简易八路抢答器制作

《简易抢答器制作》课程设计说明书1电子技术综合训练设计报告题目：简易抢答器制作姓名：学号：班级：同组成员：指导教师：日期：《简易抢答器制作》课程设计说明书2电子技术综合训练任务书22012年秋季学期学生姓名学号专业方向班级题目名称简易抢答器制作一、设计内容及技术要求：设计并制作一个简易数字抢答器，基本要求：1、抢答组数分为八组，序号分别为S0，S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，优先抢答者按动本组按键，组号立即在LED显示器上显示，同时封锁其它组的按键信号。2、系统设置外部清除键，按动清除键，LED显示器自动清零灭灯。3、数字抢答器定时为30S，启动开始键后，要求30S定时器开始工作，发光二极管点亮。4、抢答者在30S内进行抢答，抢答有效，如果30S定时到时，无抢答者，则本次抢答无效，系统短暂报警。5、电源：220V/50HZ的工频交流电供电；（注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）6、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。发挥部分：自行设计二、提交成果：1、设计报告2、作品3、电路原理图：要求提交两份，一份为CAD/EDA软件绘制，另一份为手工绘制，图纸大小自定，但要符合标准，电路图绘制要规范。三、设计进度：1、时间：三周2、进度安排：（1）第一周选题，熟悉题目，分析要求，查找资料，选择方案，优化方案，确定原理方框图，单元电路设计，选择元器件；（2）第二周进行电路仿真，确定电路原理图，画出电路原理图，购买元器件，焊接电路；（3）第三周电路调试，电路测试，绘制电路原理图，完成设计报告，答辩。指导教师签字：《简易抢答器制作》课程设计说明书3目录课程设计任务书………………………………………………………………………摘要……………………………………………………………………………………1、实验目的……………………………………………………………………………2、设计要求与内容……………………………………………………………………3、设计及原理…………………………………………………………………………3.1总体方案设计……………………………………………………………………3.1.1设计思路………………………………………………………………………3.1.2总电路框图……………………………………………………………………3.2各模块设计方案及原理说明……………………………………………………3.2.1抢答电路………………………………………………………………………3.2.2倒计时电路…………………………………………………………………4、电路仿真…………………………………………………………………………4.1抢答电路………………………………………………………………………4.2倒计时电路……………………………………………………………………5、总结、体会和建议………………………………………………………………6、参考文献…………………………………………………………………………附录…………………………………………………………………………………1、总电路图…………………………………………………………………………2、元件引脚图………………………………………………………………………3、元器件清单………………………………………………………………………《简易抢答器制作》课程设计说明书4摘要随着科学技术的不断发展，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样。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，当今的社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，知识竞赛之类的活动愈加频繁，那么也就必然离不开抢答器。因此抢答器是机关学校、电视台等单位开展智力竞赛活动必不可少的设备，通过抢答者的按键、数码显示等能准确、公正、直观地判断出优先抢答者。此次设计采用了数字显示器直接指示，自动锁存显示结果，并自动复位的设计思想，由数字电路以及外围电路组成，采用74系列常用集成电路进行设计。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，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能，若超过抢答时间则抢答无效。该抢答器主要运用到了编码器，译码器和锁存器：它采用74LS148来实现抢答器的选号，采用74LS279芯片实现对号码的锁存，采用74LS192实现十进制的减法计数，采用555芯片产生秒脉冲信号来共同实现倒计时功能，采用74LS121单稳态芯片来实现报警信号的输出。关键字：抢答电路；定时电路；报警电路；LED《简易抢答器制作》课程设计说明书5简易抢答器制作1、实验目的1、进一步深入理解《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》两门课程的内容；2、能够综合运用所学知识，完成一个简单电子系统的设计；3、学会使用相关工程软件进行电子线路辅助设计，掌握常用电子元器件的使用方法；4、初步掌握电子系统设计的一般方法，具备一定的工程设计能力；5、培养独立思考和独立解决问题的能力，培养科学精神和严谨的工作作风。2、设计要求与内容在许多比赛活动中，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、灯光或音响等多种手段指示出第一抢答者。1、抢答组数分为八组，序号分别为S0，S1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，优先抢答者按动本组按键，组号立即在LED显示器上显示，同时封锁其它组的按键信号。2、系统设置外部清除键，按动清除键，LED显示器自动清零灭灯。3、数字抢答器定时为30S，启动开始键后，要求30S定时器开始工作，发光二极管点亮。4、抢答者在30S内进行抢答，抢答有效，如果30S定时到时，无抢答者，则本次抢答无效，系统短暂报警。