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1、课程设计名称： 电子技术课程设计 题 目： 智能抢答器的设计 专 业：电气工程及其自动化班 级： 姓 名： 学 号： 辽宁工程技术大学课 程 设 计 成 绩 评 定 表学期20122013（第二学期）姓名 专业电气工程及其自动化班级电气课程名称电子技术课程设计设计题目智能抢答器的设计评定标准评定指标分值得分知识创新性20理论正确性20内容难易性15结合实际性10知识掌握程度15书写规范性10工作量10总成绩100评语：任课教师时间 年 月 日备 注课程设计任务书一、设计题目智能抢答器的设计二、设计任务1.设计一个抢答器供4名选手参赛使用，他们的编号分别为1、2、3、4.分别用四个按钮S1S4控
2、制，按钮编号与参赛者编号一一对应，并设计一个系统清零和抢答控制开关S,此开关由主持人控制。2.抢答器具有数据所存功能。即选手按动按钮后，锁存相应编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出警报声响，主持人清零后，声音提示停止。3.抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定。当主持人启动开始键后，定时器进行倒计时，同时扬声器发出短暂的声响。4.参赛的选手在规定的时间内进行抢答，抢答有效则定时器停止工作，显示器上显示选手的编号并保持，直到主持人将系统清除为止。5.若定时时间已到，无人抢答的话，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，显示器显示0。三、设计计划 7月5日，查阅相关资料，熟悉题目和
3、设计内容 7月6日，确定设计方案并进行具体设计准备阶段 7月7日，进行设计、修改 7月8日，编写整理设计说明书，打印装订 7月9日，上午进行课程设计答辩四、设计要求 1.自己独立完成，条理清晰画出电路原理图 2.认真设计并写好报告，附有相关资料和图纸，写出心得体会指 导 教师： 教研室主任： 时 间：摘要随着我国经济和文化事业的发展，在很多竞争场合都要求有一个迅速且公正的竞争裁决，例如证券、股票交易以及各种娱乐节目的智力竞赛等。而在各种答题竞赛中往往分为几组参加，参赛选手根据主持人提出的问题，在规定的时间里进行抢答。对于抢答，要判定哪组先按键，为了公正，这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员。本
4、文介绍了一种利用数字电路实现的抢答系统，具有很强的实用性。本产品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；在抢答同时附有声音输出接口，提示主持人此时已完成这次的抢答。与其他抢答器电路相比较有分辨时间极短、结构清晰、成本低、易操作、制作方便等优点。关键词：竞赛活动；抢答；锁存；编码译码；复位目录0 引言.11 设计目的和指标.21.1设计目的.21.2 设计指标和要求.22 系统设计原理和方案分析.32.1电路组成原理.32.2设计思路.32.2.1电路设计.32.2.2单元电路设计.32.3抢答器.42.3.1抢答器电路图.42.3.2抢答器
5、完成项目.42.3.3主要功能介绍.53 各电路设计及工作分析.63.1定时电路设计与相关元器件.63.2报警电路设计与相关元器件.73.3时序电路设计与相关元器件.74 总结与体会.9致谢.10参考文献.110 引言在科技高速发展的21世纪，人才成为最重要的社会资源之一。竞争日益激烈，人才选拔，评选择优的活动越加频繁，而在这些活动当中，往往分为几组选手参加，根据主持人提出的问题，若用举手的方式进行抢答，往往会因主持人判断的误差，造成比赛的不公平性。本着公平公正的原则，就需要有一种稳定、准确的工具，因此智能抢答器应运而生，由于其准确性高、实用性强，所以得到迅速推广，从最初的益智类节目，广泛应用
6、到各类活动、娱乐节目中。早期的抢答器只由几个过三极管、可控硅、发光二极管等组成，能通过发光二极管的指示辨认出选手号码，而现在大多数抢答器是由单片机或数字集成电路组成。1 设计目的及指标1.1 设计目的通过课程设计一个四人的抢答器和可调定时器，运用所学的数字电子技术的知识进行理论设计、安装调试、后期制作、分析总结等阶段，为了提高电子技术方面的实践技能，学习掌握工程设计的方法和组织实践的基本技能。1.2 设计指标和要求1.设计一个可供4名选手参加比赛的智能抢答器。他们的编号分别为1、2、3、4各用一个抢答按钮，编号与参赛者的号码一一对应，此外还有一个系统清零和抢答控制开关，由主持人控制。2.抢答器
7、具有数据锁存的功能，并将锁存的数据用LED数码管显示出来，同时蜂鸣器发出间歇声响。抢答开始，若有参赛者按动按钮，编号立即锁存，数码管立即显示出最先按动按钮的选手所对应的编号，扬声器给出声音提示。3.抢答器对抢答选手动作的先后有很强的分辨能力，即使他们的动作仅相差几毫秒，也能分辨出抢答者的先后。即再按下任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧保持第一个开关按下时所对应的状态不变，直到主持人将系统清零为止。4.主持人有控制开关，可以手动清零复位。主持人清零以后，声音提示停止。5.抢答器具有可调倒计时的功能，且倒计时的时间由主持人设定（如30 秒）。当主持人启动“开始”键后，定时器进行倒计时，也可根据比
8、赛的实际情况设计答题倒计时的时间。若定时抢答时间已到，仍没有选手抢答，则本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续0.5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.用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2 系统设计原理和方案分析2.1 电路组成原理根据功能要求，应设计有抢答电路、译码显示电路、定时电路、报警电路、，各个电路都有其自己的功能。通过复位按键S，电路进入就绪状态，等待抢答。首先由主持人发布抢答命令（按下S按键），在此同时发光二极管随即变亮，当看到二极管亮，进入倒计时状态和抢答状态。在电路中“S1S7”为4路抢答器的4个按键，如果有人按下
9、按键，程序就会判断是谁先按下的，然后从P2口输出抢答者号码的七段码值，经GAL16V8驱动，送到码管显示，并封锁键盘，保持刚才按键按下时刻的时间，禁止其他人按键的输入，从而实现了抢答的功能。如果在设定的时间中没有一个人按下按键，一到时间，不可以抢答。当要进行下一次的抢答时，由主持人先按一下复位按键S，电路复位，进入下一次抢答的就绪状态。2.2 设计思路2.2.1.电路设计电路由选手开关电路、主持人开关电路、触发锁存电路、时间脉冲电路、抢答鉴别电路和显示电路组成。设计结构框图如图1：图1设计原理图2.2.2单元电路分析 （1）选手开关此电路由4个开关组成，四位抢答者通过各自的开关来实现抢答，给编
10、码器输入高低电平，其中低电平为有效抢答信号。 （2）主持人开关此电路由1个开关和一个1k的电阻组成，主持人通过开断开关控制整个电路开合。 （3）触发锁存电路此电路由D触发器74LS175组成。它具有以下功能：1.清零功能(用集成触发器清除端实现，由主持人输入手动负脉冲控制)。2.四个抢答键控制功能(有按键实现)。3显示功能(用数字逻辑实验箱中的发光二极管实现)。4.脉冲信号控制功能(由主持人输入手动正脉冲控制)。2.3抢答器2.3.1 抢答器电路如图2：图2抢答器电路2.3.2抢答器完成项目：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，然后由译码显示电路显示编号；2.扬声器发出
