数字电子技术基础课程设计报告智力竞赛抢答器.doc

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1、数字电子技术基础课程设计报告智力竞赛抢答器姓名:专业:学号：班级:指导老师:1、设计要求：（1）四组参赛者在进行抢答时（用4组彩灯代表），当抢先者按下面前的按钮时，抢答器能准确地判断出抢先者，并以声、光为标志。要求声响、光亮时间为9秒后自动熄灭。（2）抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。（3）抢答器应具有限时（抢答时、回答问题时）功能。限时档次分别为30秒、60秒、90秒；时间到时应发出声响。同时，时间数据要用数码管显示出来。（4）抢答者犯规或违章时，应自动发出警告信号，以提示灯光闪为标志。（5）系统应具有一个总复位开关。目 录1、前言.12、总体方案设计.2 2.1方

2、案比较.2 2.2方案论证及选择.43、主要器件介绍.44、单元模块设计.5 4.1抢答器电路.5 4.2计时器电路.7 4.3计分器电路.85、系统功能调试.106、总结与体会.107、参考文献资料.11前言当今社会竞争日益激烈,选拔人才,评选优胜, 知识竞赛之类的活动余家频繁,那么也就必然离不开抢答器.而现在的抢答器有着数字化,智能化的方向发展,这就必然提高了抢答器的成本.鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多,操作简单,经济实用的小型抢答器必将大有市场.本抢答器通过十分巧妙的设计仅用数字芯片便实现了数显抢答的功能.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，

3、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，一个是由几个JK触发器和74LS4511构成用于倒计时，另外一部分则是由两个74190构成的一个可逆计数器，即计分器。introductiveIn todays society increasingly fierce competition,

4、 the selection of talent, selection, knowledge contest winners activities such as more frequent, and without vies to answer first. And now with digital device, intelligent vies to answer first the direction of development, and this will inevitably raise the cost of the contest. Now that the knowledg

5、e competition more and more small, simple operation, economical and practical small vies to answer first device will certainly market. This vies to answer first by using only very clever design and realize the digital digital chips. In knowledge responder competitions, especially when the topic, in

6、doing vies to answer first vies to answer first process, in order to know what a group or a player to answer, you must have a system to complete this task. If only by the people in vies to answer first the vision is to figure out which group to answer. This design is to use several triggers and tran

7、sistor clever design contest, above the problems were solved, even if the two groups of vies to answer first time, also can differ microseconds distinguish which group of priority. This paper introduces the working principle and the responder design, and its practical applications.The design of the

8、quizzes responder, mainly consists of three parts: a few D flip-flop is composed of a part, the responder used by several JK flip-flop is used 74LS4511 and constitute part, another is down by two 74190 constitute a reversible counter JiFenQi, namely.2.总体方案设计以下是智力抢答器的原理框图2.1方案比较以下是智力抢答器的方案流程图方案一秒脉冲计时

9、控制显示抢答控制器声光提示倒计时显示主持人控制计分器图2.1 方案一流程图抢答器主要是由四个三极管、和四个D触发器以及四个或非门构成，其中三极管是与主持人一起配合使用，用来控制是否开始抢答，当主持人将开关接地时，三极管截至，此时三极管可以当作一个二极管使用当有选手抢答时就通过三极管将信号传送给D触发器，D触发器在将信号传送给或非门并将其他选手锁存，同时将信号送给发光二极管与喇叭。其工作原理是当主持人按下抢答开关时，选手能进行抢答。当有选手抢时，抢答信号就通过三极管传入D触发器，并且最先收到抢答信息的D触发器送出一个反馈信号将其余三位选手的信号封锁。当选手回答完毕问题时，主持人启动计分器，并且给

10、该选手加上或减去分数。计分器通过译码器将信号传送给一数码管显示出来。方案二定时器显示分数计分器主持人控制倒计时器显示时间选手抢答按键抢答控制器声光提示图2.2 方案二流程图方案二的抢答器则主要是由四个RS触发器，一个74LS48以及一个优先编码器74LS148构成，其中四个RS触发器的输出接74LS48，74LS48在接数码管，R端接5V电源其如图RSQQRSRSQRSQ5v.主持人.10kR图2.3 RS触发器S端接74LS48连接选手的输入信号，当主持人将开关接通时，RS触发器的R端为低电平，输出端也全部为低电，选手不能抢答。当断开时，RS触发器处于工作状态中，当有选手抢答时，信号输入S端