5、电源：220V/50HZ的工频交流电供电；（注：直流电源部分仅完成设计即可，不需制作，用实验室提供的稳压电源调试，但要求设计的直流电源能够满足电路要求）6、按照以上技术要求设计电路，绘制电路图，对设计的电路用Multisim或OrCAD/PspiceAD9.2进行仿真，用万用板焊接元器件，制作电路，完成调试、测试，撰写设计报告。《简易抢答器制作》课程设计说明书63、设计及原理3.1总体方案设计3.1.1设计思路①本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择使用触发器或锁存器等。在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。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。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，也可以用发光二极管直接指示出组别。③在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有组别抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无组别抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。、3.1.2总电路框图图3-1总电路框图《简易抢答器制作》课程设计说明书73.2各模块设计方案及原理说明3.2.1方案的选择：3.2.1.1【方案一】原理：在选手抢答前，“清除/起始”开关S使基本RS触发器输出端Q为0，使集成8线-3线优先编码器禁止；当主持人按下“清除/起始”开关S时，基本RS触发器输出端Q为1，与优先扩展输出端Yex共同作用，使集成8线-3线优先编码器选通输入端ST为0，允许编码，等待数据输入。此时优先按动序号的组号立即通过编码器按BCD421码输出，经RS锁存器74LS279将该数码锁存到LED显示器上。与此同时，Yex（引脚为14）由1翻转为0，与非门G1输出为1，选通输入端ST为1，编码器被禁止。此外，在Yex由1翻转为0时，还驱动报警电路工作，发出声音。5VVCCR13kohmA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14354~RBI~LTU174LS247D~BI/RBOA09A17A26GS1431341522121117463E015V181011121314151617~EI574LS148DU2010U3A74LS279D4723165RS1S2QRSQU3B74LS279D9131112101514RS1S2QRSQ5VVCCABCDEFGBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBus8x10kohm主持人开关控制开始清除选手控制开关12374LS00D&45674LS00D&21174LS04D45674LS00D&Q_Q基本RS触发器G1方案一图示《简易抢答器制作》课程设计说明书83.2.1.2【方案二】该方案即为笔者所采用的方案，它采用了74LS148来实现抢答器的选号，采用了74LS279芯片实现对号码的锁存，采用了74LS192实现十进制的减法计数，555芯片产生秒脉冲信号来共同实现倒计时。3.2.2确定方案在方案一中，主要多了一个基本RS触发器，以及相对的74LS148引脚与74LS279之间连线的相应改变，这又涉及到之后的提高方案中的连线的改变。它有自身的优点，即基本RS触发器又相当一锁存器（74LS279），它可以对主持人的指令进行进一步的锁存，这样就可以增强它的抗干扰能力，但其线路过于复杂，由于方案二已能满足此次设计的要求，而且它的原理更简单易懂，直观明了，元件更少，连线更方便，且比较容易实现，所以最终选用了方案二。3.3.1抢答电路此部分电路主要完成的功能是实现8路选手抢答并进行锁存，同时有相应发光二极管点亮和数码显示。使用优先编码器74LS148和锁存器74LS279来完成。该电路主要完成两个功能：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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S置于清除端时，RS触发器的R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端＝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，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO=1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR＝1，使74LS148优先编码工作标志端＝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的此时由于仍为CTR＝1，使优先编码工作标志端＝1，5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。只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。通过74LS48译码器使抢答组别数字显示0-7。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。《简易抢答器制作》课程设计说明书9原理图如下：图3-2抢答模块原理图《简易抢答器制作》课程设计说明书10RS触发器：1.保持状态。当输入端接入S=R=1的电平时，如果基本SR触发器现态Q=1、Q=0，则触发器次态Q=1、Q=0；若基本SR触发器的现态Q=0、Q=1，则触发器次态Q=0、Q=1。即S=R=1时，触发器保持原状态不变。2.置0状态。当S=1，R=0时，如果基本SR触发器现态为Q=1、Q=0，因R=0，会使Q=1，而Q=1与S=1共同作用使Q端翻转为0；如果基本SR触发器现态为Q=0、Q=1，同理会使Q=0，Q=1。只要输入信号S=1，R=0，无论基本SR触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为0态。3.置1状态。当S=0、R=1时，如果触发器现态为Q=0、Q=1，因S=0，会使G1的输出端次态翻转为1，而Q