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1、课程设计(论文)题 目 名 称 智能抢答器 课 程 名 称 电子技术课程设计 学 生 姓 名 学 号 系 、专 业 电气工程及其自动化 指 导 教 师 2010年 1 月 15 日摘要随着电子技术的发展，它在各个领域的应用也越来越广泛。人们对他的认识也逐步加深。人们也利用了电子技术以及相关的知识解决了一些实际问题。如：智能抢答器的设计与制作。抢答器是竞赛问答中一种常用的必备装置,从原理上讲,它是一种典型的数字电路。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；主持人按开始按钮示意开始，以上两部分组成主体电路。通过定时电路实现计时功能，构成扩
2、展电路。经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。在抢答电路中利用一个优先编码器译出最先抢到答题权的选手的编号并经LED显示器显示出来，同时还要封锁电路以防其他选手再抢答。当选手问答完成后，主持人将系统恢复至零。关键词：控制电路; 报警电路; 定时电路目 录摘要1绪论11.1设计背景11.2设计任务与要求12 总体设计方案23 系统详细设计33.1 抢答器电路33.2 定时电路43.3报警电路53.4相关元器件的介绍64系统仿真与测试94.1仿真步骤94.2仿真结果及分析95收获与体会11参考文献12元件清单131绪论1.1设计背景在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通
3、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 规及奖励记录等多种功能。该设计就是针对上述各种要求设计出的供 6 名选手参赛使用的数字式竞赛抢答器。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器 、 译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器 上输出实现计时功能，构成扩展电路。经过布线、焊接、调试等工作后，数字抢答器成形。1.2设计任务与要求1设计制作一个可容纳六组参赛的数字式抢答器，每组设计一个抢答按钮供抢答者使用。2电路具有第一抢答
4、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“嘀嘟”的双音音响持续 23 秒。此时，电路应具备自锁功能，使别组的抢答开关不起作用。3设置记分电路。每组在开始时预置成 100 分，抢答后由主持人记分，答对一次 加 10 分，否则减 10 分。4设置定时电路。30 秒时仍无人抢答，则报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。5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。2 总体设计方案6路数字智能抢答器采用74LS148优先编码器分辨选手抢答的先后，并通过RS锁
5、存器74LS279锁存抢答者的编号，再经过74LS48芯片译码驱动共阴极数码管显示。总体框图如图1所示。其主要由主体电路和扩展电路两部分组成。主体部分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。扩展电路完成定时的抢答功能。显示电路控制电路秒脉冲产生电路显示电路译码电路定时电路优先编码电路抢答按钮译码电路锁存器主体电路主持人控制开关扩展电路图 1 定时抢答器的总体框图图1所示定时抢器的工作过程是：接通电源时，节目支持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定的时间，当主持持人宣布抢答题目后，说
6、一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器倒计时，当定时时间到，却没有选手抢答时，输入电路被封锁，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成下面几个工作：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，然后有译码显示电路显示编号；2.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；3.控制电路要使定时器停止工作，时间器上显示抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止，以便进行下一轮抢答。3 系统详细设计3.1 抢答器控制电路图2 抢答器控制电路参考电路如图所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答
7、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。工作过程：开关S置于清除端时，RS触发器的 端均为，个触发器输出置，使74LS148的 ，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，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出 经RS锁存后， Q1=1, =1,74LS48处于工作状态， QQQ=101,经译码显示为。此外，1，使74LS148 ，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，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。如有再次抢答需由主持人将开关重新
8、置，然后再进行下一轮抢答。74LS148为线优先编码器。3.2 定时电路图3 定时电路该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制可逆计数器74LS192、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74LS192的预置数控制端由主持人控制实现预置数，当主持人端为低电平时,74LS192置数;当主持人端为高电平时,电路开始倒计时。当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时30s时间到时， 输出低电平到时序控制电路，之后选手抢答无效,并报
