数电设计抢答器

数电课程 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 抢答器 学习类 2008-09-03 13:34:34 阅读2646 评论4   字号：大中小 订阅         摘要   电子技术实验是一门重要的实践性技术基础课程。开设本课程的目的在于使学生理论联系实际，在老师的指导下完成大纲规定的实验任务。通过实验熟悉电工.电子技术的应用中常用的设备和电子器件，熟悉常用仪器的使用方法，掌握正确记录.处理实验数据、绘制曲线、分析实验结果的方法，从而开发学生分析问题或解决问题的能力，培养学生具有严谨的工作作风，实事求是的科学态度，刻苦钻研、勇于探索和创新的开拓精神以及遵守纪律、团结协作和爱护公物的优良品质，为今后从事专业科研工作和 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 技术工作打下良好的基础。   智能抢答器是一种在智力游戏或竞赛流行的电子设备，流行于竞赛中，出于配合竞赛的公平精神，活跃竞赛气氛。它把竞赛队员的积极主动性发挥到极致，队员之间的竞赛风气在它的推动下将显的异常激烈，所以在重大的辩论会，知识竞赛等等中，智力抢答器的要求要完全符合竞赛队员和赛场的需要。队员们分开入座后，主持人提出问题需要队员们抢答，当主持人说完“抢答开始”后，所有队员等待主持人按下抢答器开始按钮，思考完问题需要抢答的会迅速按下该座位上的抢答按钮，抢答器设计里有个LED液晶显示屏幕用于指示哪个参与者最先按下了按键，并将其锁定，直到主持人按下复位下一竞赛开始。在本例种我们将用一些门电路制作一个简单的抢答器。读者可以从中学习到基本门电路的应用，对数字逻辑设计产生一定的感性认识。   本设计是四路抢答器，需要完成的抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛， 设置一个系统清除和抢答控制开关S，具有锁存与显示功能，具有定时抢答功能参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效。   具体地，其功能从电路设计的角度可以这样描述。电路的输入为四个按键对应四个游戏参加者，另一个输入为清零按键，对应主持人在下一轮开始之前将前一轮的指示清除。输出为四个LED，分别对应四个游戏参与者，如果第一个LED被点亮显示了数字1，则指示第一个选手最先按下按键，以此类推。当选手中其中一个按键按下时，对应的LED应该被立即点亮并且显示数字，除复位按键之外的输入被锁定，其他选手再按键时输入无效。 平顶山工学院本科课程设计报告 目录 1 概述………………………………………………………………………………2 1.1 主要功能……………………………………………………………………2 1.2 扩展功能……………………………………………………………………2   2 总体 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 设计……………………………………………………………………3 2.1设计要点……………………………………………………………………3 2.2 功能图……………………………………………………………………3   3 单元模块设计……………………………………………………………………4 3.1 抢答器电路设计……………………………………………………………4 3.2 定时器电路设计……………………………………………………………5 3.3 报警器电路设计……………………………………………………………5 3.4 振荡器电路设计……………………………………………………………6 3.5 整设计电路设计……………………………………………………………7   4 电路参数设置和元件选择………………………………………………………7 4．1 电路参数的设置…………………………………………………………7 4．2 元件清单……………………………………………………………………7   5主要芯片介绍 5．1 优先编码器74LS148…………………………………………………………8 5．2 RS锁存器 74LS279………………………………………………………9 5．3 计数器 74LS192………………………………………………………10 5．4 单稳态触发器 74LS121 …………………………………………………11   6 抢答器仿真………………………………………………………………………12   7 系统调试…………………………………………………………………………12   8 心得体会…………………………………………………………………………13   9参考文献…………………………………………………………………………14   10 附录……………………………………………………………………………14       1 概述 1.1设计主要功能： ①智力抢答器可同时要求四个选手或四个以上的人参加比赛，他们的编号分别是0，1，2，3，4，5，6，7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选号的编号相对应，分别是S0,S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7，要是四个选手的话选S0,S1,S2,S3 ②给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始； ③抢答器具有数据锁存和显示功能，抢答开始后，若有选手安东抢答按钮，编号立即封存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示，此外，要封锁输入电路，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零为止。 ④抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可由主持人决定，当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5S左右 1.2 设计扩展功能 ⑤参赛选手在设定的时间内抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零 ⑥如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统暂时报警，并且封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示的是00。 2 系统总体方案设计 2.1 设计要点： 定时抢答器的总体框架图如下图所示，其工作过程是：接通电源时，节目主持将开关置于“清零”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，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，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，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作   2.2 功能启动图………   抢答按钮 优先编码电路 锁存器 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 显示电路 译码电路   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码 ②扬声器发出短暂声响，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 ④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。 