1、数电课程设计8路智力竞赛定时抢答器数电课程设计-8路智力竞赛定时抢答器 电气与电子信息工程学院数字电子技术课程设计报告设计题目：8路智力竞赛定时抢答器 专业班级： xxx 学生姓名： xxx 学 号： xxx 指导教师： xxx 设计时间： 2013.06.172013.06.28 8路智力竞赛定时抢答器一、设计任务及要求本课程设计的基本任务，通过指导学生循序渐进地独立完成数字电路的设计任务，加深学生对理论知识的理解，有效地提高了学生的动手能力，独立分析问题、解决问题能力，协调能力和创造性思维能力。重提高学生在数字电路应用方面的实践技能，树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题
2、的能力。学生通过电路的设计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能，逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。二、设计的作用、目的 通过课程设计各环节的实践，应使学生达到如下1.掌握数字逻辑电路分析和设计的基本方法根据设计任务和指标，初选电路；通过调查研究、设计计算，确定电路方案； 选测元器件，安装电路，独立进行试验，并通过调试改进方案；分析课程设计结果，写出设计总结报告。2.培养一定自学能力和独立分析问题、解决问题能力学会自己分析、找出解决问题的方法；对设计中遇到的问题，能独立思考，查阅资料，寻找答案； 掌握一些测试电路的基本方法，课程设计中出现一般故障，能通过“分析、
3、观察、判断、试验、再判断”的基本方法独立解决；能对课程设计结果进行分析和评价。3.掌握安装、布线、调试等基本技能 掌握常用的仿真软件，并能够利用仿真软件进行一定的电路调试、改进；掌握数字电路布线、调试的基本技巧；巩固常用仪器的正确使用方法。4.培养学生的实践能力 通过严格的科学训练和工程设计实践，树立严肃认真、一丝不苟、实事求是的科学作风，并培养学生具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神。三、设计过程1、方案设计与论证抢答器的总体框图：图2-1-1所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号
4、，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。扩展电路完成定时抢答的功能以及报警功能。图1所示电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s），当主持人将控制开关置于 “开始”时，扬声器发出声响，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能： （1）优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号；（2）扬声器发出短暂声响；（3）控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；（4）控制电路要使定时器停止工作，数
5、码管上显示剩余的抢答时间，当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。 单元电路设计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。（如图）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。（如图）通过两片74LS192级联，U2的减记数时钟输入端接时钟脉冲
6、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。抢答电路的设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的的先后，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74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图所示：八路抢答器的工作原理是：当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平。于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148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
7、将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S1），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，此时74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“1”。另外，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的YEX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，
8、其它按键的输入信号仍不会被接受。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，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。 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。主要电路如图定时电路图74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码 显示在数码管上。74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初
9、始时间设定为30秒。555芯片完成产生秒脉冲的功能。工作过程为：抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。当记到了30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00 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
10、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。如图时序控制电路设计时序控制电路是抢答器的关键，它要完成以下三项功能：（1）当主持人将按下控制开关时，EI端为0,抢答和定时电路进入正常工作状态；（2）当参赛选手按动抢答器开关时，抢答电路和定时电路停止工作；（3）当设定的抢答时间到，但无人抢答时，抢答电路和定时电路停止工作。图时序电路图电路总图如图总体电路图 仿真抢答电路的仿真如图4-1-1定时电路的仿真如图报警电路的仿真 第六章 心得这次电子课程设计将理论与实践有机地结合，既考查对理论知识的掌握程度，也考察实际动手能力和电脑操作能力，同时也对我们知识的综合运
11、用以及创新设计思维能力提出更高要求。对于这次八路抢答器，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以及老师讲解，同时也查阅所提供的芯片功能，在仿真上实践自己所布置的电路图，慢慢地边修改自己设计的不足，边参详同学们成功之处，可以讲，与同学交流是我们小组设计成功一大助力。另外对各种器件的熟练掌握，是勾画出基本的设计图成功的关键，我们小组花了大量时间翻阅各种资料，特别是各芯片的真值表和引脚图方面，同时也借助上网查询填补这方面知识，令我们受益匪浅。当最电路的正确使我们非常振奋，也很有成就感和满足感。 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
12、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。附录附录A 芯片引脚图74LS14874LS4874LS19274LS27974LS0874LS04附录B 元件清单序号类型数量174LS279（RS锁存器）1274LS48（4线7段译码驱动器）3374LS148（8线3线优先编码器）1474LS192（十进制可逆计数器）2574LS121（单稳态触发器）1674LS00（二输入与非门）2774LS20（四输入与非门）28NE55529晶体管3DG130110七段数码管（共阴极
13、）111B键（触发开关）912发光二极管113扬声器114B键（输入开关）815电阻（510）216电阻（1K）217电阻（10K）918电阻（15K）219电阻（68K）220电容（0.01F） 221电容（0.1F）222电容（10F）223电容（100F）2参考文献1阎石 数字电子技术基础（第五版）北京：高等教育出版社.20062张克农 数字电子技术基础北京：高等教育出版社.20033赵淑范等 电子技术实验与课程设计北京：清华大学出版社.20064陈光明等 电子技术课程设计与综合实训北京:北京航空航天大学出社.20075李银华等 电子线路设计指导北京:北京航空航天大学出版社.20056黄智伟 全国大学生电子设计竞赛制作实训北京：北京航空航天大学出版社 20078 7杨志忠数字电子技术基础北京：高等教育出版社20048彭介华电子技术课程设计指导北京：高等教育出版社20049路勇电子电路实验及仿真北京：清华大学出版社2004
