数电优秀课程设计八路抢答器.doc

惠州学院
HUIZHOU UNIVERSITY

《数字电子技术基础》
——课程设计
项 目__ 八路抢答器 __
专 业_ _
年级班别__
姓名学号1
姓名学号2
姓名学号3
指导老师

6月 25日

序言
智力竞赛是一个生动活泼教育方法，而抢答就是智力竞赛中很常见一个答题方法。抢答能引发参赛者和观众极大爱好，而且能在极短时间内，使大家快速增加部分科学知识和生活常识。不过，在这类比赛中，对于谁先谁后抢答，在何时抢答，怎样计算答题时间等等问题，若是仅凭主持人主观判定，就很轻易出现误判。所以，我们就需要一个含有自动锁存，置位，清零等功效智能抢答器来处理这些问题。在此次课程设计中，将关键设计一个供八人使用定时抢答器，利用此次设计出电路制造成定时抢答器，即可轻松实现在八个人之间进行抢答比赛中进行控制，使得这一活动愈加趣味、公平。

目录

一 设计目标……………………………………………………………4
二 设计课题及其技术要求
2.1基础功效……………………………………………...……………4
2.2拓展功效……………………..……………………….…………….4
三 设计总体思绪
3.1抢答器组成框图………………….…………………………5
3.2具体电路…………………..…………….…………………………7
（1）抢答电路……………………………………………………………7
（2）定时电路……………………………………………………...…….8
（3）报警电路……………………………………….…………….……..9
（4）时序控制电路……………………………………….……….……10
（5）整机电路………………………………………….……………...…11
四 元件选择…………………………………………….………………12
五 心得体会………………………………………………...….……….13
附录：参考文件…………………………………………………....….14

一、设计目标
1、巩固和加深对电子电路基础知识了解，提升综合利用本课程所学知识能力。
2、培养依据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文件资料自学能力。
3、经过电路方案分析、论证和比较，设计计算和选择元器件、电路组装、调试和检测等步骤，初步掌握简单实用电路分析方法和工程设计方法。
4、学会简单电路试验调试和性能指标测试方法，提升学生动手能力和进行数字电子电路试验基础技能。
二、其技术要求
2.1基础功效以下：
①　 设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队去参与比赛，她们编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮编号和选手编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。
②　 给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统清零（编号显示数码管灯灭）和抢答开始。
③　 抢答器含有数据锁存和显示功效。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手编号，同时扬声器给出音响提醒。另外，要封锁输入电路，严禁其它选手抢答。优先抢答选手编号一致保持到主持人将系统清零为止。
2.2拓展功效以下：
1) 抢答器含有定时抢答功效，且一次抢答时间能够由主持人设定（如30s）。当节目主持人开启“开始”开关后，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声响，声响连续时间0.5s左右。
2) 参赛选手在设定时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手编号和抢答时刻时间，并保持到主持人将系统清零为止。
3) 假如定时抢答时间已到，却没有选手抢答时，此次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，严禁选手超时后抢答，时间显示器上显示00。
三、设计总体思绪
3.1抢答器组成框图
定时抢答器总体框图图(1)所表示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基础抢答功效，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选后编号，同时能封锁输入电路，严禁其它 选手抢答。扩展电路完成定时抢答功效、
图(1)所表示定时抢答器工作过程是，接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于严禁工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定时间；当节目主持人宣告抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提醒，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，严禁选手超时后抢答。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：
1． 优先编码电路立即分辨出抢答者编号，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，避免其它选手再次进行抢答。
4． 控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩下抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
当选手将问题回复完成，主持人操作控制开关，使系统回复到严禁工作状态，方便进行下一轮抢答。

图(1) 定时抢答器总体框图

3.2具体电路
①抢答电路
抢答电路功效有两个：一是能分辨出选手按键前后，并锁存优先抢答者编号，供译码显示电路用；二是要使其它选手按键操作无效。选择优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279能够完成上述功效，其电路组成图(2)所表示。其工作原理是，当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平，于是74LS48=0，显示灯灭。74LS148选通输入端=0,74LS148处于工作状态，此时锁存电路不公作。当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等候工作状态，等候输入端……输入信号，当有选手将键按下时（如按下S3），74LS148输出=010，=0，经RS锁存器侯，CTR=1，=1,74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。另外，CTR=1，使74LS148端为高电平，74LS148处于严禁工作状态，封锁了其它按键输入。当按下键松开后，74LS148为高电平，但因为CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于严禁工作状态，其它按键输入信号不会被接收。这就确保了抢答者优先性和抢答电路正确性。当优先抢答者回复完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，方便进行下一轮抢答。

