数字式抢答器课程设计(1)

1数字电子系统设计报告题目名称：数字式竞赛抢答器姓名：宋扬学号：20130407101028班级：13电子信息工程指导教师：郭红俊邯郸学院信息工程学院2014年12月2一、摘要数字式竞赛抢答器主要由74系列集成电路组成。该抢答器除具有基本的抢答功能外,还具有定时、报警和第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出声音持续2～3s。此时，电路具备自锁功能，使别组的抢答开关不起作用。若在规定的时间无人抢答或者提前抢答，系统中的蜂鸣器发响，并由组别电路显示出犯规组别，提示主持人本轮抢答无效,以此实现报警功能。计分电路中，每组在开始时预制成100分，抢答后由主持人计分，答对一次加10分，否则减10分。【关键词】集成；蜂鸣器；锁存二、设计目的有许多比赛活动中，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、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。同时，还可以设置记分、犯规及奖惩记录功能。(1).了解抢答器的设计原理(2).掌握其外围电路的设计与主要性能参数测试方法(3).掌握抢答器的设计方法与电子线路系统的装调技术三、设计要求内容和步骤1、设计要求（1）、设计一个可容纳六组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。（2）、电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出声音持续2～3s。此时，电路应具备自锁功能，使别组的抢答开关不起作用。（3）、设置计分电路。每组在开始时预制成100分，抢答后由主持人计分，答对一次加10分，否则减10分。（4）、设置犯规电路，对提前抢答和超时抢答的组别鸣喇叭示警，并由组别电路显示出犯规组别。（5）、要求设计出电路，并撰写成果说明书。2、设计步骤1.拟定定时抢答器的组成框图。2.设计并安装各单元电路（要求设计布线整齐，美观，便于级联调试）。33.测试定时抢答器的逻辑功能，以满足设计功能的要求。4.画出定时抢答器的逻辑电路。5.写出设计性实验报告。四、电路的基本功能要求及原理方框图1、基本功能要求（1）：设计一个智力抢答器抢答器，能同时供6名选手或6个代表队比赛，他们的编号分别是1，2，3，4，5，6各用一个按纽，按纽编号与选手的编号相对应，分别用6个按钮S1-S6表示。（2）:给主持人设置一个系统清除和抢答开始的控制开关S。（3）：抢答器具有锁存与显示功能。即抢答开始后，若选手按动按钮，锁存器立即锁存相应的选手编号，并在LED数码管上显示选手的编号（1-6），同时扬声器发出声响提示。选手抢答实行优先锁存，禁止其他选手抢答，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。（4）：抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间为30秒，当主持人启动开始键后，定时器立刻倒计时，若30秒时间内有选手抢答，则显示器显示倒计时时间，并显示，保持到主持人将系统清除为止。（5）：参赛选手在设定的时间内进行抢答有效，超过时间抢答无效，定时器停止工作，定时显示器显示00。（6）：计分电路，与抢答电路相互独立，每组在开始时预置成100分，答对一次加10分，否则减10分，由主持人计分。2、原理框图4原理框图工作原理：接通电源后，主持人将开关拨到清零状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示00；主持人将开关闭合即“开始”状态，宣布开始抢答器工作。定时器计时，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。五、抢答器电路当电路接上电源后，整个电路都处于工作状态．当主持人开关打开时，电路处于清零状态．此时，各个触发器的Q非端输出都为１，假设芯片编码器74LS148处于工作状态，此时，输入的都是高电平，而两输出使能端EO和GS的输出状态分别为0和１，GS端与个JK触发器的JK端相连，即各输入端均为1，所以只要当R端为无效电平“1”时，同时有效脉冲边沿过来时触发器就能翻转。当主持人闭合开关，宣布可以抢答后，主线灯亮，此时电路为可抢答状态，当选手按下开关时，CP脉冲由高电平变为低电平，即有一个有效地脉冲边沿过来，触发器发生反转，此时Q端为1，同时对应的灯亮，Q非端输出为0，此时74LS148的其中一个输入端输入信号“0”，OE与GS发生翻转，OE=1，GS=0。使得触发器的JK输入端输入“0”，就算其他选手把开关合上，其对应的触发器也不会翻转。5抢答器电路1、显示电路图3.2显示电路当其中一个选手按下抢答器后，74LS148编码器其中一个输入端为0，例如，当1号选手按下开关，则Q1输入为0，此时Q6Q5Q4Q3Q2Q1为111110，输出Y2Y1Y0为110经过74LS48译码器为001,则在七段数码管上显示“1”表3.174LS148芯片真值表Q1Q2Q3Q4Q5Q6Y1Y2Y3EOGS01111111010X0111110110XX011110010XXX01101110XXXX0101010XXXXX000110七段数码管真值表ABCDabcdefg字形0000111111001000011000011100110110120010111100131010011001140110101101151110001111162、报警电路6报警电路报警电路由两个555定时器构成。由图中可以看到,接上电源后,当信号输入为高电平时,第一个555连接成的单稳态触发器的输出为低电平,处于稳定状态,这时,右边的多谐振荡器的复位输入为低电平,所以其输出也为低电平.扬声器不发音.当信号输入为低电平时,单稳态触发器被触发,处于暂稳态,此时其输出为高电平,输入到多谐振荡器的复位端,多谐振荡工作,输出为频率为1.2KHz的脉冲波形.这样扬声器就会以1.2KHz的频率发出间歇式声响。要求持续2~3秒，可调节电阻和电容实现。假设t=3s，电阻分别为20k、273k、0.61k、2.4k，电容分别为100pf、100pf、0.22uf、0.01uf。