数字电子设计(数字式竞赛抢答器)2.pdf

1、 电 子 技 术 基 础课 程 设 计题 目 名 称 ： 数 字 式 竞 赛 抢 答 器姓 名 ： 沈 彬 彬学 号 ： 2 0 1 0 4 4 7 9班 级 ： 1 0 级 电 气 0 6 班指 导 教 师 ： 申 利 平重 庆 大 学 电 气 工 程 学 院2012年 6月目 录1、 前言 22、 课 题 的 设 计 目的 23、 课 题 的 设 计 内 容 和 要求 2-34、 设 计 思路 3-45、 设 计 方案 4-95.1 总 体 方 案 原 理 框图 .45.2 单 元 电 路 的 设 计 方案 .5-95.2.1 抢 答 开 关 电路 .5-65.2.2 定 时 电路 .6-

2、75.2.3 报 警 电路 .75.2.4 计 分 电路 .85.2.5 时 序 控 制 电路 .96、 主 要 仪 器 与 设备 107、 组 装 调试 10-118、 参 考 文献 119、 结 论 与 心 得 体会 12-1、 前 言随 着 现 代 科 学 技 术 的 发 展 ， 抢 答 器 械 也 由 以 前 的 各 种 传 统 式 抢 答 器演 变 到 现 在 的 数 字 式 抢 答 器 。 抢 答 器 应 用 广 泛 ， 工 厂 、 学 校 和 电 视 台 等单 位 常 举 办 各 种 智 力 竞 赛 ， 抢 答 器 是 必 要 设 备 。 在 各 种 竞 赛 中 我 们 经 常看

3、 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 来 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 判 造 成 比 赛 的 不公 平 性 。 从 而 达 不 到 抢 答 的 真 正 效 果 ， 为 了 解 决 此 类 问 题 ， 现 代 科 学 技术 把 抢 答 器 推 上 一 个 新 的 平 台 ， 从 而 告 别 了 传 统 抢 答 模 式 。 数 字 式 抢 答器 是 利 用 一 些 数 字 集 成 电 路 组 成 ， 其 中 包 括 抢 答 电 路 、 定 时 电 路 、

4、 时 钟产 生 和 时 序 控 制 电 路 、 报 警 电 路 、 计 分 电 路 组 成 。 数 字 式 抢 答 器 能 够 弥补 以 前 的 诸 多 不 足 之 处 ， 以 提 高 信 号 接 收 的 快 速 性 、 准 确 性 。 应 用 到 日常 生 活 中 能 够 给 人 们 带 来 更 大 的 方 便 ， 以 提 高 效 率 。2、 课 题 的 设 计 目 的1、 掌 握 数 字 式 竞 赛 抢 答 器 的 电 路 的 组 成 、 工 作 原 理 和 设 计 方 法 。2、 熟 悉 常 用 数 字 逻 辑 电 路 的 工 作 原 理 及 使 用 方 法 。3、 课 题 的 设 计

5、内 容 和 要 求在 许 多 比 赛 活 动 中 ， 为 了 准 确 、 公 正 、 直 观 地 判 断 出 第 一 抢 答 者 ，通 常 设 置 一 台 抢 答 器 ， 通 过 数 显 、 灯 光 及 音 响 等 多 种 手 段 指 示 出 第 一 抢答 者 。 同 时 还 可 以 设 置 记 分 、 犯 规 及 奖 励 记 录 等 多 种 功 能 。 该 设 计 就 是针 对 上 述 各 种 要 求 设 计 出 的 供 6名 选 手 参 赛 使 用 的 数 字 式 竞 赛 抢 答 器 。 本 题 要 求 是 ：1、 设 计 制 作 一 个 可 容 纳 六 组 参 赛 的 数 字 式 抢 答

