1、颍击工移手防HUNAN INSTITUTE OF ENGINEERING课程设计课程名称数字电子技术课题名称 智力竞赛抢答器专 业测控技术与仪器班级学号姓名指导老师胡爱明2015年9月18日电气信息学院课程设计任务书课题名称 智力竞赛抢答器姓 名专业 测控技术与仪器班级学号指导老师胡爱明课程设计时间第1周- 第2周（一）、设计内容：1 .设计一个可容纳8组代表队参赛的智力抢答器，每组设一个抢答按钮，按钮的 编号与选手的编号相对应。2 .抢答器具有第一信号鉴别及数据锁存功能。主持人将设备复位（清零）后，发出 抢答指令，当第一组参赛者触动按钮时，该组指示灯亮。此后，其他组别触动按钮无效。3 .设计
2、一个用数码管显示18组中最先抢答组别的电路。4 .抢答器具有定时30S抢答的功能，当主持人发出抢答指令后开始减计时， 并用显 示器显示时间。当抢答时间到，蜂鸣器鸣叫发出报警信号，并封锁输入电路，禁止选手超 时抢答。5 .设计一个犯规判别电路，并用指示灯显示。6 .设置记分显示电路，每组预置 100分，答对1次加10分，答错1次减10分。（二）设计要求：1 .设计思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；2 .单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3 .安装、调试电路；4 .写出设计报告。二、进度安排第一周：周一：布置任务，查找资料周二周三：设计系统方案，仿真周四周日： 电路安装，或程序调试第二周：
3、周一周二：电路安装，调试，运行或程序调试，下载运行周三：结果验收周四：撰写报告，答辩周五：资料整理三、参考资料1、 数字电子技术基础 阎石主编 高等教育出版社2、 电子技术课程设计指导 彭介华主编 高等教育出版社3、 电子线路设计、实验、测试 谢自美主编 华中理工出版社。目录第 1 章设计思路,2第 2 章工作原理,32.1 原理框图,32.2 主要芯片介绍,3第 3 章电路设计,63.1 单元电路的设计,6(1)抢答部分电路设计，,，6(2)定时部分电路设计，,，7(3)报警部分电路设计，,，7(4)计分部分电路设计，,，83.2 总体电路设计,8第4章Multisim仿真图与线路安装图,9
4、第5章故障分析与电路改进,11第 6 章元件清单，,，11第 7 章心得体会,1213,第一章设计思路抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。在竞赛、文体娱乐活 动（抢答活动）中，能准确、公正、直观地判断出抢答者的机器。通过抢答者的指示灯显 示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答者。本次课程设计的任务是：利用所学的数字电子技术知识，设计一个八路智力竞赛抢答器。根据 任务书的要求，我们把智力抢答器分作四个部分来做， 即抢答器部分电路、定时部分电路、 报警部分电路和计分部分电路。抢答器部分电路由抢答电路、优先编码电路、锁存器、译 码电路和显示电路构成。定时部分电路由脉冲产生电路
5、、定时电路、译码电路和显示电路 构成。首先，主持人能够负责控制整个抢答器系统，能够控制系统清零和抢答开始开关。八 组选手都有对应的按钮，分别用 S1-S8来表示。抢答开始后，开始30s倒计时，当8组选 手中的一组按下抢答按钮时，优先编码器能够在第一时间分辨出抢答者的编号信号，并通 过锁存器进行锁存。然后译码电路对其进行译码，最后由显示电路显示出选手编号，同时 30s倒计时也将暂停，并在显示器上显示。若时间已到，无人抢答，则本次抢答无效，定时显 示器上显示00。主持人清零后，所有显示器上的数字都将归零。15第2章工作原理2.1 智力抢答器的原理框图图2-1智力抢答器原理框图智力抢答器的原理框图如
6、图2-1所示。其工作原理为：通电后，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 “开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。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，禁止选手超时抢答。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。当一轮抢 答之后，定时器停止，禁止二次抢答，定时器显示剩余时间。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。2.2 主要芯片介绍(1) 74LS14874LS148是8-3线优先编码器。它允许多个输入信号同时有效，
