八路智能抢答器的设计.docx
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八路智能抢答器的设计
课程设计任务书
姓名：
XXX、XX专业班级：
通信0903
指导老师：
XX工作单位：
湖南XXXX
题目：
多路智能抢答器的设计
一完成的任务与要求
用中、小规模集成电路设计一台能抢答和报警的智能抢答器，要求如下：
1可同时提供8名选手进行抢答；
2通过主持人开关，控制系统的清零和抢答的开始；
3通过定时电路设定有效抢答时间（30s），主持人启动抢答开关后，定时电路开始倒计时；
4如果有人抢答，则编号被锁存，并在LED数码管上显示，同时扬声器报警，封锁输入电路，其他选手不能抢答；
5如果没人抢答，则有效时间过后。
系统自动报警，且封闭输入电路，选手抢答无效。
二时间安排：
时间：
第1-12周理论设计，软件仿真，第15-18周实验室焊接、安装调试。
地点：
理工楼E604实验室
学生签名：
年月日
指导教师签名：
年月日
多路智能抢答器的设计
摘要…………………………………………………………………………3
Abstract……………………………………………………………………4
1系统原理框图……………………………………………………………6
2方案的设计与论证………………………………………………………6
2.1时钟脉冲产生电路…………………………………………………6
2.2抢答电路……………………………………………………………
2.3定时电路……………………………………………………………
3单元电路的设计
3.1时钟脉冲产生电路的设计…………………………………………
3.2计数电路的设计……………………………………………………
3.3抢答电路的设计……………………………………………………
3.4定时电路的设计……………………………………………………
3.5报警电路的设计……………………………………………………
3.6电路总图……………………………………………………………
4仿真结果及分析
5心得体会
6参考文献
附录1原件清单
附录2系统原理图
摘要
多路智能抢答器一种以数字电路技术来实现多人抢答的装置，具有操作简单、性化、能化且公平性高的优点，在很多竞答比赛中都有用到。
本文的设计与实现是以中小规模集成电路设计多路智能抢答器的方法，它主要与数字电路挂钩，囊括了数字电路的两大电路（组合逻辑电路和时序电路）。
它是由抢答电路、定时电路、报警电路、时钟脉冲产生电路及电源电路组成。
时钟脉冲采用的以555定时器构成的多谐振荡电路产生、定时电路是以74LS192为主要芯片构成的……通过EDA软件Multisim10绘制了电子电路仿真原理图，并进行仿真，同时用万能板焊接制作了硬件实现电路。
从软件仿真验、了原理设计的正确，通过硬件制作实物电路能够同时供8人抢答，并且能够准确的显示编码和及时报警，达到了设计的要求。
Abstract
Multipleintelligencecontestisakindofdigitalcircuittechnologytorealizepeopleviesdevice,ischaracterizedbysimpleoperation,gender,canchangeandfairness,theadvantageofhighinmanyisusefultocorrectgame.
Thispaperbasedonthedesignandimplementationofmediumscaleintegratedcircuitdesignformultipleintelligencecontest,itmainlymethodwithdigitalcircuit,includethedigitalcircuitlinkedthetwobigcircuits（portfoliologiccircuitandthesequentialcircuits）.Itisbythecontestcircuit,timingcircuit,alarmcircuit,theclockpulsecircuitsandpowercircuitcomponent.Theclockpulseusewithmultipleresonancecomposedof555timing,timingcircuitsproduceswingscircuitiscomposedof74LS192asthemainchip...ThroughMultisim10EDAsoftwaredrawselectroniccircuitsimulationprinciplechartandsimulation,atthesametimeusetheuniversalplateweldingmadehardwarerealizationcircuit.