3、定时电路定时电路定时电路由两片74LS160构成，其本身为十进制同步计数器，真值表如下所示：7CLKMRPES1S2QXX1XX全0↑10XX预置数↑0011计数X000X保持X00X0保持当有效脉冲边沿过来时，有两片74LS160构成的31进制加计数器，当片1输出为0001，片二输出为1100，即转换为十进制时是30，此时片1Q0输出和片二Q0、Q1输出经过三输入与非门后为“0”，使片1的CET、CEP输入为0，片1停止工作，所以数码管显示30。4、秒脉冲发生电路秒脉冲发生电路由555定时器构成的多谐振荡器经过调整电阻电容能改变秒冲周期。当R1=15K，R2=68K，C1=10uF时，T=1s。5、计分电路8f9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8f9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8f9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8BI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8SN74LS48NBI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8SN74LS48NBI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8SN74LS48NabcdefgabcdefgabcdefgabcdefgGNDGNDVCCVCCVCCVCCVCCVCCGNDGNDGNDGNDVCCVCCVCCabcdefgabcdefgP11Q12Q03DWN4UP5Q26Q37GND8P39P210LD11TCU12TCD13RST14P015VCC16DM74LS192MP11Q12Q03DWN4UP5Q26Q37GND8P39P210LD11TCU12TCD13RST14P015VCC16DM74LS192MabcdabcdabcdabcdGNDGNDVCCVCCVCC1K231S?231S?VCC1KGNDGND231S?12231U1ADM7402N计分电路预置分数为100分，最小变量为10，则各位数保持0不变，所以低位74LS48输入均为零不变。由于74LS192为BCD十进制可逆同步计数器，真值表如下表所示：表3.4UPDWNRSTLDQ0Q1Q2Q3XX1X0000XX01ABCD↑100加法计算1↑00减法计算1100保持当选手答对问题时，拨动开关S1，则系统给十位进1，当要进位时，则向高位进位。答错时拨动开关S2，系统给十位减1，若十位为0时，系统会向高位借位。六、总电路及分析9总电路I010I111I212I313I41I52I63I74EI5EO15GS14A09A17A26VCC16GND8SN74LS148D912CLK13K11J10Q15Q14SR74CLK3K5J6Q1Q2SR912CLK13K11J10Q15Q14SR74CLK3K5J6Q1Q2SR912CLK13K11J10Q15Q14SR74CLK3K5J6Q1Q2SRVCCGNDBI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8SN74LS48NGNDVCCVCCf9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8VCCGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDGNDVCCGNDS1S2S3S4S?S?231U1ADM7402NTRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1LM555JTRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1LM555J20KR4273KR3100pFC?100pFC?GND610R52.4KR60.22uFC?0.01uFC?GNDLS?GNDMR1PE9CET10CEP7CLK2TC15P03Q014P14Q113P25Q212P36Q311VDD16GND8DM74LS160AMMR1PE9CET10CEP7CLK2TC15P03Q014P14Q113P25Q212P36Q311VDD16GND8DM74LS160AMBI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8SN74LS48NBI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8SN74LS48Nf9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8f9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8GNDGNDVCCVCCGNDGNDGNDGNDGNDGNDVCCVCCVCCVCCVCC213SN74LS126ADVCCSTRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1LM555J15KR168KR210uFC10.1uFC2GND100pFC?1289U?ACD4023BCM12310f9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8f9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8f9g10e1d2A3c4DP5b6a7A8BI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8SN74LS48NBI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8SN74LS48NBI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8SN74LS48NabcdefgabcdefgabcdefgabcdefgGNDGNDVCCVCCVCCVCCVCCVCCGNDGNDGNDGNDVCCVCCVCCabcdefgabcde