7、但只对一个优先级最高的 输入信号进行编码。74LS148的引脚图和功能表如图2-2和表2-1所示。0&Otx3 IzIiIoQaI III IIII74LS148I1III1 I II4TslbI?IsQc m GND图2-2 74LS148引脚图表2-1 74LS148功能表输入输由EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSE01XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X011111111001001
8、11111111101(2) 74LS19274LS192是同步十进制可逆计数器，它具有下述功能：异步清零：CR=1,Q3Q2Q1Q0=0000;同步置数：CR=0,Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0;保持：CR=0, LD=1 , CPU=CPD=1, Q3Q2Q1Q0保持原态；加法计数：CR=0, LD=1 , CPU=CP, CPD=1, Q3Q2Q1Q0按加法规律计数;减法计数：CR=0, LD=1 , CPU=1, CPD=CP, Q3Q2Q1Q0按减法规律计数。15 1 io 95TT14POpiP2 P3CPuCPdPLMRQ0- Ql- Q2-Q3P TCu b tcd b32
9、671213(b)图2-3 74LS192的引脚排列及逻辑符号74LS192的引脚排列及逻辑符号如图2-2近丞。图中：出为置数端，,片为加计数端，C5为减计数端，比/为非同步进位输出端，7c为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，MR为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如表2-2所示：表2-2 74LS192功能表平输入C输出MRp亘*c即P3.P2pPWPOQ3p必QWQO/X科X/X-XpXpX研XpXfXfX中*Op乂产*gb/ap*8b*3apOp1。XpXpXvXr加计数口Op1*5X.XpXqX炉减计数小第3章电路设计3.1单元电路设计（1）抢答
10、器部分电路设计该部分主要完成两个功能：一是开始抢答后，分辨选手按键的快慢，并锁存优先抢答 者的编号，同时通过译码并由显示电路显示编号；二是禁止其他选手进行按键且判定操作 无效。采用八线-三线优先编码器74LS148和74LS00与非门组成的RS锁存器可以完成上述功能，所组成的电路图如图3-1所示。这个电路的工作原理过程：当主持人控制开关s置于“清零” 端时，RS触发器的R非端均为0, 4个触发器输出（Q4-Q1）全部置0, 使74LS148的BI的非=0,显示器灯灭：74LS148的选通输入端ST的非=0,使之处于工作 状态，此时锁存电路不工作。当主持人把开关 S置于“开始”时，优先编码器和锁
11、存电路 同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端的信号，当有选手将键按下 时（比如按下s3） , 74LS148的输出Y2Y1Y0的非=100, YEX的非=0,经RS锁存后，CTR=1, BI的非=1,经74LS148译码后，显示器显示为“ 3” 。止匕外，CRT=1,使74LS148的ST的非为高电平，封锁其他按键的输入。如果再次抢答需有主持人将S开关重新“清除”，电路复位图3-1抢答模块电路图(2)定时部分电路设计节目主持人可根据题目的难度大小，来设定某一次抢答的时间。通过定时电路，对计 数器进行预置，计数器的时钟脉冲由脉冲产生电路提供。定时模块电路图如图3-2所示，可预置
12、时间的电路选用可由两片十进制同步加减计数器74LS192、七段数码管译码器74LS48、共阴极七段数码显示管来进行设计。其中，两块 74LS192实现减法计数，通过译 码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。而74LS192的预置数题制端可以实现预置数，由节目主持人根据题目的难度大小，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。按键弹起后，计 数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上。当有人抢答时，停止 计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，2管脚BO输出低电平到时序控制电路，控制报
13、警电路报警，同时以后选手抢答无效。(3)报警部分电路的设计报警模块电路图如图3-3所示。这部分电路是由555定时器构成多谐振荡器，振荡频 率fo=1.43/【(R1+2R) C,其输出信号经三极管推动扬声器。 PR为控制信号，当PR 为谐振荡器工作；而当PR为低电平时，电路停止振荡。图3-3报警模块电路图(4)计分部分电路的设计计分电路主要是由2个74LS192组成。计分显示电路是由一个3位数十进制数组成。其中 个位数一直为00所以显示个位数的显示管4个输入端都接地。十位数开始显示 0,所以 置数端的输入为0000。百位数显示1,所以置数端输入为0001。通过开关UP, DOWN来 实现高低电
