智力竞赛抢答器

电子技术课程设计报告学院：专业班级：学生姓名：学号：指导教师：组队成员：设计时间：课程设计题目（数字部分）：智力竞赛抢答器一、任务设计与要求1.该抢答器最多可供4选手参赛，各队分别用一个按钮控制，并设置一个系统清零开关，该开关由主持人控制。2.抢答器具有数据锁存功能，有抢答信号输入（开关中的任意一个开关被按下）时，数码管显示出对应的组别号码，此时再按其他任何一个抢答器开关均无效。3.同时四位选手各自所对应的一个指示灯显示亮，并依旧“保持”第一个开关按下时所对应的状态不变，直到下一轮抢答开始才灭。。4.功能拓展：本组所设计的四位抢答器除了实现以上基本功能以外，还可以实现以下多种功能：①警报功能。警报功能一：当主持人清零开关还未被按下前，如有参赛选手提前按下抢答键时，蜂鸣器工作，并且在警报数码管显示犯规选手的编号，以便用于各位选手的犯规减分；警报功能二：当系统清零开关被按下，抢答开始，如果在倒计时(两位倒计时)结束之前选手们都未抢答，即倒计时一直倒时，直到零秒停住，如之后有选手按下抢答键，则视为选手未在规定时间内抢答，视为犯规，蜂鸣器工作，发出警报并显示犯规选手的编号，同样用于各位选手的犯规减分；警报功能三：如果在规定时间内，有选手进行抢答，则之后的其他选手按键属于正常抢答，不视为犯规。②可调节倒计时本电路虽采用了两位倒计时，但另设置了两个四位平滑开关，既可调节各位数值倒计时时间，也可调节两位数值的倒计时时间。调节范围在0-99秒。③提醒主持人功能当有选手按下抢答键时，蜂鸣器就会工作，以便提醒主持人有人进行了抢答。④抢答开始标志位鉴于蜂鸣器既用于警报又用于提醒功能，对于什么时候才允许开始抢答，我们不再采用另一个蜂鸣器，而是另设置了一个红色发光二极管，当此管处于红色时，抢答器不工作，即抢答无效；当此管不显示红色时，抢答器开始工作，即抢答开始。⑤总复位功能即将所有的数码管重新置于零（最初始状态），本电路将采用电源开关作为此清零功能。二、电路原理分析与方案设计首先，通过555多谐振荡器发出一个稳定的脉冲信号（本实验调节电位器之后，输出4kHz），然后通过一个分频器将脉冲信号处理为实验所需信号。通过D触发器，设计抢答环节，通过抢答信号的高低电平使LED数码管上显示相应的数值和对蜂蜜器的触发，同时做到对抢答的锁存，以及在抢答时做到对倒计时的控制。三、单元电路分析与设计1.抢答器的总体结构如上图所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号以及所对应的指示灯，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路主要是倒计时显示、蜂鸣提醒、蜂鸣警报以及显示哪位选手犯规。抢答器的工作过程是：1）接通电源时，节目主持人将开关置于清除位置，抢答器处于禁止工作状态，号码显示为零。2）当选手在规定时间内按动抢答键时：①优先辨别电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；②扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；③控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作总控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下多谐振荡器分频器四路抢答器蜂鸣器LED数显管发光二极管锁存功能一轮抢答。3）当主持人按下按键之前，有人抢答，视为犯规，警报并显示其编号。4）当在规定的倒计时内未有人抢答时，若还有人按下抢答键，则视为犯规，警报并显示其编号。2.元件清单元件序号型号主要参数数量备注0174LS004个2输入与非门40274LS046组反相器60374LS202个4输入与非门50474LS487段译码器40574LS742个D触发器10674LS1754个D触发器组成的抢答器20774LS190十进制同步加/减计数器208555定时器209平滑开关四位210电阻100Ω（3），200Ω（4个），1kΩ（14个），10kΩ（1个）2211陶瓷电容0.1uf（1个），0.01uF（2个），470uf（1个）412电位器10K，5K213数显管共阴414蜂鸣器115发光二极管LED-GREEN(4个)，LED-RED（1个）516三极管NPN（8550）117普通二极管LED-RED(1个)，LED-GREEN(4个)118按钮button53.