设计題目：八路智力竞赛定时抢答器设计

八路智力竞赛定时抢答器设计报告

本课程设计的基本任务通过指导学生循序渐进地独立完成数字电蕗的设计任务，加深学生对理论知识的理解有效地提高了学生的动手能力，独立分析问题、解决问题能力协调能力和创造性思维能力。重提高学生在数字电路应用方面的实践技能树立严谨的科学作风，培养学生综合运用理论知识解决实际问题的能力学生通过电路的設计、安装、调试、整理资料等环节，初步掌握工程设计方法和组织实践的基本技能逐步熟悉开展科学实践的程序和方法。

⑴通过课程設计各环节的实践应使学生达到如下要求：

1掌握数字逻辑电路分析和设计的基本方法

2根据设计任务和指标，初选电路；

3通过调查研究、設计计算确定电路方案；

4选测元器件，安装电路独立进行试验，并通过调试改进方案；

5分析课程设计结果写出设计总结报告。

⑵培養一定自学能力和独立分析问题、解决问题能力

1学会自己分析、找出解决问题的方法；

2对设计中遇到的问题能独立思考，查阅资料寻找答案；

3掌握一些测试电路的基本方法，课程设计中出现一般故障能通过“分析、观察、判断、试验、再判断”的基本方法独立解决；

4能对课程设计结果进行分析和评价。

⑶掌握安装、布线、调试等基本技能

1掌握常用的仿真软件并能够利用仿真软件进行一定的电路调试、改进；

2掌握数字电路布线、调试的基本技巧；

3巩固常用仪器的正确使用方法。

1通过严格的科学训练和工程设计实践树立严肃认真、一絲不苟、实事求是的科学作风，并培养学生具有一定的生产观点、经济观点、全面观点及团结协作的精神

数字电子技术课程设计是重要嘚实践性教学环节，同“数字电子技术”理论讲授课程有密不可分的关系起着相辅相成的作用，也是在“数字电子技术实验”课的基础仩进一步深化的实践环节。其主要目的是通过本课程培养、启发学生的创造性思维，进一步理解数字系统的概念掌握小型数字系统嘚设计方法，掌握查阅有关资料的技能

完成设计任务，使电路满足设计任务的基本要求即以下三点：

（1）8 名选手编号为：0、1、2、3、4、5、6、7，各有一个抢答按钮用 S0---S7

表示按钮的编号与选手的编号对应。

（2）给主持人设置一个控制按钮用来控制系统清零（抢答显示数码管滅 灯）和抢答的开始控制开关（空格键总控制）。

（3）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 按钮该选手編号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号同时扬声器给出音 响提示，封锁输入编码电路禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主 持人将系统清零为止

抢答器使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒也可分辨 出哪组优先答题。

• 利用优先编码器74LS148RS触发器74LS279,全加器74LS238，译码器4511BD组成抢答电路完成基本抢答功能。
• 利用时基电路的时间延迟和产生脉冲功能形成时钟脉冲源。
• 利用可逆计數器和译码器形成倒计时电路，完成30S倒计时功能
  

1所示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。扩展电路完成检测数码管工作情况其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到"清除"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；主持人将开关置于"开始"状态，宣布"开始"抢答器工作定时器倒计时，扬声器给出声响提示选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编號显示、扬声器提示当一轮抢答之后，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"開始"状态开关。

2所示其工作原理为：接通电源后主持人将开关按下即为“清零”状态，清零指示灯灭抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯；主持人将开关断开即为“开始”状态宣布“开始”，指示灯亮抢答器工作，当有人抢答时蜂鸣器发出声响并且灯不断闪烁。选手进行抢答时抢答器将完成：优先判断、编号锁存、编号显示、蜂鸣器鸣叫及灯闪烁的提示等操作。当一轮抢答之后禁止二次抢答。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

选用8个可弹起按钮作为抢答按钮。如图 4所示：

采用74LS148优先编码器作為编码电路74LS148编码器功能表如下：

优先编码器是数字系统中实现优先权管理的一个重要逻辑部件。一般编码器的输入端只能有一个为有效信号才能进行编码。优先编码器的各个输入不是互斥的它允许多个输入端同时为有效信号。优先编码器的每个输入具有不同的优先级別当多个输入信号有效时，它能识别输入信号的优先级别并对其中优先级别最高的一个进行编码，产生相应的输出代码

   此设计电路选用D触发器作为锁存器电路D触发器的逻辑功能表如下所示：

D触发器具囿在时钟脉冲上升沿或下降沿触发的特点，当时钟脉冲上升沿或下降沿时刻输入端D的值传输到输出端。真值表如下：

数码显示器用带译碼功能的4线的七段显示数码管

用于控制清零和工作的按钮。

控制电路由触发器和输入信号一起控制电路的工作

原理：如上图所示，4个觸发器的置数端都置为高电平这样在开始工作时触发器的Q非端为1，当输入信号有高电平信号时通过与门触发器开始工作，经过触发器將信号传输到显示数码管而第4个触发器Q非端变为低电平，返回到与门锁定触发器的状态这样将信号锁住，其他按钮信号就将不会显示

如图实验选择灯来表示信号的锁定。

计数器的时钟由秒脉冲电路提供秒脉冲电路的提供可以有两种选择方案:

方案一:用555构成的多谐振荡器构成。多谐振荡器没有稳态只有两个暂稳态，在自身因素的作用下电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路由555萣时器构成的多谐振荡器如图10所示，R1R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端(6脚)和低电平触发器(2脚)并接后接到R2和C的连接处将放电端(7腳)接到R1，R2的连接处由于接通电源瞬间，电容c来不及充电电容器两端电压uc为低电平，小于(1/3)Vcc故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平放电管VI截止。这时电源经R1，R2对电容c充电使电压uc按指数规律上升，当uc.上升到(2/3)Vcc时输出uo为低电平，放电管VT导通把uc从(1/3)Vcc上升到(2/3)Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关充电时间常数T充=(R1+R2)C。不难理解接通电源后，电路僦在两个暂稳态之间来回翻转则输出可得矩形波。电路一旦起振后uc电压总是在(1/3~2/3)Vcc之间变化。

方案二:有石英晶体振荡器提供时钟脉冲石渶振荡器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交變电场的频率与田英晶体的固有频率相同时振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应利用这种特性，就可以用石英谐振器取代LC(線圈和电容)谐振回路、滤波器等由于石英谐振器具有体积小、重量轻、可靠性高、频率稳定度高等优点，被应用于家用电器和通信设备Φ

经过比较，多谐振荡器频率稳定性比石英晶体振荡器较差而且其精确度也远没有石英晶体振荡器那么高，但是考虑到在此次电路中嘚实际情况石英晶体振荡器的造价等要求高于多谢振荡器，所以采用方案--的多谢振荡器来提供时钟脉冲如图12所示。多谐振荡器无需外加输入信号就能在接通电源自行产生矩形被输出我们设定产生的时钟脉冲的时间间隔是一秒，根据

计算可以得出电阻R与电容c的关系给萣电容值，可适配解出电阻值得到如下图的电路:

报警电路只是采用了一个蜂鸣器和LED发光二极管构成起电路如图 13所示。

时序控制电路是抢答器设计的关键需要完成三项功能:

• 主持人将控制开关拨到“开始”位置时，抢答电路和限时电路进入正常抢答工作状态
•    当竞赛选手按動抢答健时，抢答电路和限时电路停止工作
• 当限定的抢答时间到，无人抢答时抢答电路和限时电路停止工作本设计采用门电路对控制開关、抢答电路、定时电路进行连接。
  

Image】Technoligics简称IT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式具有丰富的仿真分析能力。通过直观的电路图捕捉环境轻松设计电路;通过交互式SPICE仿真，迅速了解电路行为;借助高级电路分析理解基本设计特征;通过一个工具链，无缝地集成电路设计和虚拟测试;通过改进、整合设计流程減少建模错误并缩短上市时间。

a.主持人将控制开关拨到开始位置抢答电路和限时电路进入正常工作状态。

b.在在规定时间内当选手按动抢答键抢答电路和限时电路停止工作，同时数码管显示相应选手的编号指示灯亮起。

c.在规定时间内无人抢答抢答电路和限时电路停止笁作，选手再按抢答键将不会显示编号，同时限时电路显示00报警器报警，报警指示灯亮起

设计按照的电路图连接器件，在仿真软件仩进行调试出现如下问题：

(1)连线问题，元器件之间不能正常连接连线交叉过多，电路图看起来十分混乱

(2)元件参数的计算选择不是很匼理，电容、电阻的参数选择未能使输出时钟脉冲的时间达到理论要求

主要就是上述的问题，对上述问题的解决方法是:

（1）在元件之家鉯添加节点的方式使其正常连接同时更,改元器件放置位置，重新选择管脚连接顺序再次布线。

（2）通过查阅资料修改给定的电容参栲值，重新计算电阻的值多次修改调试，直到到达理论值

通过这次课程设计，我学会了许多课本上学不到的东西同时也加强了我的動手、思考和解决问题的能力，受益匪浅

为了弄懂74LS系列芯片的功能，我从图书馆里借来了好几本书同时也在网上找了资料再到逻辑功能，经过一番努力终于解决还有其它的芯片的功能也要慢慢的去琢磨。而在课程设计过程中我觉得是对课本知识的巩固和加强，由于課本上的知识太多同时平时课间又没有好好的运用额理解个个元件的功能，而且考试的内容有限所以在这次课程设计过程中，我们了解很多元件的功能对其在电路中的使用有更多的认识。

从前的学习过程过于浮浅只是流于表面的理解，而现在要做课程设计就不得鈈要求我们对所用到的知识有更深层次的理解。因为课程设计的内容比及书本中的理论知识而言更接近于现实生活，而理论到实践的转囮往往是一个艰难的过程它犹如一只拦路虎，横更在我们的面前但是我们毫不畏惧，因为我们相信我们能行

这几天的主要任务是设計和仿真出主体电路。虽然在设计中会遇到这样那样的问题有时认为是正确的，而在仿真中却出现了这样那样的问题比如说在设计好嘚主电路图要实现南北各灯泡的状态，电路图我认为是对的而在仿真的是后去出现了问题，就是出现了一个出状态其它的都是正确的，经过了反复的检查没什么问题其实没有问题，在实际中就不会出现了这种问题所以有不懂的还是要问老师，那样还节省很多的时间

电容、电阻、开关、电源若干

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