14、平的切换，从而实现选手得分的加减。3.2总体电路设计经过以上分析，我们将各部分电路连接，并加以适当控制，即得到了如图 3-4所示的 八位定时抢答器的总体电路图。图3-4总体电路图第4章Multisim仿真图与线路安装图图4-1 Multisim仿真图图4-2线路安装图第 5 章 故障分析与电路改进故障分析：（ 1）元器件在使用前就有损坏，连接线路发生短路或断路（接插件接触不良）；（ 2）实际的电路与设计的原理图不符；元器件使用不当或损坏；（ 3）倒计时电路不进行倒计时，可能是两片十进制的同步计数器74LS192 在用级联方式进行连接时连接不当， 也可能是 74LS192 的置数端并未与主持人的
15、开关相连接， 导致74LS192并未有计时信号接收从而不进行倒计时；（ 4）当有人抢答时，倒计时电路并未停止倒计时。当有人抢答按下开关时，此线路接地，输入低电平信号，该低电平信号分为两路，一路输入到 74LS148 优先编码器中，另一路输入到计时电路中， 使其停止倒计时。 经过检查， 抢答开关与计时电路之间并未连接，使得抢答开关闭合后产生的低电平信号并未送入到计时电路中；（ 5）若显示器上显示的是不符合要求的数字，在设计原理正确的前提下，首先通过测试判断74LS148的输出ag与LED管的ag笔段是否连接有错。其方法是74LS148的输出ag分别按规律输入高低电平，观察 LED管是否显示相应的
16、数字。如果这个环节 正常，则问题在二极管编码电路，再逐一进行检查。采用的故障排除方法：（ 1）直接观察法：直接观察法包括不通电检查和通电检查。检查仪器的选用和使用是否正确；根据电路图分别检查各个芯片的引脚有无错接和漏接，互碰等情况；布线是否合理；仔细观察元器件有无发烫、冒烟，电子管是否亮。（ 2）对比法：怀疑某一电路存在问题时，将此电路与工作状态相同的正常电路的参数进行逐一对比，从中找出问题所在。第 6 章 元件清单5v 电源 6 个显示管 3 片74LS044片函数发生器2 个74LS1481 片555 定时器 1 片74LS102 片单刀单掷开关8 个74LS1922 片74LS009 片
17、10kQ电阻 10个单刀双掷开关1 个第 7 章 心得体会作为一名工科大学生，除了熟悉平时上课老师教授的理论知识，同时还要通过实践和实验对我们所学的理论知识进行深化了解和利用，甚至能够创造出作品来。著名哲学家卡尔马克思曾经说过：“实践是理论的来源，而理论对实践具有能动作用。”人们的认知水平就是在正确的理论与实践的作用下不断地呈螺旋状上升，二者相辅相成，缺一不可。因此，我们进行数字电子技术课程设计还是很有必要的。从这两周的课程设计来看，主要锻炼了我的动手操作能力和分析能力。从刚开始的分组选任务到设计绘制电路图再到仿真和实物接线图， 每一步都需要仔仔细细认认真真的完成，每一个环节都要耗费大量的精力
18、去思考分析。以前在数电实验课做的实验都没有接触到这些内容， 也只做到了 MSI 组合逻辑电路等实验， 难度及工作量与这次课程设计不是一个等级的。那么这次做课程设计内容也更加贴近现实生活，难度也更加大。 我们小组做的是八路智力竞赛抢答器， 拿到这个课题， 我们就先在网上查阅相关资料，了解情况后，我们将这个课题分作几个部分来做。之后，我们开始查阅各种用到的芯片，对它们的管脚图和功能表熟悉。 在设计绘制及仿真电路图时我们用到了 Multisim 软件， 但由于之前没有接触过这个软件，所以只好到网上下载，安装，汉化，然后一步步地掌握这个软件的用法。电路图仿真成功后，便开始在实验室接线。这有上百根的线要
19、连起来，这点对我们是一个巨大的挑战。 有一根线连接错误或者芯片不工作， 整个设计结果都会失败。在电路仿真和实物接线期间，我们曾经遇到过一些困难，例如在接线完成后计时器不能正常计时显示，抢答器部分不能正常显示选手编号等，这些问题虽然困扰过我们，但最终还是解决掉了。在这里，要感谢指导老师对我们遇到的问题进行指导分析，帮助我们找到故障根源。更多的功劳在于我们小组能够不怕失败，不怕麻烦对电路一遍遍检查分析。恐怕这才是我们能够成功完成课程设计的关键吧。我认为，课程设计除了能够加强我们的动手能力以外，更多的是能够锻炼我们的分析能力，思考能力。电子芯片有这么多，我们不可能都把它们的管脚和功能表全都弄清楚，只
20、是我们需要的时候就通过查阅资料进行分析利用和设计。 实验中也存在着各种未知因素能够导致实验失败， 比如线路连接错误， 芯片有损坏等等。 面对这些问题， 我们不要气馁，不要放弃，要冷静思考问题所在，哪怕有上百根线，也要找出问题。两周的课程设计已经结束，但其中的过程是难忘的，是有意义的，因为平时这么不起眼的东西还有这么多东西在里面。电子技术课程设计评分标准环节项目评价优良中及格不及格实践环节 (70%)设计方案合理性与创造性 软件仿真完成情况 硬件调试完成情况 答辩情况任务完成情况 独立工作能力出勤情况设计报告 (30%)设计报告内容完整、规范，图纸 正确、清晰，设计步骤规范、正 确，设计结果可行。综合评价课程设计成绩评定为：口优 口良 口中 口及格 口/、及格指导老师签名：日期：14
