四路抢答器课程设计(含protues仿真文件)

1课程设计说明书2015-2016学年第1学期学院：专业：学生姓名：学号：31课程设计题目：4路抢答器（含直流电源）制作指导教师：日期：2015-12-182目录1、课程设计目的…………………………………………………………………….32、课程设计内容和要求2.1、设计内容……………………………………………………………………….32.2、设计要求………………………………………………………………………….33、设计方案………………………………………………………………………….33.1.1、设计电路功能的分析………………………………………………………33.1.2、方案论证……………………………………………………………………43.2、主要芯片介绍…………………………………………………………………43.3、抢答电路设计………………………………………………………………83.4、显示电路设计…………………………………………………………………93.5、555震荡电路设计………………………………………………………………93.6、电源电路………………………………………………………………………103.7、时钟电路……………………………………………………………………103.7、违规控制……………………………………………………………………113.9、整体电路………………………………………………………………………114、课程设计总结……………………………………………………………………125、参考文献…………………………………………………………………………1231课程设计的目的1，了解抢答器电路设计的基本实现原理；2，掌握时序逻辑电路的逻辑功能和使用方法；3、Protues仿真。2课程设计的设计和要求2.1设计内容1，查阅所用器件技术资料，详细说明设计的抢答器电路工作流程；2，抢答器电路采用与编码器、译码器、定时器、电阻、电容、与或非门等电子器件构成，参加组数为四组。3，电路可以实现由选手按键先后判断谁获得答题权；抢答成功时点亮相应的指示灯，且抢答成功选手号数在数码管上显示。4，主持人没有按抢答开始按键时，若有人抢答，抢答无效，且该选手直接取消抢答资格；5,抢答开始后有20S抢答倒计时，成功抢答后要有60S回答问题倒计时。2.2设计要求基本要求：(1)在抢答开始后，若有参赛者按下抢答按钮，能准确判断出最先按下抢答按钮的参赛选手，并把其编号显示出来。(2)成功抢答后，若再有人按下抢答按钮，抢答状态不发生改变。(3)具有复位功能，按下复位按钮，可进入下一次抢答准备阶段。(4)要完成作品的仿真演示（用proteus仿真软件实现）和实物制作（万能板上焊接电路），且作品设计中只能用编码器、译码器、定时器、电阻、电容、与或非门等基本器件或芯片，不可以用单片机或PLC等控制器。（5）作品工作电压只提供交流220V电源，作品中所用其他电压由交流220V电源进行转换供给，电源转换电路须自行设计制作。发挥部分：（1）抢答开始后要有20S抢答倒计时，成功抢答后要有60S回答问题倒计时。（2）若抢答者违规，能实现用指示灯记录违规情况，达到一定违规次数后有相应处理措施。（3）在实现上述功能外，可自行设计增加具有创新特色的抢答器附加功能。3方案的设计3.1.1设计电路功能的分析通过任务书可知该电路的功能为：1，主持人还没说开始抢答，选手不能抢答，如果有选手在主持人还没说开始抢答时抢答会被视为违规操作，违规者直接取消抢答资格；2，主持人说开始抢答时，选手开始抢答,抢答开始后有20S抢答倒计时；3，抢答时，分辨出选手按键的先后并锁存优先抢答器的编号，使非优先者抢答无效；4，抢答成功的人对应的发光二级管亮并数码管显示对应的号数；5，抢答时间有60秒，60秒后自动复位，若60秒内回答完，可以手动复位。4通过分析，知工作原理是：通电后，主持人按下开始抢答按钮，主持人宣布抢答“开始”，倒计时20秒，20秒内选手可以抢答，抢答器处于工作状态。抢答器需完成：①优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码电路使对应的二极管发光，显示对应选手号数；②抢答成功后倒计时改为60秒，60秒内选手必须完成答题内容；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。当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答，若60秒抢答成功的选手未能完成答题内容，系统自动复位。3.1.2方案论证本课题的设计方案的电路主要由主题电路和扩展电路构成。通过控制电路和主持人开关启动抢答电路两部分组成主体电路；优先编码电路、锁存器、译码电路将选手的输入信号通过二级管输出，以及播放音乐，构成扩展电路。图1.