八路定时抢答器设计 数电课程设计 数字电路课程设计.docx

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1、奴字电子课程设计专业：电气工程及其自动化班级：05-2班学号：0520020054姓名：指导老师：一、引言3二、设计任务及系统功能简介3三、实现的原理与电路3四、总体方案选择的论证10五、在设计过程中发觉的问题和所做的改进11六、组装与调试12七、整机电路原理图13八、所用元器件列表14九、改进设想及建议15十、心得体会15十一、参考文献15具有定时功能的八路数显抢答器的设计一、引言工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛，抢答记分器是必要设备。在我校实行的各种竞赛中我们常常看到有抢答的环节，举办方多数采纳让选手通过举答题板的方法推断选F的答题权，这在某种程度上会囚为上持人的上观误断造成竞赛

2、的不公允性.为解决这个问题，我们小组打算就本次大赛的机会制作一个低成本但又能满意学校须要的八路数显抢答器。二、设计任务及系统功能简介1.基本功能：（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队竞赛，分别用8个按钮SOS7表示。（2）设置一个系统消除和捡答限制开关S,该开关由主持人限制。（3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在DPY_7-SEG七段数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号始终保持到主持人将系统清除为止.2.扩展功能：（1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动起先”键后，定时常进

3、行减计时。（2）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。在这段（3）假如定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示OOo三、实现的原理与电路1 .数字捻答器总体方框图如图1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清零”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;起先”状态，宣布起先抢答涔工作。定时涔倒计时，扬声涔绐出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先推断、编号锁存、编号显示、扬声器提示.当一轮抢答之后，定时器停

4、止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间.假如再次抢答必需由主持人再次操作消除和起先”状态开关。按钮12 .单元电路设计（1）抢答器电路设计电路如图2所示.电路选用优先编码器741.S148和锁存器741.S297来完成。该电路主要完成两个功能：一是辨别出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采纳七段数字数码显示管）：-是禁止其他选户按键，其按梃操作无效。工作过程：开关S置于清除端时，RS触发器的R、S端均为0.4个触发潜输出置0,使741.SM8的优先编码工作标记端（图中5号端）=0,使之处工作状态.当开关S置K起先时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按

5、键按下时（如按下S5）,741.SM8的输出经RS锁存后，CTR=I,RBO（图中4端）=1,七段显示电路741.S48处于工作状态,4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外,CTR=1,使741.SM8优先编码工作标记湍（图中5号湍）=1,处丁禁止状态，封锁其他按键的输入,当按键松开即按下时，741.S148的此时由于仍为CTR=1,使优先编码工作标记端（图中5号端）=I,所以741.S148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答拧的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。741.S1.48为8线一3线优先编码器，表】为其功能表。A图

6、2数字捻1741.S148的动能我值我输入输出STMINiIN2iNiWINsIN6IN1./1XXXXXXXXI1111OI1.1.1.1.111I1110OXXXXXxx00001O改XXXXX0100101O及XXXXO1.1.01001O&JCXX。I1.1.01I01ORxxO1.111I0001Oxx1.1.I1.1.10I01ORO1.1.1.111I1001OO1.1.1.1.I1.1.11I01(2)定时电路K3EK时.的定时电第原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、卜进制同步加减计数器741.S192减法计数电路、741.S48译码电路和2个7段数码管即相关电

7、路组成。具体电路如图3所示.两块741.S192实现减法计数，通过译码电路741.S48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路供应.74192的预置数限制端实现预置数，由节目主持人依据抢答麴的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数涔的时钟脉冲由秒脉冲电路供应。按傻弹起后，计数器起先减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY7-SEG上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；假如没有人抢答，且倒计时时间到时，8Q输出低电平到时序限制电路，限制报警电路报警，同时以后选手抢答无效.下面结合图4具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理“结合图4,图中电容C