Fromsoftwaresimulationcheck,theprincipleoftheright,byhardwaredesignformakingphysicalcircuitcansimultaneouslyeightpeople,andcanaccuratelyresponderdisplaycodeandtimelyalarmandmeetthedesignrequirements
1系统原理框图
定时抢答器的总体框图如图1所示，其主要是对选手和主持人控制开关所控制的信号的输入进行处理。
（1）显示电路：
主要由LED共阴数码管对时间和选手编号进行显示；
（2）译码电路：
由74LS48对输入信号进行处理，对计数器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流；
（3）定时电路：
由74LS192为主芯片构成，构成30进制的定时电路；
（4）脉冲产生电路：
所选用的是555定时器构成的多谐振荡器来提供时钟脉冲；
（5）报警电路：
由时钟脉冲做激励，由定时电路和抢答电路做反馈信号，来控制蜂鸣器的工作与断开。
2方案设计与论证
2.1时钟脉冲产生电路
方案一：
由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。
0.69Rfc
用555电路可以组成施密特触发器，利用施密特触发器的回差特性，在电路的两个输入端与地之间接入充放电电容C并在输出与输入端之间接入反馈电阻Rf，就组成了一个直接反馈式多谐振荡器，如图5（a）所示。
接通电源，电路在每次翻转后的充放电过程就是它的暂稳态时间，两个暂稳态时间分别为电容的充电时间Tl和放电时间T2。
T1=0.69Rfc，T2=0.69Rfc，振荡周期T=T1+T2，振荡频率f=1／T。
改变R、C的值则可改变充放电时间，即改变电路的振荡频率f。
f=1/（tpL+tpH）≈1.43/[（R1+2*R2）*C]T=1/f;
R1=300Ω,R2=4KΩ，C=220uF可得到T≈1s
方案二：
门电路构成的单稳态多谐振荡器
采用TTL门电路构成的单稳态多谐振荡电路如下图所示。
在G1的输入端用Rl和R2进行钳位，提高触发灵敏度。
方案三：
采用CMOS门电路构成的非对称式无稳态多谐振荡器
如果把对称式多谐振荡器电路进一步简化，去掉C1和R2，在反馈环路中保留电容C2，电路仍然没有稳定状态，只能在两个暂稳态之问往复振荡，电路如图所示
假定G2输出为1，电容C充电，在充电开始VI1也为1。
因此，该电压经Rp力口到G1输入端，Gl输出为O，电路稳定工作，C继续充电。
充电电流随着充电时间延长而减小，RF两端电压下降，若降到Gl的阈值电压以下，则G1输出变为1，G2输出变为0，C反向充电。
随着充电的进行，VI1达到Gl的阈值电压时，G1输出变为0，G2的输出变为1，该动作重复进行而产生振荡。
电容C的充放电时间分别为T1=RfC1h3，T2=RfC1n3，振荡周期T=T1+T2=2RFC1h3≈2．2RFC，输出波形的占空比为50％。
在电路的G1输入端串接的保护电阻RP是为了减少电容C充放电过程中CMOS门电路输入保护电路承受较大的电流冲击，且Rp>>RF
2.2抢答电路
1、8路抢答开关
为8位选手提供抢答的按键，应为8个按钮开关，这样可以在松开按钮后及时复位，为下次抢答作好准备。
但为节约经费和简化设计，用逻辑电平开关代替，根据要求，设初始值全为“1”，当有选手抢答时，即将开关拨至“0”时，选通。
2、优先编码器
①CD4532这是我们学过比较熟悉的一个芯片，CD4532输入输出都是以高电平为有效电平，优先级依次为I7，I6，…I1。
还有一个输入使能端EI和一个输出使能端EO，以及优先编码工作状态标志GS。
当EI=1时，编码器工作；而当EI=0时，禁止编码器工作，无论输入为多少，输出端均为低电平，GS和EO也为低电平。
GS是表明芯片在工作。
②74ls148（8-3优先编码器）在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。
不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。
在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。