6、 器 ， 每 组 设 计 一 个抢 答 按 钮 供 抢 答 者 使 用 。2、 电 路 具 有 第 一 抢 答 信 号 的 鉴 别 和 锁 存 功 能 。 在 主 持 人 将 系 统 复位 并 发 出 抢 答 指 令 后 ， 若 参 赛 者 按 抢 答 开 关 ， 则 该 组 指 示 灯 亮 并 用 组 别显 示 电 路 显 示 出 抢 答 者 的 组 别 ， 同 时 扬 声 器 发 出 “ 嘀 嘟 ” 的 双 音 音 响持 续 2 3秒 。 此 时 ， 电 路 应 具 备 自 锁 功 能 ， 使 别 组 的 抢 答 开 关 不 起 作用 。3、 设 置 记 分 电 路 。 每 组 在 开 始

7、 时 预 置 成 100分 ， 抢 答 后 由 主 持 人 记分 ， 答 对 一 次 加 10分 ， 否 则 减 10分 。4、 设 置 定 时 电 路 。 30秒 时 仍 无 人 抢 答 ， 则 报 警 电 路 工 作 表 示 抢 答时 间 耗 尽 并 禁 止 抢 答 。5、 设 置 犯 规 电 路 。 对 提 前 抢 答 和 超 时 抢 答 的 组 别 鸣 喇 叭 示 警 ， 并由 组 别 电 路 显 示 出 犯 规 组 别 。4、 设 计 思 路1、 本 题 的 根 本 任 务 时 准 确 的 判 断 出 第 一 抢 答 者 的 信 号 并 将 其 锁 存 。 实现 这 一 功 能 可

8、用 触 发 器 和 锁 存 器 等 。 在 得 到 第 一 信 号 后 应 立 即 将 电 路 的输 入 封 锁 ， 即 使 其 他 组 再 次 发 出 抢 答 信 号 也 无 效 。 同 时 还 必 须 注 意 ， 第一 抢 答 信 号 应 该 在 主 持 人 发 出 抢 答 命 令 之 后 才 有 效 ， 否 则 应 视 为 提 前 抢答 而 犯 规 。2、 当 电 路 形 成 第 一 抢 答 信 号 之 后 ， 用 编 码 、 译 码 及 数 码 显 示 电 路 显 示出 抢 答 者 的 组 别 ， 也 可 以 用 发 光 二 级 管 直 接 指 示 出 组 别 。 还 可 以 用 鉴

9、别出 的 第 一 抢 答 信 号 控 制 一 个 具 有 两 种 工 作 频 率 的 交 替 变 化 的 音 频 振 荡 器工 作 ， 使 其 推 动 扬 声 器 发 出 两 个 笛 音 音 响 ， 表 示 该 题 抢 答 有 效 。3、 记 分 电 路 可 采 用 3位 七 段 数 码 管 显 示 ， 由 于 每 次 都 是 加 或 减 10分 ， 故个 位 总 保 持 为 零 ， 只 要 十 位 和 百 位 做 加 /减 计 数 即 可 ， 可 采 用 两 级 十 进制 加 /减 计 数 器 完 成 。5 、 设 计 方 案5.1 总 体 方 案 原 理 框 图清 零命 令主 持 人抢 答

10、 开 关组 别 锁 定第 一 信 号 鉴 别组 别 显 示 (数 码 管 )组 别 显 示 (LED)窄 脉 冲 形 成稳 压 电 源图 1 数 字 式 智 力 竞 赛 抢 答 器 原 理 框 图定 时 器犯 规 电 路音 频 信 号 发 生 器预 置记 分 电 路加 分 (主 持 人 )减 分 (主 持 人 )其 工 作 原 理 为 ： 接 通 电 源 后 ， 主 持 人 将 开 关 拨 到 “清 零 “状 态 ， 抢 答器 处 于 禁 止 状 态 ， 编 号 显 示 器 灭 灯 ， 定 时 器 显 示 设 定 时 间 ； 主 持 人 将 开关 置 拨 至 开 始 “状 态 ， 宣 布 “开