11、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；（1）控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，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。（2）定时抢答器，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，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。（3）定时抢答器的工作过程是：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，编号显示器灭灯，定时显示
12、器显示设定的时间，当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，此时抢答器处于工作状态，定时器开始倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。2.3.3主要功能介绍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编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。选用优先编码器74ls148和RS锁存器可以完成上述功能。这个电路的工作原理过程：当主持人控制开关s置于“清零” 端时，RS触发器的R非端均为0，4个触发器输出（Q4-Q1）全部置0，使74ls148的BI的非=
13、0，显示器灯灭：74LS148的选通输入端ST的非=0，使之处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人把开关S置于“开始”时，优先编码器和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端的信号，当有选手将键按下时（比如按下s5），74LS148的输出Y2Y1Y0的非=010，YEX的非=0，经RS锁存后，CTR=1，BI的非=1，经74ls148译码后，显示器显示为“5”。此外，CRT=1,使74LS148的ST的非为高电平，封锁其他按键的输入。如果再次抢答需有主持人将S开关重新“清除”，电路复位。3 各电路设计及工作分析3.1 定时电路设计与相关元器件由节目主持人根据抢答题的难
14、易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计。抢答开始后，秒脉冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。当记到了9秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为0。74LS192具有下述功能：(1)异步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000(2)异步置数：CR=0，LD=
15、0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0(3)保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态(4)加计数：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数 (5)减计数：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数 555定时器内部结构的简化原理图如下图3所示，它由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电BJT以及缓冲器G 组成。定时器的主要功能取决于比较器的输出控制RS触发器和放电BJT T的状态。图中Rd为复位输入端，当Rd为低电平时，不管其他输入端的状态如何，
16、输出Vo为低电平。因此在正常工作时，应将其接高电平。 由555定时器和三极管构成的报警电路如下图所示。其中555构成多谐振荡器。振荡频率fo143（RI2R2）C，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。图3 555定时器3.2 报警电路设计与相关元器件如图4:图4报警电路3.3 时序控制（超时报警）电路设计与相关元器件如图5所示：图5 时序电路时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：主持人将控制开关拨到开始位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。 当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停
17、止工作。 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。其中，门G1 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端 。工作原理是：主持人控制开关从清除位置拨到开始位置时，来自于74LS279的输出 1Q=0，经G3反相， A1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则定时到信号为 1，门G2的输出 =0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q1，经 G3反相， A0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时
18、，门G2的输出 =1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到时，则定时到信号为0， =1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时， 门G1处于关门状态，封锁 CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。4 总结与体会本次课程设计经过5天的不懈努力，基本已经达到了预期的要求。这是我第一次进行课程设计，因而在很多方面都还不熟练，比如说对一些元器件的功能不太了解，所以就不能熟练运用。不过通过这次课程设计我学到了很多知识，以前还没有弄明白的细节，这次已经都解决了，同时也加深了对数电、模电知
19、识的理解，巩固了我们所学的知识，有助于我们今后的学习。总之，这次课程设计我收获很多，即为我以后的课程设计打好了基础，也将为自己的人生之路做好了铺垫。致谢在这次设计过程中，各种各样的感触都有，设计前的不知所措与茫然，设计过程中的着急与烦躁，设计出来以后的激动与喜悦。往往很多问题在书本上我们会做，但是让我自己设计出来还真是困难，不知道如何下手。但只要我不放弃、认真思考、敢于尝试就会成功。感谢这次课程设计，让我所学的理论知识不再是纸上谈兵。感谢我的指导老师，是他给了我很大的帮助。刚开始的时候，我是一头雾水不知道如何下手，在老师的耐心指导下，我一点一点明白了，老师帮我分析并告诉我一些基本流程，这让我明白了好多。后来我又查找了很多资料，于是乎很多问题都解决了。再次感谢老师的耐心指导。参考文献1数字电子技术基础（第五版）阎石主编，北京：高等教育出版社2常用电路模块分析与设计指导王松武等编著，清华大学出版社3数字电路设计与制作汤山俊夫，科学出版社 4555定时器原理及实用电路集锦杨兆选编著，天津大学出版社 5新型集成电路及其应用实例何希才，北京：科学出版社