图(2)抢答电路
②定时电路
节目主持人依据抢答器难易程度，设定一次抢答时间，经过预置时间电路对计数器进行预置，选择十进制同时加/减计数器74LS192进行设计，计数器时钟脉冲由秒脉冲电路提供。具体电路图(3)所表示，

图(3) 可预置时间定时电路
③ 报警电路
由555定时器和三极管组成报警电路图(4)所表示。其中555组成多谐振荡器震荡频率

其输出信号经三极管推进扬声器。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(4)报警电路

④ 时序控制电路
时序控制电路时抢答器设计关键，它要完成以下三项功效：
l 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入正常抢答工作状态。
l 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止工作。
l 当设定抢答时间到，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。
依据上面功效要求和图(2)和图(3)，设计时序控制电路图(5)所表示。图中，门G1作用是控制时钟信号CP放行和严禁，门G2作用是控制74LS148输入使能端。图(5)A工作原理是，主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自于图(2)中74LS279输出CTR=0，经G2反相，A=1，则从555输出端来时钟信号CP能够加到74LS192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，来自于图(3)中74LS192借位输出端=1，门G2输出=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现第一个功效要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，CTR=1，经G3反相，A=0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2输出=1,74LS148处于严禁工作状态，严禁选手进行抢答。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，从而实现第三个功效要求。74LS121用于控制报警电路及发声时间。

A 抢答和定时电路时序控制电路 B 报警电路时序控制电路
图(5) 时序控制电路

⑤ 整机电路
定时抢答器主体逻辑电路图(6)所表示。

图(6) 定时抢答器主体逻辑电路
四、元件选择
序号
元件名称
型号
数量
1
六门反相器
SN74HC04N
1
2
双4输入和门
HD74LS21P
1
3
4线—七段译码器
HD74LS48P
3
4
8线—3线优先编码器
SN74HC148N
1
5
十进制计数器
CD74HC192E
2
6
RS触发器
SN74LS279AN
1
7
555定时器
NE555P
2
8
单稳态触发器
DM74121N
1
9
陶瓷电容
0.1μF
2
10
电解电容
10μF
1
11
电解电容
100μF
1
12
电阻
1KΩ
1
13
电阻
15KΩ
2
14
电阻
68KΩ
2
15
电阻
510 Ω
4
五、心得体会
数电课程结束后，接下来是课程设计，刚开始时，对项目标选择举棋不定。因为刚刚接触数电时，学是逻辑、学是芯片，74、74、74……听到最多，但很陌生，所以很纠结项目标选定，经小组讨论决定，选最靠近娱乐生活用八路抢答器。选定项目后，就开始去探索所学74系列各芯片相关设置和功效。在前几次课程试验后，对相关芯片有所了解，所以就能够很快得开展电路设计、仿真、调试……整整用了两天。因为对电路有所把握，所以在试验室搭建电路验收很顺利。这次实践机会让我们认识到实践是检验真理唯一标准，在实际中碰到突发情况也能随机应变，即时想出对策，而且能利用周围现有材料改变原来电路，但不改变原理。即使整个过程艰苦，但这次动手机会让我获益良多，从实践能力和意志品质方面全部有了深入提升。
确实，学电子类靠技术吃饭，要多动脑，多动手实践才能真正去把握，仅仅学理论是行不通，接下来，我们会在学好各专业知识外，加强动手实操，培养自己和电子相关技术。
很感谢老师耐心讲课和指导，给我们这么好锻炼机会。谢谢老师。

附录：参考文件
[1] 阎石. 《数字电子技术基础》.高等教育出版社
[2] 童诗白.《模拟电子技术基础》.高等教育出版社
[3] 魏晓慧.《电子工艺技能实训》.科学出版社
[4].穆秀春.《从Protel到Altium Designer》.电子工业出版社
[5].藤井信生（日）薛培鼎（译）.《电子实用手册》.机械工业出版社