数电课程设计四人智力竞赛抢答器.docx

竞赛抢答器要求：设计一个供四人参赛的抢答器，能准确分辨、记录第一个有效按 下抢答键者，并用光指示；主持人没有宣布抢答开始时，抢答不起作用。主持人宣布抢答开 始时，按“开始”键，抢答开始，同时启动计时器计时；拓展要求：外加一个计时器，计时器计时采用正计数的方式，以加强现场气 氛，增加紧迫感。若预定时间内无人抢答，自动给出信号停止抢 答，以免冷场。倒计数定时器的时间精确到秒，最多为两分钟， 一旦超出限时，则取消抢答权。设计提示：关键是要存住第一抢答者的信息，并阻断以后抢答者的信号。可 用集成的多组触发器或锁存器辅以逻辑门实现；计时器可用加法计数器完成；各单元电路分别设计、调试，最后合成。1. 前言 -1-2. 总体方案设计-3-2.1方案说明-3-2.2方案优点-4-3. 单元模块设计-5-3.1抢答器电路-5-3.2计时器，数字显示器电路-8-4. 主要器件介绍-10-5. 系统功能调试-11-6. 总结与体会-12-【参考文献】18附录-12-1前盲关于这次设计的用于多人竞赛抢答的器件，在现实生活中很常见，尤其是在 随着各种智益电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，这种 抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧 张、活跃气氛，让观众看得更有情趣。可见抢答器在现实生活中确实很实用，运 用前景非常广泛。在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一 位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，只靠人的视 觉是很难判断出哪组先答题。这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计 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。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。这次设计的智力竞赛抢答器，主要是由三个部分构成：一个是由几个D触 发器的构成的用于抢答的部分，用三个74LS192构成用于计时器2. 总体方案设计2.1方案说明：以下设计的是智力抢答器的方案流程图:图2.1方案流程图抢答器主要是由F1是四D触发器74LS175, F2是双四输入与非门74LS20； F3是74LS20组成的多谐振荡器；F4是74LS74组成的四分频电路。工作原理：是当主持人按下抢答开关时，选手能进行抢答，抢答开始时，由主持人清除 信号，按下复位开关S，74LS175的输出Q1Q4全为0.所有发光二极管的LED均熄灭， 当主持人宣布“抢答开始”后，首先作出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点 亮，同时，通过的与非门F2送出信号锁住其他三个抢答者的电路，不再接受其他信号，直 到主持人再次清除信号为止。电路图如下：2.2方案优点，方案的设计是每当有选手抢答成功时，都会有声光伴随，而且是具体到每 一位，给人直观的感觉。该方案简洁、易行，而且使用到的元器件也都是我们所 常用到的一些元件比如：74LS175以及开关 二极管 电阻显得更简单、明了。3. 单元模块设计此部分主要是详细介绍该智力抢答器各个组成模块，以及各模块的器 件组成以及相应的功能。此智力竞赛抢答器由两部分组成：抢答器、计时 器。下面就依次介绍各组成部分的设计方法，功能等。3.1抢答器电路F1是四D触发器74LS175, F2是双四输入与非门74LS20； F3是74LS20 组成的多谐振荡器；F4是74LS74组成的四分频电路，。电路图如下：图3.1抢答器其工作原理如下：是当主持人按下抢答开关时，选手能进行抢答，抢答开始时，由主持人清除信号，按下 复位开关S，74LS175的输出Q1Q4全为0.所有发光二极管的LED均熄灭，当主持人宣 布“抢答开始”后，首先作出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时， 通过的与非门F2送出信号锁住其他三个抢答者的电路，不再接受其他信号，直到主持人再 次清除信号为止。首先，D触发器的的构成原件见下图：Rd图3.2 D触发器此D触发器又叫维持一一阻塞边沿触发器，该触发器有六个与非门组成， 其中啊a和b构成基本RS触发器下面分析其工作原理：Sd和Rd接至基本RS触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平 有效。当Sd=0且Rd=1时，不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q =0,即 触发器置一；当Sd=1且Rd=0时，触发器的状态为0，Sd和Rd通常又称为直接 置1和置0端。工作过程如下： 、CP=0时，与非门c和g封锁，其输出c=e=1，触发器的状态不变。同 时，由于c至f和e至g的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，f= D，g= / =D。g 、当CP由0变1时触发器翻转。这时c和e打开，它们的输出c和e的 状态由f和g的输出状态决定。C= / =D，e=g = D。由基本RS触发器的逻辑功 能可知，Q=D。 、触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。C和e打开后，它们的输 出c和e的状态是互补的，即封锁了 D通往基本RS触发器的路径；该反馈线起 了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用，故该反馈线称为置0 维持线，置1阻塞线。e为0时，将c和g封锁，D端通往基本RS触发器的路 径也被封锁。