3 单元模块设计 3.1抢答电路设计 抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。 选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图（2）所示。 其工作原理是：当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器的/R端为低电平，输出端（4Q－1Q）全部为低电平。于是74LS48 的/BI＝0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端/ST＝0，74SL148处于工作状态，此时锁存电路工作状态，即抢答器处于等待状态，等待输入端/I7……/I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5）,74LS148的输出/Y2/Y1/Y0＝010，/Yex＝0，经RS锁存器后，CTR＝1，/BI＝1，74LS279处于工作状态，Q4Q3Q2＝101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR＝1，使74LS148 /ST的高电平，74LS148的Yex为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接受，这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答器的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮的抢答。   图 题目：四人抢答器   一、课程设计目的 本次课程设计主要是配合《模拟电子技术》和《数字电子技术》理论课程而设置的一门实践性课程，起到巩固所学知识，加强综合能力，培养电路设计能力，提高实验技术，启发创新思想的效果。 二、初始条件： 本课程设计，要求用集成电路：74LSl48，74LS279，74LS48，74LSl92， 74LS00，74LSl21和其它器件等，实现四路定时抢答功能。                          三、要求完成的主要任务: 1、 可同时供4名选手（或代表队）参赛，其编号分别是1到4，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零(编号显示数码管灭灯)和抢答的开始。 2、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，编号立即锁存，并数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出声音提示；同时封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 3、抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间为3秒。当主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减计时，并用显示器显示。 4、参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止；如果定时抢答的时间已到，而没有选手抢答时，本次抢答无效，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示0并闪烁。  5、在主持人未按下开始键时，如有人抢答犯规，在显示器上锁存并闪烁犯规选手的编号。 6、确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。 1 功能介绍…………………………………………………3   1.1主要功能介绍…………………………………………3   1.2扩展功能介绍…………………………………………3 2总体方案设计………………………………………….. …3 3单元模块设计………………………………………….. …4 3.1抢答器控制端电路功能介绍…………………………………4 3.2定时时间电路………………………………………………. …5 3.3控制电路和报警电路………………………………………. …6 3.4振荡电路………………………………………………………….6 4主要芯片介绍 ………………………………………………7 4.1 优先编码器 74LS148……………………………………7 4.2锁存器74LS279 …………………………………………8 4.3 计数器74LS192…………………………………………9 5四人抢答器仿真………………………………………. ……10 6系统调试 ……………………………………………... …10 7参考文献……………………………………………….. …11 1功能介绍 1.1主要功能介绍 （1）抢答器最多可供4名选手参赛，编号为1~4号，各队分别用一个按钮（分别为J1、J2、J3、J5）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关J4,J7，该开关由主持人控制。 （2）抢答器具有数据锁存功能,并将锁存数据用LED数码管显示出来，直到主持人清零。 （3）开关J4作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关J4被按下时抢答电路清零，当开关J7松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关J1、J2、J3、J5实现。 （4）有抢答信号输入（开关J1、J2、J3、J5中的任意一个开关被按下）时，并显示出相 对应的组别号码。此时再按其他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。 设计要求 1.2扩展功能介绍 （1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间为3秒。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。 （2）参加选手在未开始抢答时按下抢答键，则犯规。显示器上显示并闪烁选手的编号。 （3）参加选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。 （4）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示并闪烁0。 2总体方案设计 设计要求 （1）主持人有开始键和复位键，按下开始键后才能开始抢答，否则犯规。 （2）用数码管显示，正常抢答后显示抢到的队号，如果犯规则闪烁显示队号。 （3）如果3秒内没有抢答，则说明该题超时作废，用0闪烁表示。 （4）复位键用于恢复犯规或超时状态 如图1所示为总体方框图。其工作原理为：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，定时器显示设定时间；主持人将开关置;开始"状态，宣布"开始"抢答器工作。定时器倒计时。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。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。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。                            图1 3单元模块设计     3．