数电课程设计八路抢答器.docx
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数电课程设计八路抢答器
数电课程设计八路抢答器
《数字电子技术基础》
——课程设计
项目__八路抢答器__
专业__
年级班别__
姓名学号1
姓名学号2
姓名学号3
指导教师
一、设计目的
1、巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力。
2、培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力。
3、通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法。
4、学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高学生动手能力和进行数字电子电路实验的基本技能。
二、其技术要求
2.1基本功能如下：
1 设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队去参加比赛，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（编号显示数码管灯灭）和抢答的开始。
3 抢答器具有数据锁存和显示的功能。
抢答开始后，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，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。
优先抢答选手的编号一致保持到主持人将系统清零为止。
2.2拓展功能如下：
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（如30s）。
当节目主持人启动“开始”开关后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5s左右。
2）参赛选手在设定的时间内抢答，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）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。
三、设计总体思路
3.1抢答器的组成框图
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，当选手按动抢答键时，能显示选后的编号，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、
图
（1）所示的定时抢答器的工作过程是，接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间；当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，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，避免其他选手再次进行抢答。
4．控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，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，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。
图
（1）定时抢答器总体框图
3.2具体电路
①抢答电路
抢答电路的功能有两个：
一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。
选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图
（2）所示。
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
端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平，于是74LS48的
=0，显示灯灭。
74LS148的选通输入端
=0,74LS148处于工作状态，此时锁存电路不公作。
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
……
的输入信号，当有选手将键按下时（如按下S3），74LS148的输出
=010，
=0，经RS锁存器侯，CTR=1，
=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74LS148的
端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入。
当按下的键松开后，74LS148的
为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接受。
这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。
当优先抢答者回答完问题后，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。
图
（2）抢答电路
②定时电路
节目主持人根据抢答器的难易程度，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，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秒脉冲电路提供。
具体电路如图（3）所示，
图（3）可预置时间的定时电路
3报警电路
由555定时器和三极管构成的报警电路如图（4）所示。
其中555构成多谐振荡器震荡频率
其输出信号经三极管推动扬声器。
PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作。
反之，电路停振。
图（4）报警电路
4时序控制电路
时序控制电路时抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：
●主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
●当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。
●当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。
根据上面的功能要求以及图
（2）和图（3），设计的时序控制电路如图（5）所示。
图中，门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输入使能端
。
图（5）A的工作原理是，主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自于图
（2）中的74LS279的输出CTR=0，经G2反相，A=1，则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的
时钟输入端，定时电路进行递减计时。
同时，在定时时间未到时，来自于图（3）中74LS192的借位输出端
=1，门G2的输出
=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现第一个功能的要求。
当选手在定时时间内按动抢答键时，CTR=1，经G3反相，A=0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出
=1,74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。
同时，门G1处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现第三个功能的要求。
74LS121用于控制报警电路及发声的时间。
A抢答与定时电路的时序控制电路B报警电路的时序控制电路
图（5）时序控制电路
5整机电路
定时抢答器的主体逻辑电路如图（6）所示。
图（6）定时抢答器的主体逻辑电路
四、元件选择
序号
元件名称
型号
数量
1
六门反相器
SN74HC04N
1
2
双4输入与门
HD74LS21P
1
3
4线—七段译码器
HD74LS48P
3
4
8线—3线优先编码器
SN74HC148N
1
5
十进制计数器
CD74HC192E
2
6
RS触发器
SN74LS279AN
1
7
555定时器
NE555P
2
8
单稳态触发器
DM74121N
1
9
陶瓷电容
0.1μF
2
10
电解电容
10μF
1
11
电解电容
100μF
1
12
电阻
1KΩ
1
13
电阻
15KΩ
2
14
电阻
68KΩ
2
15
电阻
510Ω
4
五、心得体会
数电的课程结束后，接下来的是课程设计，刚开始时，对项目的选取举棋不定。
因为刚刚接触数电时，学的是逻辑、学的是芯片，74、74、74……听到最多的，但很陌生，所以很纠结项目的选定，经小组讨论决定，选最接近娱乐生活用的八路抢答器。
选定项目后，就开始去摸索所学的74系列各芯片的相关设置与功能。
在前几次课程实验后，对相关芯片有所了解，所以就可以很快得开展电路设计、仿真、调试……整整用了两天。
由于对电路有所把握，所以在实验室搭建电路验收很顺利。
这次实践的机会让我们认识到实践是检验真理的唯一标准，在实际中遇到突发的情况也能随机应变，即时想出对策，而且能运用周围的现有的材料改变本来的电路，但不改变原理。
虽然整个过程艰苦，但这次的动手机会让我获益良多，从实践能力和意志品质方面都有了进一步的提高。
确实，学电子类的靠技术吃饭，要多动脑，多动手实践才能真正去把握，仅仅学理论是行不通的，接下来，我们会在学好各专业知识外，加强动手实操，培养自己与电子的相关技术。
非常感谢老师的耐心授课与指导，给予我们这么好的锻炼机会。
谢谢老师。
附录：
参考文献
[1]阎石.《数字电子技术基础》.高等教育出版社
[2]童诗白.《模拟电子技术基础》.高等教育出版社
[3]魏晓慧.《电子工艺技能实训》.科学出版社
[4].穆秀春.《从Protel到AltiumDesigner》.电子工业出版社
[5].藤井信生（日）薛培鼎（译）.《电子实用手册》.机械工业出版社
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