9、警。3.3报警电路图4 报警电路此图表示已开始抢答，但过了设定的30s时间后还无人抢答，报警，系统自动停止，无法再抢答，直到主持人重新开始。由555 芯片构成输出一定频率的多谐振荡电路，555芯片的4号管脚作为控制端，当4号管脚为高电平时，蜂鸣器发出声音；当4号管脚为高电平时，蜂鸣器不发声。主持人端的输出信号与74LS148的15号管脚输出端信号相或非再与74LS192的TCD端经反相器的输出信号相或。当倒计时到零还没人抢答时，74LS192的TCD端输出一个电平，经反相后，为高电平，输入555的4号管脚，蜂鸣器发声；当主持人端还没开始，有人抢答，0或非0为1，高电平使蜂鸣器发声。3.4相关元
10、器件的介绍该设计用到较多集成电路电路芯片，在此给出其管脚图和部分功能介绍。1) 74LS27974LS279 RS锁存器，当R=1，S=0时，输出为；当R=1S=1时，锁存器具有保持功能，将输出一直保持为1，达到锁存的目的。 2) 74LS148下图为74LS148的功能介绍，ST为使能端，控制芯片的工作；当无输入时，YEX=1，有输入时，YEX=0。其功能真值表如下：表1 74LS148功能表输入输出0 1 2 3 4 5 6 72 1 0 1X X X X X X X X1 1 11 101 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 00X X X X X X X 00 0 0 0 10X
11、 X X X X X 0 10 0 1 0 10X X X X X 0 1 10 1 0 0 10X X X X 0 1 1 10 1 1 0 10X X X 0 1 1 1 11 0 0 0 10X X 0 1 1 1 1 11 0 1 0 10X 0 1 1 1 1 1 11 1 0 0 100 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 13) 74LS148译码器 图5 74LS148译码器管脚分布图由功能表可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端（优先级别最低位）有低电平输入时，A2A1A0均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由GS的状态加以区别，当GS1
12、时，表示8个输入端均无低电平输入，此时A2A1A0=111为非编码输出；GS0时，A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码（编码输出）。EO只有在EI为0，且所有输入端都为1时，输出为0，它可与另一片同样器件的EI连接，以便组成更多输入端的优先编码器。 从功能表不难看出，输入优先级别的次为7，6，0。输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。例如5为0。且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时，输出代码为010，这就是优先编码器的工作原理。4) 555 定时器555定时器是一种多用途的数字/模拟混合
13、集成电路，具有开关特性，可以构成各种单元脉冲电路。其功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。图6 555 定时器4 系统仿
14、真与测试4.1仿真步骤（1）根据自己所画好的电路图，在protues元器件库选择相应的元器件。（2）用导线将元器件按图连接好。（3）将元器件相应参数设置好。（4）进行电路仿真，根据仿真修改相应的参数。4.2仿真结果及分析1) 总体电路 图7 电路总体仿真图2) 抢答开始 图8 抢答开始电路此图表示：主持人喊开始抢答后第25秒，第六组选手抢答到了此题6收获与体会这一次课程设计，它加深与巩固了我们所学的专业基础课程，例如数电和模电，并将其综合运用，提高了我们综合运用知识的能力还有就是将理论运用于实践，另一方面，培养了我们对专业知识学习的趣；同时也提高了我们分析问题的能力。这次课程设计的设计流程我采
15、用分块的设计顺序，优化了设计流程使之更符合逻辑性。但是需要注意的是，在其中每个环节必须认真进行，如果某模块电路没有设计好，或者存在错误，则总的电路必然会受到影响，所以在设计时应该考虑到实际情况。有时候会因为一个极小的疏忽而导致整个电路无法运行，例如，在仿真过程中由于我忘记接地导致输出老是不对。另外，该课程设计也要求我具备扎实的理论知识，刚开始由于理论知识掌握的不牢靠，在进行仿真设计时也一度使我碰壁，浪费了很多时间，最后不得不捧着书本，再把一些学的不牢固的知识好好的学了一遍。通过这次课程设计，我基本掌握了用Protues软件仿真电路图并进行仿真分析，且初步掌握了电子电路的设计方法，在以后的学习中
16、还需多加练习，熟练掌握，为以后的工作作准备。回顾这次课程设计，从选题到定稿，从理论到实践，我懂得了理论与实践相结合的重要性。在这次课程设计当中，我本来是抢答、定时、报警、时序控制电路都有设计，但仿真做出来的只有定时和抢答两部分，而实物部分定时电路还无法正常工作，由此可见即使课本知识掌握的很好，如果不会综合运用，也是一些支离破碎的无用的知识，只有能把它运用到实践当中，才是真正属于你自己的知识。实践是检验真理的唯一标准，这句话说的真不假啊。以前在课堂上只是听老师说，自己在一旁死记硬背背下来，就以为自己学得很不错了，这一次，既是一个打击一次教训，也是一次学习。参考文献1.阎石.数字电技术基础.高等教
17、育出版社.2004年2.陈大钦.罗杰.电子技术基础实验.高等教育出版社.2008年 3.赵伟军.Protel 99 SE教程.人民邮电出版社.2004年4张克农.数字电子技术.高教出版社出版.第一版.2006年5彭介华.电子技术课程设计指导.高教出版社出版.第一版.2002年6曾建唐.电工电子基础实践教程.机械工业出版社.2002年7康光华.电子技术基础.高教出版社出版.第四版.1999年元件清单序号 元 器 件 名 称 型号参数 数 量 备 注 18-3优先编码器74LS14812R-S锁存器74LS27913BCD七段显示译码器74LS4834十进制同步加/减计数器74LS19225共阴极七段数码管BS201A36555定时器CB55527四-2输入或非门74LS0218四-2输入或门74LS3219六反相器74LS04110电阻10K611电阻15K312电阻65K213电阻1K114电容0.01uF315电容10uF216扬声器217开关6