11、，并且锁定其他选手。2.2方案论证及选择通过以上两种方案的比较可知，方案一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。方案二的设计则是用一个数码显示器显示抢答成功者的号码，与第一个相比显得不能让人一下就反映过来谁是抢答成功者；另外方案一更加的简洁、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：555，74LS148以及开关 二极管 电容 电的电路与方案二比较显得更简单、明了。这样就是就选择第一种方案。3.主要器件介绍JK出触发器功能有：主从JK触发器具有置位、复位、保持（记忆）和计数功能； 主从JK触发器属于脉冲触发方式，触发翻转只在时钟脉冲的

12、负跳变沿发生； 不存在约束条件，但存在一次变化现象。 产生一次变化的原因是因为在CP=1期间，主触发器一直在接收数据，但主触发器在某些条件下（Q=0，CP=1期间J端出现正跳沿干扰或Q=1，CP=1期间K端出现正跳沿干扰），不能完全随输入信号的变化而发生相应的变化，以至影响从触发器 状态与输入信号的不对应。此次用3个JK触发器主要是构成三位二进制倒计时器计数器，其中前一个JK触发器的Qn端接下一个JK触发器CP端。CLR接主持人控制端。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

13、应用。而这次是将555够成一个多谐振荡器。D触发器，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。综上所述可知在本次设计的电路中，RS边沿D触发器有四个，其作用是用来锁存非最先抢答者的抢答信号。而三个JK触发器则是构成了一个减法计数器且和555定时器一起使用，形成一个倒计时器，555是为JK触发器定时提供提够脉冲，使JK触发器工作。4511译码器将JK触发器输出的信号转换成能够在数码管上显示的有效信号。还有就是74190可逆计数器，主要是

14、用来计算选手得分情况。4.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三部分组成：抢答器、计时器以及计分器。下面就依次介绍各组成部分的设计方法，功能等。4.1抢答器电路这个抢答器设计成可供四个人抢答使用，它的组成器件有：四个三极管、 四个D触发器（74LS74）、四个或非门以及用于起提示作用的发光二极管和扬声器。电路图如下：其工作原理如下：当主持人将开关拨至接通状态时，这样三极管处于截至状态，使选手无法抢答，整个抢答器处于被锁定状态，当主持人将开关断开时，三极管的集电极接高电平，这样三极管处于导通状态，当选手有抢答信号输入时

15、可以通过三极管将信号传送给D触发器，而D触发器的作用则是判断选手的信号，并锁住其他选手的信号传入。首先，对于三极管的工作原理，主要是巧妙的利用了它的基极和集电极的电压关系来使三极管截至或导通即利用了三极管的开关作用。晶体三极管的电流放大作用 。晶体三极管具有电流放大作用，其实质是三极管能以基极电流微小的变化量来控制集电极电流较大的变化量。这是三极管最基本的和最重要的特性。我们将Ic/Ib的比值称为晶体三极管的电流放大倍数，用符号“”表示。电流放大倍数对于某一只三极管来说是一个定值，但随着三极管工作时基极电流的变化也会有一定的改变。 晶体三极管的三种工作状态 截止状态：当加在三极管发射结的电压小

16、于PN结的导通电压，基极电流为零，集电极电流和发射极电流都为零，三极管这时失去了电流放大作用，集电极和发射极之间相当于开关的断开状态，我们称三极管处于截止状态。 饱和导通状态：当加在三极管发射结的电压大于PN结的导通电压，并当基极电流增大到一定程度时，集电极电流不再随着基极电流的增大而增大，而是处于某一定值附近不怎么变化，这时三极管失去电流放大作用，集电极与发射极之间的电压很小，集电极和发射极之间相当于开关的导通状态。三极管的这种状态我们称之为饱和导通状态。 其次，而D触发器的的构成原件见下图：此D触发器又叫维持阻塞边沿触发器，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

17、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，=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=，g=D。、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=。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

18、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： 表3.1 D触发器真值表Sd RdCPD10001111000110101110111111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

