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数电课程设计八位抢答器

数电课程设计八位抢答器









数电课程设计说明书

题 系 ( 部

目 )

八人智力竞赛抢答器

专 业 ( 班 级 ) 姓 学 指 起 导 止 教 日 名 号 师 期

数字电子技术课程设计任务书(9)
系(部) :电子与通信工程系 专业: 指导教师:

课题名称
基本功能:

八人智力竞赛抢答器

(1) 设计一个智力竞赛抢答器, 可同时供 8 名选手或 8 个代表队参加比赛, 他们的选号分别是 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(编号显示数码管灭灯)和抢答器的开 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直保持到主持人将系统清零为止。 扩展功能: (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 15 秒)。当节目主持人 启动“开始”键后,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 0.5 秒左右。 (2) 参加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。

设 计 内 容 及 要 求

设 计 工 作 量

1、系统整体设计; 2、系统设计及仿真; 3、在 Multisim 或同类型电路设计软件中进行仿真并进行演示; 4、提交一份完整的课程设计说明书,包括设计原理、仿真分析、调试过程, 参考文献、设计总结等。 起止日期(或时间量) 设计内容(或预期目标) 课题介绍,答疑,收集材料 设计方案论证 进行具体设计 进行具体设计 编写设计说明书 备注

进 度 安 排

第一天 第二天 第三天 第四天 第五天

教研室 意见 年 月 日

系(部)主 管领导意见 年 月 日

长沙学院课程设计鉴定表
姓名 设计题目 指导教师意见: 学号 专业 班级 指导教师

评定等级: 答辩小组意见:

教师签名:

日期:

评定等级: 教研室意见:

答辩小组长签名:

日期:

教研室主任签名: 系(部)意见:

日期:

系主任签名:

日期:

目录
一、设计任务和要求 .................................................................................................................................. 5 1.1 基本功能: .................................................................................................................................... 5 1.2 扩展功能 ............................................................................................................................................ 5 二、设计方案 .............................................................................................................................................. 5 2.1 元器件明细表 .................................................................................................................................... 5 2.2 电路系统结构 .................................................................................................................................... 6 三、电路设计计算及分析 .......................................................................................................................... 6 3.1 秒脉冲发生器 .................................................................................................................................... 6 3.2 倒计时电路设计 ............................................................................................................................... 7 3.3 抢答电路设计 ................................................................................................................................... 8 3.4 整体电路如下: ............................................................................................................................... 8 四、总结及心得 ........................................................................................................................................ 10 4.1 设计任务完成情况 ........................................................................................................................... 10

一、设计任务和要求
1.1 基本功能:
(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——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(编号显示数码管灭灯)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 数码管行显示出选手的编号,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直保持到主持人 将系统清零为止。

1.2 扩展功能
(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”键后,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。 (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。

二、设计方案
2.1 元器件明细表
型号 74HC32 CD4511 555 74HC192 74HC00 4532 开关 二极管 电容 电阻 功能 二输入或门 七段数码管译码器 多谐震荡 同步可逆加减计时器 二输入与非门 8-3 译码器 数量 23 1 1 2 5 1 若干 若干 若干 若干

2.2 电路系统结构
电路系统结构如图 2-1

图 2-1 八人智力抢答器原理图

原理: 电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码器、门电路及显示电路、倒计时电路和 红绿灯电路组成。当有选手抢答时,用优先编码器可以阻止其他选手抢答,然后通过门电 路将数字显示在数码显示管上同时点亮红灯。主持人宣布开始抢答时,绿灯点亮,倒计时 电路启动由 30 计到 0,如有选手抢答,倒计时停止。

三、电路设计计算及分析
3.1 秒脉冲发生器
秒脉冲信号发生器是为倒计时电路产生脉冲信号使其完成减计数。它频率的快慢决定了选 手答题的时间。由 555 构成的多谐振荡器与分频器组合产生秒脉冲信号。 (1)555 多谐振荡电路产生时基脉冲 采用 555 产生 10Hz 震荡脉冲的参考电路如图 3.1-1 所示。电阻参数可以由振荡器的频率 计算公式为:f=1.43/((R1+2R2) * C)求得。 (2)分频电路 为了得到稳定的秒脉冲信号只需将 10Hz 电路用 74LS160 进行十分频。电路如图 3.1-2:

555 时基脉冲电路

3.2 倒计时电路设计
这一部分均采用两片中规模集成电路 74LS192。74LS192 是同步十进制可逆计数器,具有 双时钟输入,并具有清除和置数等功能。由功能表(见附录)可知用其减计数功能可以实 现倒计时,图中由 555 产生的秒脉冲和第二片的非同步借位输出端经过与非门作为第一片 的 CLK 信号,经过五个或门反馈到 LD(低电平有效)端进行预置数。