四路抢答器的工作框图工作原理：接通电源后，主持人未按下开始抢答按钮，抢答器处于禁止状态，发光二级管灭，数码管显示0，此时，若有选手抢答，视为违规，相应的二极管发光，并且取消抢答资格；当主持人将按下开始按钮，抢答器开始工作，选手开始抢答并且倒计时20秒，通过优先判断，编号锁存，及译码电路，对应的二极管发光，并使数码管显示抢答成功的选手号数；当选手将问题回答完毕时，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，若60秒抢答成功的选手未能完成答题内容，系统自动复位，以便进行下一轮抢答。通过对该方案进行分析可知：通过控制电路，使电路图简单明了，避免重复，控制起来更加方便。选手的动作的先后有很强的分辨力，即使先后只相差几毫秒，抢答器也能分辨出来，抢答器直线实现动作选手的编号，并保持到主持人清零为止，加上定时系统配合应用。因此该方案具有较强的实用性。3.2主要芯片介绍3.2.1优先编码器74ls147引出端符号：控制电路主持人控制开关编码电路数码管显示电路锁存电路译码电路抢答电路51－9编码输入端(低电平有效)，ABCD编码输出端(低电平有效)3.2.2D触发器74ls175：数据选择端（S）为四组共用，供四组从各自的2个数据（A1、B1、A2、B2、A3、B3、A4、B4）中分别选取1个所需数据，只有在四组共用的选通端G为低电平时才可选择数据。63.2.3译码器74ls24773.2.4555定时器下图就是利用555定时器构成的多谐振荡器原理图，其中R1=1.5k，R2=1.5k，C1=0.2uf，所以产生时钟脉冲的频率由f=1/（0.69（R1+2R2）C1可计算出f=333kHz,远远超出设计要求产生的1kHz频率，这说明第一个选手按下按键后，电路可以马上锁存，防止第二名选手即使在很短的时间按了键都没效。实现了四人抢答器的优先判决这个功能它的各个引脚功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。一般用5V。3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。当此端接低电平，则时基电路不工作，此时不论TR、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基准电压分别为的情况下，555时基电路的功能表如表1示83.2.574ls19274LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示；图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。3.3抢答电路设计该部分主要完成两个功能：一是分辨选手按键的先后，并锁存优先抢答者的号；二是禁止其他选手按键操作无效。选用优先编码器74LS147和D触发器74ls157分别实现上述功能。具体电路图如图所示：93.4显示电路设计该部分主要完成的是：将抢答电路中存储的编号型号通过发光二级管提示出哪位选手抢答成功，并同时显示强大成功选手号数。具体电路图如图所示：3.5555震荡电路设计该部分主要完成的是：555振荡电路位74ls573提供cp脉冲103.6电源电路该部分电路主要功能是把220v交流电源转换为稳定的5v直流电源。3.7时钟电路20秒和60秒倒计时3.8违规控制电路113.9整体电路124课程设计总结通过这次课程设计，不但巩固了已学的理论知识，还加强了我的动手、思考和解决问题的能力。同时，通过网上搜索和图书馆查找资料等多方面的查询，我学会了许多课本上学不到的东西，也更加深刻地体会了理论联系实际的重要性，要多实践，方能真正的理解知识。首先通过查资料明白了设计的大体思路，每一步该实现怎么样的功能，怎么实现该功能。接下来是找资料了解各芯片的功能，并通过芯片实现其功能。最后设计电路图和仿真。同时也学会了protues等软件的使用，让我更加了解了芯片的功能以及设计电路的方法和步骤。也让我了解了从前的学习过程很浮浅，通常只注重理论理解，不能将理论运用与现实，而现在要做课程设计，就不得不要求对所用到的知识有更深层次的理解。因为课程设计的内容比及书本中的理论知识而言，更接近于现实生活，是需要动手的，而理论到实践的转化往往是一个艰难的过程，它犹如一只拦路虎，横更在我的面前。所以我更加努力、充分利用自己身边的各种资源解决问题。本次课程设计主要是设计和仿真主体电路，虽然在设计中会遇到这样那样的问题，有时认为是正确的，而在仿真中却出现了这样那样的问题。但最后通过问同学或查资料都解决了。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。13此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，如独立思考解决问题，出现差错是的应变能力，都受益非浅，同时也知道了我以后的努力方向：理解理论，更要多思考，将理论运用于实践，这样才能使自己去完成高质量的项目。在此，我对给予我精心辅导的老师和周围帮助我的同学表示衷心的感谢！5参考文献1.秦曾煌．电工学（第七版）（下册）．北京：高等教育出版社，2009.66protues文件4路抢答器课程设计（protues仿真）.zip