作品主要是用74系列集成芯片来完成的，在焊接的过程中由于芯片的引脚过多，布线工作不是很方便。
有时候还因为某一跟线没有焊牢，造成电路的不稳定，这些都是有待改进的。
还要多加练习焊接，可是电路板更加准确美观。
5、不足
实验效率低，焊接水平不足导致电路稳定性不高，布线比较混乱；基础知识不稳固，对错误的地方不会排错，这都是要改进的地方。
总之，在设计过程中学到了许多。
作为现代的大学生，如果仅停留在以往的层次上，是远远跟不上时代的步伐，也无法使自己立足在竞争如此激烈的社会里，通过完成此次课程设计，看到了自己的水平和差距，学要在今后的学习中又进一步的提高。
参考文献
[1]赵宝经等.《中国集成电路大全TTL集成电路分册》[M].北京：
国防出版社，1985.429-450,639-640,649-651.
[2]王文峰，《数码管显示六路抢答器的设计》[J].井冈山师范学院学报，2000，（05）.20-21
[3]刘海燕.《数字电路制作与调试》[M].电子工业出版社，2008.05,01-04
[4]陈大钦，《电子技术基础实验》[M]，湖北：
机械工业出版社，2001,55-57
答辩记录表
学生姓名：
学号：
班级：
答辩地点：
答辩内容记录：
成绩评定表
学生姓名：
学号：
班级：
类别
合计
分值
各项分值
评分标准
实际得分
合计得分
备注
平时
完成情况
30
10
按时参加课程设计，无旷课、迟到、早退、违反实验室纪律等情况。
10
设计方案规范合理，设计目标明确，符合专业培养要求，时间安排得当，技术路线可靠。
10
按设计任务书的要求完成了全部任务，能完整演示其设计内容，符合要求。
报告完成情况
30
10
报告文字通顺，内容翔实，论述充分、完整，立论正确，结构严谨合理，报告整体格式规范。
10
设计方案合理、可行，论证严谨，逻辑性强；符号统一；图表完备、符合规范要求。
10
能对整个设计过程进行全面的总结，得出有价值的结论或结果；参考文献数量在3篇以上，格式符合要求，在正文中正确引用。
答辩情况
40
20
在规定时间内能就所设计的内容进行阐述，言简意明，重点突出，论点正确，条理清晰。
答辩组长：
20
在规定时间内能准确、完整、流利地回答教师所提出的问题。
总评成绩：
分
指导教师：
（签字）
日期：
年月日
课程设计总结
成绩分析表
班级
11电信1
分数分布
90分以上
89-80
79-70
69-60
60分以下
学生数
百分比
最高分
最低分
平均分
（以下为总结内容）
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