11、 始 “， 抢 答 器 工 作 。 抢 答 定 时 器 30秒 倒 计时 ， 扬 声 器 给 出 声 响 提 示 。 选 手 在 定 时 时 间 内 抢 答 时 ， 抢 答 器 完 成 ： 优先 判 断 、 编 号 锁 存 、 编 号 显 示 、 扬 声 器 提 示 等 功 能 。 如 果 再 次 抢 答 必 须由 主 持 人 再 次 操 作 “清 除 “和 “开 始 “状 态 开 关 。5.2 单 元 电 路 的 设 计 方 案5.2.1 抢 答 开 关 电 路电 路 如 图 2所 示图 2 抢 答 开 关 电 路该 电 路 完 成 两 个 功 能 ： 一 是 分 辨 出 选 手 按 键 的

12、 先 后 ， 并 锁 存 抢 答 者的 编 号 ， 同 时 译 码 显 示 电 路 显 示 其 编 号 ， 抢 答 者 对 应 的 那 盏 灯 亮 ； 二 是禁 止 其 他 选 手 按 键 操 作 无 效 。 工 作 过 程 ： 开 关 S置 于 “清 零 “端 时 ， RS触发 器 的 端 均 为 ， 个 触 发 器 输 出 置 ， 使 74LS148的 ， 使 之 处 于 工 作 状 态 。 当 开 关 S置 于 “开 始 “时 ， 抢 答 器 处 于 等待 工 作 状 态 ， 当 有 选 手 将 键 按 下 时 （ 如 按 下 S5） ， 74LS148的 输 出经 RS锁 存 后 ，

13、1Q=1, =1,74LS48处 于 工 作 状 态 ， Q QQ=101,经 译 码 显 示 为 “ “， 并 且 经 过 74LS138译 码 后 使 得 第 五 组 的 输 出为 低 电 平 ， 驱 动 那 组 的 LED灯 亮 。 此 外 ， 1 ， 使 74LS148的 ， 处 于 禁 止 状 态 ， 封 锁 其 他 按 键 的 输 入 。 当 按 键 松 开 即 按 下时 ， 74LS148的此 时 由 于 仍 为 ， 使 ， 所 以 74LS148仍 处 于 禁 止 状 态 ， 确 保 不 会 出 二 次 按 键 时 输 入信 号 ， 保 证 了 抢 答 者 的 优 先 性 。

14、如 有 再 次 抢 答 需 由 主 持 人 将 开 关 重 新置 于 “ 清 除 ” 端 ， 然 后 再 进 行 下 一 轮 抢 答 。5.2.2 定 时 电 路由 节 目 主 持 人 根 据 抢 答 题 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 ， 计 数 器 的 时 钟 脉 冲 由 秒 脉 冲 电 路 提供 。 可 预 置 时 间 的 电 路 选 用 十 进 制 同 步 加 减 计 数 器 74LS192进 行 设 计 。图 3 定 时 电 路工 作 过 程 ： 由 555电 路 产 生 秒 脉 冲 信 号

15、 作 为 74LS192的 CP信 号 ， 首 先预 置 时 间 ， 如 图 3所 示 的 为 30秒 倒 计 时 电 路 ， 即 左 边 预 置 ABCD=1100,右边 预 置 ABCD=0000， 按 下 左 边 开 关 时 ， 显 示 器 即 显 示 30， 然 后 进 行 倒 计时 。5.2.3 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 震 荡 器 ， 振 荡 频 率 fo 1 43 （ RI 2R2） C ， 其 输 出 信 号 经 过三 极 管 推 动 扬 声 器 ， PR为 控 制 信 号

16、， 当 PR为 高 电 平 时 ， 多 谐 振 荡 器 工作 ， 反 之 电 路 停 震 。图 4 报 警 电 路5.2.4 计 分 电 路图 5 计 分 电 路计 分 电 路 采 用 74LS192进 行 设 计 ， 其 工 作 过 程 为 ： 首 先 根 据 要 求 使得 每 个 小 组 预 置 分 为 100分 ， 因 为 每 答 对 一 题 加 10分 ， 错 扣 10分 ， 所 以末 位 始 终 为 0， 故 只 需 2片 74LS192， 左 边 DCBA=0001,右 边 DCBA=0000,当开 关 按 下 时 ， load端 输 入 低 电 平 ， 74LS192进 入 置

