数电四人抢答器

电子技术课程设计课题：数电四人抢答器院系：电气与电子工程学院专业：电气信息类班级：电气1201班姓名：周*****学号：12********武汉轻工大学2014年6月15日数电四人抢答器-1-目录绪论...........................................................................................................................................2一、设计任务和要求.............................................................................................................21.1设计任务...................................................................................................................21.2设计要求...................................................................................................................2二、方案设计与论证..............................................................................................................32.1抢答器的基本工作原理...........................................................................................32.2系统框图...................................................................................................................32.3方案比较...................................................................................................................4三、单元电路设计..................................................................................................................43.1抢答器控制电路.......................................................................................................43.2编码器电路的设计...................................................................................................53.3定时电路...................................................................................................................63.4复位电......................................................................................................................73.5报警电路..................................................................................................................83.6时序控制电路..........................................................................................................93.7译码器电路和数码管显示电路的设计.................................................................-10-四、总电路工作原理及元器件清单....................................................................................-10-4.1总电路原理图.........................................................................................................-10-4.2元件清单.................................................................................................................错误!未定义书签。五、硬件电路的调试............................................................................................................-13-5.1仿真软件简介.........................................................................................................-13-5.2仿真结果..................................................................................................................-14-六、设计过程中的问题和解决办法....................................................................................-14数电四人抢答器-2--七、设计成品的优点与不足................................................................................................错误!未定义书签。八、结论与心得...................................................................................................................15绪论基于数字电子技术的设计创新和产品创新看起来似乎永无止境，而且它们也的的确确在方方面面日益完善和丰富着我们每个人的日常生活和工作。随着科技的进步和社会的发展，现代电子产品设计越来越注重产品的易使用型，人机界面一定要良好。声音、图象等作为人类交往的最重要手段，也被体现在电子产品设计中。采用一颗语音芯片，让产品开口说话，可以起到强化宣传品牌、指导用户使用、故障紧急提示、娱乐等功能，使产品设计新颖实用、先声夺人、出奇制胜。一、设计任务和要求1.1设计任务设计一台可供4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“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响1秒。选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响1秒，倒计时停止。1.2设计要求(1)4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。(2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。数电四人抢答器-3-(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，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。(4)抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续1秒。参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。(5)如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续1秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。(6)可用石英晶体振荡器或者555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。二、方案设计与论证2.1抢答器的基本工作原理整个电路框图如上图所示，主要分为两部分，一个是计时部分，一个是抢答电路，其中抢答器电路由，编码器电路，RS触发电路，译码器电路，数码管显示电路组成，封锁电路由三个或门组成，其作用是只让先按下的有效，而后按下的无效，主持人按钮用来将电路复位，并将输出清零和编码电路解除封锁，译码电路用来译出编码，数码显示部分用来显示按下的选手号码，556定时电路用来定答题的时间。2.2系统框图当主持人宣布开始，定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时，并通过译码器在显示器中显示。报警电路给出声音提示。当选手首先按某一开关键时，可通过触发锁存电路被触发并锁存，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。然后在译码器中译数电四人抢答器-4-码，将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状态。最后在显示电路中显示出所按键选手的号码。若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出。如图2.1图2.1系统框图1、当主持人按下“开关”按钮后，选手可以通过按按钮的快慢来决定由谁来回答，按得快的选手的编号显示在电子显示管上。2、此后选手输入被锁住，如果主持人按下复位键则编号显示处不作任何显示。3、然后选手开始作答，作答的时间少于30秒，以倒数的方式进行，而且通过显示屏把时间显示出来。4、主持人按下开关，所有的显示及工作状态回到初始状态以便进行下一次答题。2.3方案比较方案1：采用CD4511芯片作为抢答信号的触发、锁存和译码输出。这样虽然比较简便，但实际在实现锁存功能时比较繁琐难实现。方案2：采用JK触发器和译码器来完成抢答部分。虽然元件较多，但在实现锁存功能时可以简单的实现。经过对比两方案的优缺点，决定采用抢答信号锁存简单实现的方案2。然后利用软件proteus来进行仿真调试，再进行逐步改进。抢答按钮触发器锁存电路译码电路主持人控制开关控制电路报警电路秒脉冲产生电路定时电路译码电路显示电路显示电路数电四人抢答器-5-三、单元电路设计3.1抢答电路电路如图2所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁定74LS175的功能真值表即优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示选手编号；二是要使其他选手随后的按键操作无效。图2抢答电路其工作原理为：当主持人控制开关处于“清除”时，D触发器的清零端为低电平，使D触发器被强制清零，输入的抢答信号无效。当主持人将开关拨到“开始”时，D触发器Q非端前一状态为高电平，四个Q非端与在一起为高电平，再和