1抢答器控制端电路功能介绍 设计电路见图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS279 来完成。 该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键， 其按键操作无效。工作过程：开关J5置于"清除"端时，RS触发器的 R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）＝0，使之处于工作状态。当开关J5断开，J6置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下J2），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO(图中4端) =1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=010,经译码显示为“2”。此外，CTR＝1，使74LS148 优先编码工作标志端（图中2号端）＝1，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CTR＝1，使优先编码工作标志端为1，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J5开关重新置“清除”然后才可能进行。                   图2 3．2定时时间电路功能介绍  原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和1个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。一块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。74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据 共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，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，且倒计时时间到时， 输出低电平到时序控制电路，控制74LS48 使0闪烁，同时以后选手抢答无效。           图3   3．3控制电路和报警电路   由555 芯片构成多谐振荡电路 ,555 的输出信号再经或门控制显示闪烁。控制电路包括时序和报警两个电路 ,如图所示。控制电路需具有以下几个功能： 主持人闭合开关,多路抢答器电路和计时电路进入正常状态; 参赛者按键时 ,抢答电路和计 时电路停止工作; 抢答时间到 ,无人抢答 ,0闪烁 ,抢答电路和计时电路停止工作 由功能表可以看出，要使电路实现倒计时（减法）功能，应使CR=0，PE非=1，CP+=1，CP-=CP。可用CR端接电平开关来控制计时器的工作与否。 闪烁显示电路需要在一种情况下做出反应当裁判员给出“请回答”指令后，计时器开始倒计时，若回答问题时间到达限定的时间，闪烁。 闪烁电路由两部分组成：一是由门电路组成的控制电路，二是74LS192驱动电路。门控电路主要由或门组成，它的两个输入，一个来自由555 芯片构成多谐振荡电路，另一个来自 计时系统高位计数器的借位信号QB，它说明计时电路在3秒，2秒，1秒，0秒倒计时再向9秒转化时向高位借位时给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。这个高电平信号或上方波信号就使显示器闪烁。   图4 3.4振荡电路 本系统需要产生频率为500KHZ的脉冲信号，用于触发器的CP信号，及频率为1HZ信号用于计时电路。以上电路可用555定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频得到。 图5 4主要芯片介绍 4．1  优先编码器 74LS148 74LS148为8线－3线优先编码器，表4.1.1为其真值表，表4.1.2为其功能表,图4.1.1为其管脚图。 74LS148管脚图  表4.1.2  74LS148 8线—3线二进制编码器真值表 74LS148工作原理如下：     该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。      当EI=0时，编码器工作；而当EI=1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。当EI为0，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑0）时，优先编码工作状态标志GS为0。表明编码器处于工作状态，否则为1。 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GS＝1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；GS＝0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 4.2 锁存器74LS279 原理：在74ls279中，由于4回路中2回路置位端子为两个，所以使用其一时，整理两个置位输入作为1个使用，或将另一个输入固定为“H”使用。另外，作为稍微变化74LS279 的使用方法，也可将3组作为RS锁存器使用，剩余的RS锁存器作为2输入NAND门电路使用，复位输入例如①管脚固定为”L”时其输入为”H”，所以可构成将②和③作为输入，输出为④的2输入NAND，此变换如图4.2.所示。 图4.2.   74LS279管脚引线图                          4.3   计数器74LS192 74LS192具有下述功能： ①异步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 ②异步置数：CR=0，LD=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 74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。 CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。 LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出 BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。 图4.3. 74LS192管脚引线图   5四人抢答器仿真 按照总体电路图在仿真软件Multisim上一一选择芯片并进行连接，然后启动开关观察。下面，我们分两部分对设计出的电路进行Multisim仿真。我们将各部分电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，为各个开关设置好适当的键盘打开数值（例如，为某一开关设为1连接，则启动Multisim仿真按钮后，在键盘上按1则此开关就由断开状态变为连接状态）然后打开Multisim的开关，即可根据显示器上显示的数字以及小灯泡的亮灭情况来判断电路设计是否成功。 6系统调试 把上面所设计的单元电路连接起来可得到整机电路。 7.1抢答显示功能测试 7.2清零功能测试 7.3倒计时功能测试 7参考文献 【1】 阎  石. 数字电子电路.  北京：高等教育出版社.  2007 【2】 康华光. 电子技术基础（数字部分）. 北京：高等教育出版社.  2000 【3】 任为民. 数字电子电路学习和实验指导. 北京：广播电视大学出版社. 1992