核心元器件介绍1）74LS190：十进制加减法计数器其时序图如下图：2）555定时器：在本实验中用于制作多谐振荡器。产生1hz以及4khz频率的方波。其内部组合图以及芯片引脚图如下：3）74LS175（用于锁存）简介：其引脚功能：4）74LS74：由两个D触发器构成，可用于设计分频电路。其内部引脚图：5）74LS04：它是一个数字控制开关芯片简单来说里面就是几个电子开关电路由外部信号控制内部开关状态，为六组反相器芯片，内部有六组与非门。其内部引脚图：4.分析与设计1）脉冲源以及分频电路(采用555多谐振荡器及D触发器分频电路)1Hz方波发生器：1kHz方波发生器及其分频器（四分频）：2）四路抢答器的锁存电路其中D5即为扩展中的抢答开始标志位；D1,D2，D3，D4分别为1号，2号，3号，4号各自对应的指示灯。74LS175扮演锁存功能，74LS175后的门电路属于编码功能，亦可用74LS138或74LS137代替。3）抢答后的编号显示上图是三号选手抢答成功时，LED数码管的编号显示。74LS48作为共阴数码管的编码器。4）倒计时电路上图处于倒计时59秒时刻。图中两个平滑开关用于调节倒计时的时间，以便适合各种场所的需要，但本实验限定在0-99秒。对于74LS190，我们采用脉冲的有无，来控制芯片的使能。5）警报与提醒功能电路既可用于警报犯规选手，又可提醒主持人已有人进行抢答。6）显示犯规选手编号此图显示的是一号选手处于犯规状态。四、总原理图五、安装与调试1.测试各触发器及各逻辑门的逻辑功能，判断器件的好坏。2.焊接电路。3.断开抢答器电路中CP脉冲源电路，单独对多谐振荡器及分频器进行调试，调节多谐振荡器10KΩ电位器，使其输出脉冲频率约4ｋHZ。4.测试抢答器电路功能：接通＋5V电源，CP端接连续脉冲源（f=1KHZ）。（1）抢答开始前，开关K1、K2、K3、K4均置0，准备抢答，将开关K5置0，电平指示灯全熄灭，再将K5置1。抢答开始，K1、K2、K3、K4某一开关置1，观察电平指示灯的亮、灭情况，然后再将其他3个开关中任一个置上1，观察电平指示灯的亮、灭有否改变。（2）重复（1）的内容，改变K1、K2、K3、K4任一个开关状态，观察抢答器的工作情况。5.整体测试。六、性能测试与分析调整多谐振荡器5KΩ电位器，使其输出脉冲频率约4ｋHZ，观察F3及F4输出波形及测试其频率（如图1）。图1调整多谐振荡器，使其输出脉冲频率约1HZ，观察F3及F4输出波形及测试其频率（如图2）。图2实物图：抢答电路处于初始状态CP来源及警报电路总开关及白黑电源线，还包括4KHz方波及其四分频电路总电路的大部分四、结论与心得由于数电中的主要表现形式是逻辑电平，所以这对我们对整体的把握有很高的要求，而且我们所设计的电路是最复杂的，工程量很大，更是不能出错。稳压电源的制作电路是最基本的将交流转换为直流的电路，它主要有四部分组成：交流电压变换部分，整流部分，滤波部分和稳压部分。交流电压变换部分主要由变压器组成，整流部分可以用4个二极管组成桥式整流，滤波部分则主要由电容来完成，稳压部分主要用利用反馈原集成的稳压电路的元件组成。这次的课程设计模拟部分完成的还算比较快，重要的检查和排错的过程，由于几次的疏忽，很多问题浮出水面，我们只能一项一项的排查，又由于对于LM317稳压器的引脚不熟悉导致电路出错，后来弄清了错误的源头，一切问题都迎刃而解。在检验成功的那一刹那，我们都长长舒了一口气，心情也放松了很多，这是凝结了我们汗水与智慧的成果。而在抢答器部分比较熟悉，所以完成的也不算困难。虽然这么说，但在仿真这块如何锁定，如何根据所要求的频率选择电阻及电容，还是要纠结一下的。并且焊接这块很容易焊错，我就经常焊错，导致浪费了很多时间。团队精神不仅仅是凝聚，而且任务上分工也让整个实践的效率也提升很多。我们团队把任务分担开来，每个人都能在兼顾总体进度的前提下加快自己负责部分的完成。一定程度上自己平时粗心冒失的习惯也有所改观。因为不论哪个环节都不允许有错误，接线中的每条线都直接影响着整个电路是否顺利调试成功。五、参考文献[1]康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）.高等教育出版社，2005