19、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。4.2计时器电路设计的该计时器主要是由三个部分组成，一个是555定时器用来提供脉冲，一个是由3个JK触发器构成的减法计数器，最后一个组成部分是有CD4511译码器和数码管连接成的，用于显示时间，器构成图如下：4.3 计分器电路计分器是用来记录先手的得分情况，因此计分器在竞赛中也显得比较重要。下面就就介绍该积分器的电路结构以及工作原理。该计数器由两个SN74190和一个D触发器构成，其图如下：图3.6 计分器电路图其中74190是一个加减计数器，其由控制端5管脚控制，当5端口输入为高

20、电平时，工作状态为一个减法器，当5端口接低电平时，工作状态为加法器。D触发器主要是使个位显示0.由于在开始抢答时，每位选手显示分数为100，因此百位的74190置数为1，十位置数为0其工作流程如下：假如开始抢答，当有选手答题正确时，主持人将开关拨到加分端并按下脉冲开关时，U2接收一个脉冲（因为U2的预置端置数为0即Q1Q2Q3Q4=0000），此时输出变为Q1Q2Q3Q4=0001,即相当与给选手加上十分，当该选手再次答题正确时，主持人又按下脉冲开关送出一个脉冲，U2接收到一个脉冲，输出又变为Q1Q2Q3Q4=0010即又给选手加上十分即显示为120，依此类推。当第十个脉冲到来时，U2的输出端

21、Q1Q2Q3Q4输出1010，同时与Q0Q2相连的与门将接收一个低电平信号输入到管脚11使置数从新变为0开始计数即输出又从零开始。与此同时进位端13脚将产生一个进位脉冲，输入给U1中，此时U1的输出端将输出0010，即使百位的数码管显示为2。此时该选手的得分即为200。减法的工作方式和加法相似，这里就不再说了。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

22、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，我们小组几个人一起，让一个人当主持人，另外几个当选手进行试验。首先主持人断开控制开关，宣布抢答开始，当有选手抢答时,该选手的指示灯闪烁，并且扬声器也鸣叫提示其他选手停止抢答，但该选手回答玩主持人的问题后，主持人宣布他回答是否正确，正确或错误就用计分器相应给他加（减）分。另外也测试了当主持人合拢抢答开关时，看能否抢答。结

23、果和预测的一样是不能抢答的。本次实验所用的仿真软件为ISIS,由于ISIS比较简单易懂,比较适合初学者使用,但ISIS存在仿真元件不齐的问题.所以在仿真过程中会遇到一些找不到元件的问题,这就需要我们寻找其他的相同功能的元器件进行替代.这是我们在用ISIS中应该最注意的问题. 总之在用ISIS仿真中我们多多少少会遇到一些问题,我们应当尽量去解决这些问题,得到我们所需要的仿真效果. 此抢答器设计是按要求一步一步完成的，因此主要功能有三个： 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。 具有倒计时功能，这样可以加强现场气氛，增加紧迫感。若预定时间无，倒计时器的显示为0

24、，并且指示灯亮起，提示选手不能抢答。 还具有计分功能，即统计选手得分情况。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：本系统是一个可供4人抢答的抢答器,当主持人按下禁止抢答的开关时,抢答被禁止.如果在此期间选手将不能抢答;当控制开关断开时抢答允许,此时若有人抢答,数码显示器将显示抢答者的组数,报警器也会发出蜂鸣声,提示主持人抢答已经完成. 通过本次的课程设计我学到了学多的知识，学会了ISIS以及Protel的一些基本使用方法，培养了我们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。但是，由于设计是安排在期末考试左右，因而在时间上产生了一定的冲突，很多问题来不及细细思考，在作报告时花了很多时间，值得我们在下一次的课程设计中好好改进，对文档的处理能更加熟练，对报告论文的形式更加有把握，内容更加充实完善。7、参考文献资料1夏路易 石宗义, 电路原理图与电路板设计教程2赵淑范 王宪伟, 电子技术实验与课程设计3刘修文, 使用电子电路设计制作300例4高吉祥，电子技术基础实验与课程设计.电子工业出版社5吕思忠，数子电路实验与课程设计.哈尔滨工业大学出版社6 郑家龙，集成电子技术基础教程北京：高等教育出版社