17、位 状 态 ， 显 示 译 码 器显 示 为 100， 当 加 信 号 即 开 关 J1按 下 时 ， 给 入 UP端 一 个 脉 冲 信 号 ， 实 现加 1， 当 减 信 号 及 J2按 下 时 ， DOWN端 给 入 一 个 脉 冲 信 号 ， 实 现 减 1。5.2.5 时 序 控 制 电 路时 序 控 制 电 路 是 抢 答 器 设 计 的 关 键 ， 它 要 完 成 以 下 三 项 功 能 ：1、 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 。 2、 当 参 赛

18、 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 。 3、 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 。 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 人 使 能 端。图 六 时 序 控 制 电 路图 6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 图

19、 2中 的 74LS279的 输 出 1Q=0， 经 G3反 相 ， A 1，则 时 钟 信 号 CP能 够 加 到 74LS192的 CPD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 ， 则 “ 定 时 到 信 号 ” 为 1， 门 G2的 输 出=0， 使 74LS148处 于 正 常 工 作 状 态 ， 从 而 实 现 功 能 的 要 求 。 当 选手 在 定 时 时 间 内 按 动 抢 答 键 时 ， 1Q 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

20、， 门 G2的 输 出=1， 74LS148处 于 禁 止 工 作 状 态 ， 从 而 实 现 功 能 的 要 求 。 当 定 时时 间 到 时 ， 则 “ 定 时 到 信 号 ” 为 0，=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 现功 能 的 要 求 。 集 成 单 稳 触 发 器 74LS121用 于 控 制 报 警 电 路 及 发 声 的 时间 。6、 主 要 仪 器 与 设 备数 字 电 路 试 验

21、箱集 成 电 路 74LS148-1片 ， 74LS279-1片 ， 74LS48-6片 ， 74LS138-1片 ，74LS192-4片 ，NE555-2片 ， 74LS00-3片 ， 74LS121-1片 。电 阻 510 -5只 ， 1K -2只 ， 10K -1只 ， 15K -2只 ， 20K -6只 ， 68K -2只电 容 10uF-1只 ， 0.1uF-2只 ， 10uF-1只 。三 极 管 3DG12 1只 。其 他 发 光 二 极 管 -8只 ， 共 阴 显 示 器 -6只 ， 蜂 鸣 器 -1只7、 组 装 调 试（ 1） 组 装 调 试 的 技 巧 首 先 应 该 对

22、电 路 进 行 检 查 ， 检 查 有 无 短 路 ， 有 无 虚 焊 等 操 作 上 的 失误 ， 确 保 电 路 按 照 设 计 图 正 确 安 装 后 再 进 行 调 试 ， 然 后 检 查 各 个 元 件 有无 损 坏 。 因 为 总 体 电 路 较 为 复 杂 ， 故 先 把 电 路 分 为 若 干 个 模 块 分 别 调 试 ， 在 所有 模 块 都 能 准 确 无 误 地 工 作 后 ， 然 后 逐 个 进 行 拼 装 调 试 ， 直 到 所 有 模 块之 间 能 够 完 美 衔 接 ， 电 路 实 现 整 体 功 能 为 止 。（ 2） 调 试 过 程 中 出 现 的 故 障

23、、 原 因 及 排 除 方 法 故 障 ： 电 路 中 有 些 模 块 不 能 正 常 工 作 。原 因 ： 可 能 部 分 元 件 在 安 装 上 后 工 作 时 发 生 损 坏 。排 除 方 法 ： 再 次 检 查 各 个 元 件 的 好 坏 情 况 。 故 障 ： 各 个 模 块 之 间 连 接 后 不 能 协 作 完 成 整 体 的 功 能 。原 因 ： 模 块 的 衔 接 处 没 有 连 接 好 。排 除 方 法 ： 检 查 模 块 的 衔 接 处 ， 确 认 衔 接 正 常 。8、 参 考 文 献1. 高 吉 祥 主 编 ， 电 子 技 术 基 础 实 验 与 课 程 设 计 ，