引脚图
74148优先编码器为16脚的集成芯片，除电源脚VCC（16）和GND（8）外，其余输入、输出脚的作用和脚号如图中所标。
其中I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，IE是使能输入端，OE是使能输出端，GS为片优先编码输出端
由74148真值表可列输出逻辑方程为
A2=（I4+I5+I6+I7）·EIA1=（I2I4I5+I3I4I5+I6+7）·EI
A0=（I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7）·EI
使能输出端OE的逻辑方程为；OE=I0·I1·I2·I3·I4·I5·67·EI
当使能输入EI=1时，禁止编码、输出（反码）：
A2,A1,A0为全高电平。
当使能输入EI=0时，允许编码，在I0～I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：
I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。
扩展片优先编码输出端GS的逻辑方程为：
GS=（I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7）·EIGS=0表示“电路工作，而且有编码输入”
功能表为；
2.3定时电路
3单元电路的设计
3.1时间脉冲产生电路的设计
由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。
（如上图）可得到几乎接近1HZ的信号。
3.2计数电路的设计
该电路主要是对选手抢答的时间进行限制，可根据实际情况来设定。
我们设定的有效抢答时间是30S，且是30进制的减法器，这样更加具有人性化，能使选手客观的感觉到剩余的时间是多少。
我们选用的是74LS192芯片。
电路图如下：
通过两片74LS192级联，U2的减记数时钟输入端接时钟脉冲产生电路、U2的进位输出端（BO）接U1的减记数时钟输入端。
即当U2从9跳变到0的时候给U1一个有效的信号，使得其计数。
3.3抢答电路的设计
该电路主要是对抢答时选手的信息（编号）进行锁存和显示。
主要电路图如下图：
该电路主要是以优先编码器74LS148为主芯片，因为148的输入是低电平有效，所以以开关和接地端串联、电源和限流电阻串联，在两者并联即可。
这样主要是为了方便主持人的清零操作。
再把148的输出端以四路锁存器74LS279进行锁存，然后通过74LS48进行译码操作即可在数码管上显示。
3.4定时电路的设计
该电路主要是对选手抢答的时间进行控制，从而有效的控制赛程的时间。
我们设定的时间是30s，所求开始抢答的时候显示是00，而当主持人按下开关的时候则从30开始做减法运算。
主要电路图如下图所示：
3.5报警电路的设计
报警电路的设计主要是为了提醒主持人和选手此刻不能抢答。
即当过了有效时间和有人抢答的时候，报警电路就会产生光电和声音报警，从而提示选手和主持人。
报警电路主要以发光二极管和蜂鸣器组成。
3.6控制电路
3.7电路总图
4仿真结果及分析
4.1时钟脉冲的仿真
时间间隔大约为1s，但占空比不为0.5.这对电路整体没有影响，我们只需要1s的脉冲就可以，所以可以通过。
4.2抢答电路的仿真
4.3定时电路的仿真
4.4报警电路的仿真
4.5仿真的结果和分析
经过对四种主电路的仿真，电路可以基本实现设计的要求。
并且可以很简单明了的实现抢答器的功能，如：
1、抢答具有数据锁存功能，选手抢答后可以卦锁整个电路，直到主持人重新置数。
2、抢答后或是计数到零会有报警和卦锁整个电路，选手不能作答。
3可以显示是哪个选手抢先取得资格作答。
但值得注意的是这个抢答器可以说是完全不成功的，其原因有以下几点：
1我们要求时间可以由主持人自行设定，可我们为了省时省力，没有接入开关，按想法是可以一个八位单刀开关，可以用高低电平来设定时间，我们没有。
而要如现实中一样用1～9的数来设定，就还要一个编码和译码器，这个没做到。
2在我们做的这个中，主持人设定时间时，还有报警，这样会对选手产生误导。
3报警要求是短暂报警，可我们是用时钟脉冲作激励，没有设定控制电路来控制脉冲产生，所以不能达到发出短暂（0.5s左右）报警的要求。