维持阻塞D触发器状态方程和状态真值表如下：Qn1 = DQn表3.1 D触发器真值表SdRdCPDQnQn+110XXX001111t11t11t11t000010101111通过对D触发器的解释，可以大致看出该抢答器的工作流程，其核心就是 该D触发器。当主持人宣布开始抢答时，将开关S1断开，选手迅速按键，假设 选手1首先按下抢答键，此时一号就输入一个相当于上升沿的脉冲使D1输出高 电平同时将该高电平信号传送给或非门，通过或非门的判断将信号输送到其它选 手的D触发器的R端并将其锁定使其无法输出信号。其次，运用了放过LED管的单向导电性，节能，性能稳定，能醒目的看出 结果。3.2计时器，数字显示器电路2、定时电路设计节目主持人根据抢答题的难易程度，设定-次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路，设定的定时时间为120S,有三个74LS192组成120进制的计数器，时间一过就会发出脉冲。主持人说计时开始后，从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递增计时。WAWD2 SHAHD2SR电建口 _：4)vcc"谨J明狂拈人枷而也删堂HVL1 C5TITtTJklTP J 5琏瓷蛹入机3<2)图3.4555结构原理图由图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3Vcc和 1/3Vcc。当VI1>2/3Vcc，VI2>1/3Vcc时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高 电平，基本RS触发器被置0，放电三极管T导通，输出端Vo为低电平。当VI1<2/3Vcc，VI2<1/3Vcc时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出输出 低电平，基本RS触发器被置1，放电三极管截止，输出端Vo为高电平。当VI1<2/3Vcc，VI2>1/3Vcc时，基本RS触发器R=1、S=1，触发器状态不 变，电路以保持原状态不变。表3.2555功能表输入输出阀值输入(VI1)R出发输入(VI2)S复位(Rd)输出(Vo )放电管TXX00导通<2/3Vcc1<1/3Vcc011截止>2/3Vcc0>1/3Vcc110导通<2/3Vcc1>1/3Vcc11不变不变4. 主要器件介绍在这次设计的用于竞赛的抢答器，电路图时很简单，组成器件应该说都是数 电和模电中很常见的。器件主要是LED显示器，74LS48数码管，电阻，电容，常用的芯片74LS175,74LS20.74LS74,74LS00,74LS192，555 定时器，触发器、逻辑门集成555定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起的中规模集 成电路，因集成电路内部含有3个5千欧电阻而得名，在控制、定时、检测、放声、 报警等方面有着广泛的应用。而这次是将555够成一个多谐振荡器。图5.3555定时器图5.4 D触发器D触发器如图，其功能有:D触发器具有接收并记忆信号的功能，又称为锁存器。D触发器属于脉冲触发方式。D触发器不存在约束条件和一次变化现象，抗干扰性能强，工作速度快。而这次正是利用了的以上功能来构成一个简单的抢答器。5. 系统功能调试这次设计的抢答器电路图简单，很多芯片的逻辑功能也都很清楚所以在调试 时可以前判断该电路会是怎样的结果，对于这个抢答器，它涉及的大多都是数字 电路的问题.所需要调试的值并不多.首先将各个模块连接到一起后，注意检查各 个部分是否连接正确，还得仔细地看一下所用器件的型号是不是我们要的那种， 在确保连接无误的情况下.那就能将整个电路进行防真了。按动各个按键，看看 各管脚的电平变化是不是正确的，同时观察各个集成器件的各个管脚的电平变化 情况，以及数码显示器的显示是否正确.如有不正确的就将其逐个问题解决了再 进行后面的调试，直到所有问题都解决了为止。当连接好所有电路后，自己当主持人测试。首先我断开控制开关，宣布抢答 开始，当有选手抢答时，该选手的指示灯不亮。另外也测试了当主持人合拢抢答开关时，看能否抢答。结果和预测的一样是 不能抢答的。此抢答器设计是按要求一步一步完成的，因此主要功能有两个个：抢答器的抢答功能，它能准确分辨、记录第一个有效按下抢答键者信息 用声、光指示。具有计时，显示功能，这样可以加强现场气氛，增加紧迫感。若时间到， 计数器会被清零，并且选手不能抢答。6. 总结与体会此次课程设计经过为期2周的不懈努力，目前基本达到了预期的要求，通过 对整个系统的调试，可得到如下结论：本次设计是本人第一次运用数字电路模拟实际的东西。因而在许多方面都还 不熟练，不如说对一些元器件的功能还不完全了解，不能熟练运用，因而不能完 全的一次性设计好该电路。不过通过本次的课程设计我学到了学多的知识，培养 了我独立思考问题解决问题的能力，加深了我们对数电、模电知识的理解，巩固 了我们的学习知识，有助于我们今后的学习。总之，在这次的课程设计过程中，我收获了很多，即为我的以后学习设计有 很大的帮助，也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫。【参考文献】1康光华电子技术基础数字部分高等教育出版社2003年3月2 康光华电子技术基础模拟部分高等教育出版社2003年4月3刘建成电子线路试验教程北京气象出版社2004年1月4蔡杏山零起步轻松学数字电路人民邮电出版社2006年6月5王彩君/杨睿数字电路实验国防工业出版社2006年7月6王建新/姜萍电子线路实践教程科学出版社2003年9月7顾德仁/万栋义脉冲与数字电路高等教育出版社1985年7月8刘建成电子线路试验教程北京气象出版社2004年1月9韩克电子技能与EDA技术广州暨南大学出版社2004年4月10李银华电子线路设计指导北京航空航天大学出版社2005年6月附录智力竞赛抢答器总原理图: 6亍&一.:-匚>匚 一 AL A KI二门0.B_=_一a3rH-el-=_