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电子技术课程设计报告书

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电子技术课程设计

题目名称: __智力竞赛抢答器___
班 级: 自动化0901
学 号: 04134015
姓 名: 翁 宇
指导教师: 吴 建 国
日 期: 6月20日

设计课题 智力竞赛抢答器

一. 设计要求
1.设计四人参加的智力竞赛计时抢答器;
2． 当有某一参赛者首先按下抢答开关时, 相应显示灯亮并伴有声响。此时, 抢答器不在接受其它输入信号;
3．具有回答问题时间控制功能。要求回答问题的时间小于等于100秒( 显示为 0 ~ 99) , 时间显示采用倒计时方式, 当达到限定时间时, 发出声响以示警告;
4．画出完整的电路原理图。

二.方案选择及电路的工作原理
设计的方案有以下两种:
方案一:
用CD4511 、 CD4068各一个电阻, 开关, 三级管和二级管若干及七段显示器构成抢答电路。本电路的控制方法是利用开关进行输入编码当按键第一次就接下时, 输出由1111110变为所接下的键值的BCD编码经4068 8输入与门和一个三级管控制后输出CD4511第五脚使其从底电平变为高电平, 从而锁住CD4511, 实现抢答功能。计数器利用两个CD40110和CD4011组合成99秒的加法计数器。此电路原理简单, 制作方便, 但显示不为倒计时, 观看比较不方便。
方案二:
抢答电路由四个D触发器74LS74N, 或非门4002BT, 开关若干, 优先编码器74LS148及七段显示器等组成。本电路的控制方法是利用开关进行高低电位的输入, 当四个开关有一个有优先按下时, D触发器的输出端输出的高电位经过或非门进入其它D触发器的异步复位端从而使其它选手的输入信号锁存成无效。倒计时电路由74LS192, 七段显示器, 及555定时电路组成。此电路的设计虽然较复杂, 可是能很好实现所要求的功能。
经过比较二个方案的特点, 本电路采用方案二!
该系统的整体分布如下图所示:
抢答电路
显示电路
倒计时电路
CP
报警电路
总控制电路
显示电路

发光二极管
说明: 智力竞赛抢答器的设计方框图如图所示。包括抢答器电路, 秒脉冲发生器电路、 计数器电路、 译码与显示电路、 报警电路和外部控制电路( 辅助时序控制电路) 等六个部分组成。计时电路递减计时, 每隔1秒钟, 计时器减1。其中抢答器, 计数器和控制电路是系统的主要部分。抢答器电路完成抢答功能, 计数器完成99秒计时功能, 而控制电路完成计数器的直接清零、 启动计数器、 暂停/连续计数、 译码显示电路的显示功能。当计时器递减计时到零( 既定时时间到) 时, 显示器上显示00, 同时警报灯点亮。

三．单元电路设计计算与元器件的选择

1、 抢答器按键保持与封锁电路该电路
说明: 能够完成两个功能: 一是能够分辨出选手案件的先后顺序而且能够锁存优先抢答选手的号码, 同时译码显示电路显示编号; 二是后面的选手按键操作将无效。
工作过程: 开关J6开启时, 则输入为高电位”1”, 经过四个或非门后变成低电位”0”。则四个D触发器的异步复位端将触发器置”0”, 抢答电路处于系统清零状态; 当J6闭合时, 抢答电路处于工作状态。当抢答开始, 若J1先按键, 则Q1端输出高电位”1”经过或非门变成低电位”0”, 将其它D触发器置0, 则抢答信号输出为”1110”( J4J3J2J1) , 然后经过输出选手号码显示电路显示对应号码。

抢答器按键保持与封锁电路该电路
2、 选手号码显示电路
说明: 此部分电路主要实现抢答选手编号的显示。例如: 当第三位选手率先按下抢答器时, LED显示”3”。电路图上显示的是”1”, 说明第一位选手先按下抢答器。
工作过程: 当选手按下抢答器按钮时, 抢答信号输入端输入低 电平信号, 在74LS148N作用下, 输出端A1、 A2、 A3相应的输出高低电平, 产生对74LS248N的控制信号, 并由此来控制LED的显示信号。注意, 选手控制信号从74LS148N的D3、 D4、 D5、 D6端输入, 而且D3对应选手4号, D4对应选手3号, D5对应选手2号, D6对应选手1号。LED为共阴极七段显示器