4抢答器中选手编号为1、2、3、4、5、6、7、8而显示的是从0～7，与现实不符（我们当初设计了加1，用74ls83，可书上还没要求，省掉了）。
5心得与体会
1、设计因为是初次接触，刚开始无从下手，通过上网查资料（网上的电路图基本上错了，还好多是copy别人的）知道大概如何做，经过整理开始做抢答电路，做抢答电路是我从选了74ls148后用用高低电平一个一个测看输出是否和我先前计算的一样，同时可以熟悉这一块芯片，如些到整个作品完成。
在开始选择了138这块芯片做但后面遇到问题（验证电路上有分析）放弃了。
在这个设计中第一次用到数码管这个器材，在没有对其充分了解的情况下就用了，但一直没有结果（没显示）直到上课听到老师说数码管有共阴、共阳之分，要求接地或接电源。
定时电路由禹龙设计的，他从网上了解到用74ls192,我把各个芯片的资料从网上找到后，选择了高低位，知道进位与信号输入及输出后轻松搞定。
对于时钟脉冲产生器的设计，因为有了上学期555的学习，通过参考8.4.4节-用555定时器组成的多谐振荡器，很快设计出来，但在检测时放在仿真中并不是1s，这一问题还是通过多次实验测出。
整体的控制中，因为熟悉了芯片还是比较容易出来。
如对抢答器的锁存，可以通过74ls148的使能端EI来控制，最后计数到零后74ls192的进位端是输出高电平，而148使能端要EI=0时充许输入，所以加一个非门。
2、实物焊接开始我想走锡线，所以花了很多时间放在布线上，但一焊接才知道走锡线不是那么容易，也就只能走锡线了。
焊接了要事先想好，如比须知道每块芯片的引脚，当然也要熟悉接线图，并且要有先后顺序来焊接，我在焊接48时因为没想好，先焊了两个中间没焊，后面就不好焊，把电线的绝缘皮搞坏了。
后面又因为焊枪不给力好多引脚接到一起了，花了很多时间来开分，所以工期也长了。
这种情况还会使心情浮燥，甚至不想焊了，所以焊接时一定要心平气和，沉着冷静，仔细的想好，尽量一步到位。
3、检查由于时间紧，又要做信号实验，有些引脚没焊上，导致实物不行，在排查中我先排电源和地线，这两线要连所有芯片，必须一个不落。
开始我的定时芯片没有显示，我以为是芯片坏了，但经过检查，是因为没有接地而造成的，接上就OK了。
这次的实品没做好，我想花点时间一个一个的排查，一块块芯片的来。
这次电子设计虽然花了很多时间，但是很值得，不但熟悉了很多芯片的功，学到了在上课学不到的东西通过自己分析和设计更好地运用了它们，而且还学会了它们更多的功能，发现它们的功能远比书上说的多很多，可以利用不同的接法设计出各种各样不同的电路出来。
模电课程设计学到得方法在这里可以继续使
用，比如MULTISIM等学习软件，给设计提供了很大的便利。
，知道如何焊接，
也使我们认识到成功并不是那么轻而易举。
总有这样那样的问题，所以团队的作用和自己耐心是我在此次设计得到最多的。
只有积极整合团队的精华，不心浮气躁我们就能做出完美的电子设计。
XXX（08）
这次实验给我的总体感觉就是麻烦。
先是忙着仿真，弄了很久，和同学讨论了许多次，才勉强通过。
因为我们做的是八路智能抢答器，做这个实验的同学很少，所以能得到的实际帮助并不多。
后来实际操作，在焊接过程中，又暴露了许多问题。
先是芯片不够，然后就是初次焊接，很是心浮气躁，握着电烙铁，手就一直抖，很久才适应。
而且对很多芯片的具体功能和各引脚的作用不清楚，因此焊接难度进一步加大。
所以又忙着查资料，弄清楚，才画好焊接线路布局图。
其实老师说的很有道理，仿真和自己动手操作还是有所区别的，在焊接过程中就暴露出这个问题。
我们选用的元件中有几个电阻并不适用，在试验箱上通不过，所以又临时更换，感觉很麻烦。
实验时间也不多，焊接对我这个初学者来说，还算是项比较浩大的工程。
忙了几个深夜，才勉强把元件全部焊接好。
但是在全部焊好的时候还是很高兴的，毕竟是第一次做这种实验，感觉还不错。
XX（41）
实物图如下：
6参考文献
1《数字电子技术基础》康华光主编高等教育出版社。
2《数字电子技术试验与综合培训》邱寄帆唐程山主编人民邮电出版社。
附录
芯片引脚图
74ls148
74ls48
74ls279
74ls08
74ls04
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