24、电 子 工 业 出 版社 ， 2002年 出 版 。2. 历 雅 萍 、 易 映 萍 编 ， 电 子 技 术 课 程 设 计 ， 高 等 教 育 出 版 社3. 谢 自 美 主 编 ， 电 子 线 路 设 计 、 实 验 、 测 试 ， 华 中 理 工 出 版 社4. 任 致 程 主 编 ， 经 典 集 成 电 路 400例 ， 机 械 工 业 出 版 社5. 彭 介 华 主 编 ， 电 子 技 术 课 程 设 计 指 导 ， 高 等 教 育 出 版 社 ， 2002年 出 版 。6. 陈 大 钦 主 编 ， 电 子 技 术 基 础 实 验 电 子 电 路 实 验 、 设 计 、 仿真 ， 高

25、 等 教 育 出 版 社 ， 2002年 出 版 。7 杨 春 玲 编 ， 电 子 技 术 课 程 设 计 指 导 书 ， 哈 尔 滨 工 业 大 学 教 材科 ， 1999年 出 版 。9、 总 结 与 心 得 体 会（ 1） 电 路 的 优 缺 点优 点 ： 电 路 的 结 构 与 各 个 模 块 的 分 工 清 晰 ， 而 且 能 够 实 现 比 较 复 杂 的 功能 ， 很 好 的 满 足 了 实 际 运 用 中 的 需 求 。缺 点 ： 电 路 太 复 杂 ， 需 要 的 元 件 较 多 ， 成 本 较 高 ， 在 实 际 运 用 中 提 高 了成 本 。（ 2） 课 题 的 核 心

26、 及 价 值本 课 题 旨 在 检 查 学 生 的 灵 活 运 用 理 论 的 能 力 、 动 手 操 作 能 力 、 团 队 设 计的 能 力 等 综 合 能 力 。（ 3） 改 进 意 见 和 展 望 个 人 感 觉 设 计 的 东 西 都 是 一 些 原 本 较 为 成 熟 的 产 品 ， 学 生 容 易 照 抄 照搬 ， 这 样 提 高 不 了 学 生 的 自 主 创 新 能 力 ， 老 师 应 该 给 一 些 新 颖 的 课 题 让学 生 自 己 设 计 ， 这 样 可 能 对 学 生 的 创 新 能 力 有 所 提 升 。 在 大 家 都 有 设 计 成 果 后 应 该 开 一 个

27、 研 讨 交 流 会 ， 让 各 个 组 之 间 能 够 互相 学 习 ， 互 相 改 进 设 计 方 案 ， 这 样 能 够 让 方 案 更 优 化 。（ 4） 收 获 与 体 会经 过 几 个 礼 拜 的 努 力 ， 在 老 师 及 组 员 的 帮 助 配 合 下 ， 我 们 很 好 的 完成 了 此 次 课 程 设 计 ， 并 对 很 多 方 面 都 有 了 深 刻 的 认 识 。第 一 ， 通 过 此 次 课 程 设 计 我 认 识 到 了 大 学 理 论 知 识 的 重 要 性 ， 正 是在 我 们 学 到 的 数 电 的 基 础 上 我 们 才 能 够 顺 利 地 设 计 出 方 案 ， 这 也 很 好 的巩 固 了 我 们 所 学 的 知 识 ， 对 于 有 些 没 学 的 知 识 ， 我 们 通 过 自 习 很 好 的 弥补 了 知 识 漏 洞 ， 这 也 是 对 我 们 自 主 学 习 能 力 的 考 验 ， 更 拓 宽 了 我 们 的 知识 面 。第 二 ， 通 过 实 物 的 制 作 ， 我 对 焊 接 技 术 也 有 了 一 定 的 认 识 ， 而 且 极 大 地提 高 了 动 手 操 作 能 力 ， 故 障 排 除 能 力