选手号码显示电路

3、 秒脉冲发生器电路
说明: 此部分电路主要是为计时电路提供所需脉冲, 一般情况下, 脉冲周期为1秒
工作过程: 当选手按下强大按钮时, 也就启动了次部分电路的工作。555定时电路在此处构成振荡器,
周期: T=C3(R6+R5)ln2, 近似等于1秒。这也就确定了计数器以1秒1次的频率计数。

秒脉冲发生器电路
4、 递减计数器电路
说明: 此部分电路完成计时功能。从99递减为00, 限定抢答选手答题时间为100秒。而且在抢答时, 相应的信号灯也会发光。
工作过程: 当选手按下抢答器按钮时, 电路开始工作。电路启动后, 由秒脉冲发生器电路为其提供所需脉冲, 两个74LS248均相当于计时器, 来一个脉冲就计数一次, 相应LED显示也会跳变, 周期为1秒。另外, LED1代表的信号显示灯也会发光。此处, 设计要求是答题时间为100秒, 但此处忽略抢答时的一秒, 故从99秒开始计时。

递减计数器电路
5、 抢答及限时鸣响电路
说明: 此部分电路完成鸣响功能。具体分为: 一.当选手按下抢答器按钮时鸣响;二.当计时器由99变为00是鸣响, 提示选手答题时间已到。
工作过程: 选手抢答时产生低电平, 经过多次与非门最后变为高电平输入到BUZZER,时期鸣响。当计时器变为00时, 产生低电平, 经过1个”与非”门, 和2个”非”门, 也变成高电平, 时得BUZZER鸣响。

抢答及限时鸣响电路
四、 设计总结
本次课程设计我选的设计课题是《智力竞赛抢答器的设计》, 实质是属于数字电路部分的内容。主要使用了74LS148, 74LS248,74LS74等一些集成芯片, 以及七段数码显示管, 555定时电路, 蜂鸣器, 发光二极管。
最开始自己构想了方案一, 但在仿真的过程中出现了不少问题。比如, 计数跳变时, 个位和十位跳变不同时, 出现60跳变后成50的现象, 后来查资料才知道这是反馈延时产生的。为了解决方案一中出现的各种问题, 在查阅了大量图书资料和网络资料下, 并借鉴相关设计案例, 得到了方案二。
这是我们这学期以最难的一个数字电路设计, 以前以为只学好书上知识就能够了, 但在这次设计中很多并非教材上能找到的芯片。深有感触的是, 想要做好数字电路的设计, 必要的基础知识势必须的, 但更重要的=的是了解各种芯片的构造及其功能和管脚的排布。并非几个简单的”或”,”与”, ”非” 门能解决问题的。每一次课程设计, 都有不同的收获, 我期待下一次课程设计的到来!

七．参考文献:
[1]吴建国.张彦。《数字电子技术》.华中科技大学出版社.201.1
[2]郝国法.梁柏华.《电子技术试验》.冶金工业出版社. .4
[3]彭介华.《电子技术课程设计指导》. 高等教育出版社. .12
[5] 高吉祥.《全国大学生电子设计大赛培训系列教程》( 基本技能训练与单元电路设计) .电子工业出版社. .2
[6]夏路易, 石宗义.《电路原理图与电路板设计教程 Protel 99SE》.北京希望电子出版社. .6

附录Ⅰ: 总电路图

附录Ⅱ: 元器件清单

序号
编号
名称
型号
数量
1
U6, U7
数 码 管
SEVEN_SEG_DISPLAY
2
2
U1, U5
七段译码显示器
74LS48D
2
3
U3, U4
8421BCD码计数器
74LS192D
2
4
U2
脉冲电路
555_VIRTUAL
1
5
U13, U14
二输入或门集成芯片
74LS32N
2
6
U11, U12
三输入或非门集成芯片
74LS27D
2
7
U10, U15
非门集成芯片
74LS04D
2
8
U9
二输入与非门集成芯片
74LS00D
1
9
U8
三输入与非门集成芯片
74LS10D
1
10
C1, C2
电 容
10uF,0.1uF
2
11
R1, R2
电 阻
15K,68K
2
12
X1
电 灯
2.5V
1
13
J2, J3, J4
开 关
SDPT SB
2
14

电 线

若干
15
VCC
电 源
5V
8