3.2-1 任意倒计时设计电路

3.3 抢答电路设计
(1)抢答电路的功能有两个:一是分辨出选手按钮的先后,并锁存优先抢答者的编号以 供显示译码器使用;二是要使其他选手的按钮操作无效。选用 4511 锁存器完成上述功能, 其电路

3.3-1 抢答电路原理图

工作原理:CD4511 是一个用于驱动共阴极 LED (数码管)显示器的 BCD 码—七段码译码 器,特点如下: 具有 BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的 CMOS 电路能提供较大的拉电流。 可直接驱动 LED 显示器。 通过主持人按下电源开关开关打开,可以开始抢答。一共有 S0-S7 八位选手当其中一位选 手按下抢答按键的时候 CD4511 译码器的输入端会得到一个信号在对这个信号进行译码然 后使得 LE 端断开锁存数据,最终实现抢答功能。抢答完后可由主持人控制复位开关进行 下一轮抢答。

3.4 整体电路如下:
本次设计的总体电路整体工作原理大体描述如下: 1.首先,由 555 构成多谐振荡器在经过分频器得到 1HZ 的秒脉冲,秒脉冲发生器的输出端 接到计数器的 CLK 端。 2.由计数器的减计数功能和置数功能完成 30 秒的倒计时电路,74LS192 为上升沿有效,经 过十个脉冲信号后第一片完成从 0-9 的计数,当下一个脉冲来到时第一片向第二片的非同 步输出端借位继续从 0-9 循环直到 30 秒结束。由或门构成的置数端产生低电平送到 LD 端 计数器重新置入,如此循环下去。 3.抢答电路由 4511 锁存器构成,当主持人控制按 钮断开时绿灯处于熄灭状态,数码显示管为“ 0”;当主持人按下开始是绿灯点亮,提醒 选手开始抢答,优先编码器工作,即抢答处于工作状态,等待输入低电平信号,当有选手 按动按钮时红灯点亮,74LS148 的 Yex=1,ST=0,使 4511 处于禁止工作状态,封锁了其他 按钮的输入。当优先抢答者回答完问题后,由主持人控制开关,使电路复位,以便进行下 一轮抢答。从而实现抢答的准确性。

3.4.1 八位数字抢答器

3.4.2 倒计时控制电路

3.4.3 倒计时八人智力抢答电路

四、总结及心得
4.1 设计任务完成情况

通过课程设计,完成了本次设计的技术指标,刚开始设计的时候,由于倒计时电路这部分 比较难搞定,所以在连接电路的时候,就会停下来设计倒计时电路,为了提高效率,在实 际的操作中,先实现 99 倒计数电路,预置数测试通过后,再把秒脉冲信号送进去,调测 符合要求,最后完成倒计时电路的连接。倒计时与抢答电路连接后完成一块电路板,它所 实现的功能就是可供 8 名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。 用数字显示抢答倒计时间, 由“30”倒计到“0”时,无人抢答,继续循环,直到有选手抢答。选手抢答时,数码显 示选手组号,同时红灯点亮提示主持人已有选手抢答,倒计时停止。

4.2 心得体会
我们学习了数字电子电路和模拟电子电路,对电子技术有了一些初步了解,但那都是一些 理论的东西。设计是我们将来必需的技能,这次实习恰恰给我们提供了一个应用自己所学 知识的机会,从到图书馆查找资料到对电路的设计、电路的调试再到最后电路的成型,都 对我所学的知识进行了检验。在实习的过程中发现了以前学的数字电路的知识掌握的不 牢。同时在设计的过程中,遇到了一些以前没有见到过的元件,但是通过查找资料来学习 这些元件的功能和使用。最重要的是要熟练地掌握课本上的知识,这样才能对试验中出现 的问题进行分析解决。 通过这次课程设计我明白了课本知识与实际应用之间的距离。我 明白了不管你书本知识学的有多好,不通过实际应用我们学的就都是死知识,到头来可能 都是无用工。 只有理论与实际相结合我们才能对所学的知识灵活掌握, 才能运用自如。 在 整个设计过程中懂得了许多东西,也培养了独立思考和设计的能力,树立了对知识应用的 信心,相信会对今后的学习工作和生活有非常大的帮助,并且提高了自己的动手实践操作 能力, 使自己充分体会到了在设计过程中的成功喜悦。


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