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八位数字抢答器的课程设计

八位数字抢答器的课程设计

数字电子技术课程设计
——数字抢答器的设计

专业:电子信息工程 班级:09-1 学号:200707131008 姓名:XXX

河北经贸大学课程设计

摘要
中文摘要: 本课程设计主要利用了 74 系列常用集成电路, 设计数码显示八路抢答器的 电路组成、设计思路及功能。该抢答器除具有基本的抢答功能外,还具有 定时、计时和报警功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间,系 统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答,则计时将自动停止; 若在规定的时间内无人抢答,则系统中的蜂鸣器将发响,提示工作人员本 轮抢答无效,实现报警功能。

关键词:八路;抢答器;设计;定时;计时;报警

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Abstract:
In this paper, the electric circuit and designing thought of an answering racer based on the common-used series of 74 IC with 8-wire is introduced, and its function is also described. The answering race’s function includes timing, counting, and alarming, besides the basic function of an answering racer. The host sets the provided time for the answering race through the time-setting switch, after this the system will count down the time automatically. If anybody answer the question on time, the counting of time will stop; If nobody answer the question on time, the alarm will give out some sound, helping the host know the race in this turn is of no use, so the function of alarming is achieved.

Key words:8-wire, answering racer, design, timing, counting, alarming

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目录
1、 设计任务及要求…………………..4

2、

设计过程…………………………..4

3、

总原理图和 PCB 制板图………….7

4、

主要仪器与设备……………………16

5、

设计体会与建议……………………17

6、

参考文献……………………………17

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智能数字抢答器的设计

一、设计任务及要求:

1.设计任务: 设计一个具有锁存与显示功能的 8 人抢答逻辑电路。 2.要 求: 1. 抢答器同时供 8 名选手或 8 个代表队比赛, 分别用 8 个按钮 S0 ~ S7 表示。 2. 设置一个系统清除和抢答控制开关 S,该开关由主持人控制。 3. 抢答器具有锁存与显示功能。 4. 抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定(如 30 秒) 。 5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答,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的时间,并保持到主持人将系统清除为止。

二、设计过程

1 设计目的 (1)熟悉集成电路的引脚安排。 (2)掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。 (3)了解面包板结构及其接线方法。 (4)了解数字抢答器的组成及工作原理。 (5)熟悉数字抢答器的设计与制作。 2 设计思路 (1)设计抢答器电路。 (2)设计可预置时间的定时电路。 (3)设计报警电路。 (4)设计时序控制电路。 3 设计过程

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3.1 方案论证 数字抢答器总体方框图如图 1 所示。

图 1 数字抢答器框图

其工作原理为:接通电源后,主持人将开关拨到“清除”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 置于“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。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。

3.2 电路设计 抢答器电路如图 2 所示。

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图 2 数字抢答器电路

该电路完成两个功能:一是分辨出选手按键的先后,并锁存优先抢答 者的编号,同时译码显示电路显示编号;二是禁止其他选手按键操作无效。 工作过程:开关 S 置于“清除”端时,RS 触发器的 R 端均为0,4 个 触发器输出置0,使 74LS148 的 ST =0,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 ,

Y2 Y1 Y0 = 010, Y EX = 0, BI 经 RS 锁存后, 1Q=1, =1, 74LS48

处于工作状态,4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外,1Q=1,使 74LS148 ST =1,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 YEX = 1, 此时由于仍为 1Q=1,使 ST =1,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。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置于“清除”然后再进行下一 轮抢答。
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定时电路如图 3 所示。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。 仿真电路图如下

7

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U2

DCD_HEX

VCC
5V
4 3 2 1

U1A

13

4

7

9

LED1 R9 U1B
74LS279D
R S Q Q Q Q

LED_green

74LS279D
R S1 S2 1 2 3 10 11 12 R S1 S2 R S

5 6

14 15

R10
510ohm

15 14

E0 GS

A0 A1 A2

9 7 6

U3
10 11 12 13 14 15 16 17

0

74LS148D
~EI V18 5

10 11 12 13 1 2 3 4

0 1 2 3 4 5 6 7

VCC
5V

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

R8

J1

J2

J3

J4

J5

J6

J7

J8

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定时电路仿真电路如下

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U3 U4

DCD_HEX

DCD_HEX

4 3 2 1

4 3 2 1

VCC
5V

R1
12 13

10kohm

12

13

3

2 6 7

3 2 QA

QA QB QC

QD

QB QC 1 1

6 7 QD 2 D

~CO

~BO DOWN

~LOAD

74LS192D
C D CLR A B UP

~LOAD

U1

~CO ~BO DOWN

U2
74LS192D

J1

CLR UP

4

14 5

14 5

15 1

10 9

4

15 1 10 6

11

Key = Space

XFG1

11

U6A
4 5 &

74LS04N

U5B 74LS00D

9

A B C

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报警电路如图 4 所示。由 555 定时器和三极管构成的报警电路如图 4 所示。其中 555 构成多谐振荡器,振荡频率 fo=1.43/[(RI+2R2)C],其 输出信号经三极管推动扬声器。PR 为控制信号,当 PR 为高电平时,多谐振 荡器工作,反之,电路停振。

图 4 报警电路

报警电路仿真图如下

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时序控制电路如图 5 所示。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人正常抢答工作状态。 ② 当参赛选手按动抢答键时,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 ST 。 图 5 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 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, 使 在定时时间未到时, “定时到信号” 1, G2 的输出 ST =0, 74LS148 则 为 门 处于正常工作状态,从而实现功能①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,门 G2 的输出 ST =1,74LS148 处于禁止工作状态,从而实现功 能②的要求。当定时时间到时,则“定时到信号”为 0, ST =1,74LS148 处于禁止工作状态, 禁止选手进行抢答。 同时, G1 处于关门状态, 门 封锁 CP 信号,使定时电路保持 00 状态不变,从而实现功能③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。 秒脉冲发生电路仿真图

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图 5 时序控制电路

4 系统调试与结果 (1)组装调试抢答器电路。 (2)可预置时间的定时电路,并进行组装和调试。当输人 1Hz 的时钟 脉冲信号时,要求电路能进行减计时,当减计时到零时,能输出低电平有 效的定时时间到信号。
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(3)调试报警电路。 (4)定时抢答器的联调,注意各部分电路之间的时序配合关系。然后 检查电路各部分的功能,使其满足设计要求。

三、总原理图和 PCB 制板图如下

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四、主要仪器与设备

数字电路实验箱 或 EDA 软件 MAX PLUSⅡ 集成电路 74LS148—1 片,74LS279—1 片,74LS48—3 片, 74LS192—2 片,NE555—2 片,74LS00—1 片,74LS121—1 片。 电 阻 510Ω—2 只,1KΩ—9 只,4.7kΩ—l 只,5.1kΩ—l 只, 100kΩ—l 只,10kΩ—1 只,15kΩ—1 只, 68kΩ—l 只。 电 容 0.1uF—1 只,10 uF—2 只,100 uF—1 只。 三极管 3DG12—1 只。 其 它 发光二极管—2 只,共阴极显示器—3 只。
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五、设计体会与建议
6.1 设计体会 通过这次对数字抢答器的设计与制作,让我了解了设计电路的程序, 也让我了解了关于抢答器的基本原理与设计理念,要设计一个电路总要先 用仿真仿真成功之后才实际接线的。但是最后的成品却不一定与仿真时完 全一样,因为,再实际接线中有着各种各样的条件制约着。而且,在仿真 中无法成功的电路接法,在实际中因为芯片本身的特性而能够成功。所以, 在设计时应考虑两者的差异,从中找出最适合的设计方法。此外,本实验 也可通过 EDA 软件 Multisim10 实现。通过这次学习,让我对各种电路都有 了大概的了解,所以说,坐而言不如立而行,对于这些电路还是应该自己 动手实际操作才会有深刻理解。

六、参考文献

[1] 康华光. 电子技术基础. 北京:高等教育出版社,1999 年 [2] 彭华林等编. 数字电子技术. 长沙:湖南大学出版社,2004 年 [3] 金唯香等编. 电子测试技术. 长沙:湖南大学出版社,2004 年 [4] 侯建军. 数字电路实验一体化教程. 北京:清华大学出版社,北 京交通大学出版社,2005 年 [5] 阎石. 数字电子技术基础. 北京:高等教育出版社,2001 年 [6] 赵春华、张学军.电子技术基础仿真实验. 北京:机械工业出版社 出版社,2007 年

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课程设计题目 学生姓名 指导老师姓名 课程设计内容:

智能数字抢答器 XXX XXX 指导老师职称 副教授

1 运用所学的数字电子知识,和模拟电子知识进行电路设计。

2 设计出的智能数字抢答器,除了具有基本的抢答功能外,还

具有定时、计时和报警功能。

3 使用通用器件 1.国内外现状、拟采用的方法及技术路 近几年来,数字技术的建设在全球蔓延:美国、欧洲坡等国 家纷纷建立起了数字电子技术。美国的电子技术非常可观。 随着人们生活水平的不断提高,数字化控制无疑是人们追求 的目标之一,它所给人带来的方便也是不可否定的,其中智能数字 抢答器就是一个很好的典型例子,但人们对它的要求也越来越高, 要为现代人工作、科研,生活、提供更好的,更方便的设施就需 要从数字电子技术入手,一切向数字化,智能化方向发展. 本

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文所介绍的智能数字抢答器具有控制精度高, 制作比较容易等优 点。

工作计划、时间安排: 1. 2010 年 3 月 10 日,熟悉课题,收集资料。 2. 2010 年 3 月 19 日,就本小组开题情况向指导老师汇报工 作情况。 3. 2010 年 4 月 5 日,就课题的研究进度向指导老师汇报, 并向指导老师对其解释说明。 4. 2010 年 4 月 24 日,设计初稿完成,向指导教师交设计初 稿。 5. 2010 年 5 月 7 日,根据教师指导,对设计课题论文进行 修改完善。 6. 2010 年 6 月 12 日, 设计终稿完成, 由指导教师将审阅后。 教 研
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室 意 见 学 院 意 见

主任签字:







院长签字:







备 注

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