8、的放电时间和充电时间分别为1=RjC1.n2().7R.C,1=(1.+)C20.7(1+,)C于是从NE555的3端输出的脉冲的频率为/=f、八,结合我们的实际阅历及考虑到元器件的成本，我tt+r1(1.+2f,)C们选择的电阻值为R1=15K,R2=68K,C=IOuF,代入到上式中即得f*1月z，即秒脉冲。RU1.UtzUnT的工作状态0XX0导通I-vtt30导通从/变化到|乙-Vtt310导通*2565定时.功修ft需出杪脉冲SegoIS4标维秒脓冲产生电路（3）报警电路由555定时器和三极管构成的报警电路如图5示.其中NE555构成多谐振荡器，振荡频率4=1-43/NTAB1.t1

9、.T2D1.OMA1.ORFUNCTIONINPUTSSTSrOUaTFUTSNOTERBIDCHAf1.0MH1.1.1.1.HHHHHHHU1HX1.1.1.HH1.MH1.1.1.1.2HI1.H1.HHH1.HH1.H3HX1.1.HHHHHHH1.1.H4H1.H1.1.H1.HH1.1.HH6H1.H1.MHH1.MH1.HH6H1.HHUH1.1.HHHHH7HX1.MHHHHHH1.1.1.1.8HXH1.1.1.HHHHHHHH9HH1.1.HHHHH1.1.HH10HXH1.H1.H1.1.1.HHIH11HXH1.MHH1.卜HH1.1.H12HXKM1.1.H1.K1.

10、1.1.HH13HXHH1.HHH1.1.N1.HH14HXMHH1.H1.1.1.HHHH15HXHHHMH1.1.1.1.1.1.1.B1.XXXX1.1.1.1.1.1.1.1.2RBIH1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.1.31.T1.XXXMMHHHHHM4六、组装与调试1 .运用的主要仪器、仪表多路直流稳压电源YB1719：数字万用表MY61：数字示波器TDSIo1.2：函数发生器EE14U：2 .电路调试(1)单元电路检测抢答电路把主持人的限制开关设置为“清除”位置，用万用表检查RS触发器的正端为低电平，输出端(Kr1.Q)全部为低电平.于是741.S48的4端平I

11、RBO=0,显示潺灭灯：741.SI48的选通输入端,即5端ST=O,741.S148处于工作状态,此时锁存电路不工作。然后把主持人的限制开关拨到“起先”位置，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，给8路抢答端口即输入端i,i”给上低电平的输入信号，如当有选手将抢答按键按下时(如按下SQ,741.S148的输出工*Y11=OIO.VEK=O,经RS锁存器后，74279的输出1Q,即CTR=1,/BI/RBO=1.741.S279处于工作状态，输出端4Q3Q2Q=101,Yfx=O,经RS锁存器后，出“5”。此外，CTR=I,使741.SM8仍处于禁止工作状态，其它按

12、键的输入信号不会被接收.定时电路用示波器检查555的输出波形是否为IHz的方波信号，如不是对555的外用电路进行调整达到要求为止.给741.S192的数据输入湍设定一次抢答的时间，如35秒(00110101)的八位数据。视察显示器的显示时间是否进行减计数，有问题按原理进行修改。时序限制及报警电路主持人将限制开关拨到“起先”位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。当参赛选手按动抢答按键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。当设定的抢答时间到，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。2.整机电路调试起先时，主持人将限制开关接地，抢答电路部分锁存器741.S279的状态

13、输出全为0,741.S48的灭灯输入与锁存器741.S279的Q1.相接，故抢答电路无显示(消除)：与此同时，在计时电路部分，减法计数器741.S192的预置数端为0,将事先的预取数送入诚法计数器中。当主持人按键弹起时，计数器起先计数工作，抢答起先。在没有人按键且抢答时间没到时，优先编码器/Yex输出为1,计数器B02输出为I,74148的5端，即分=802*3市=0,而CZCX=布*8O2C优先编码落和计数器都正常工作：当在规定时间有人按下抢答按键时，/YEX输出为“0，CTR=1./ST=I,优先编码器停止工作，此后选手的抢答无效，电路将按键者的编号显示在1.ED上：同时，CTR=I,计数

14、部分的计数脉冲CZCK=C7K*O2*CF-0,计数落停止工作，此时的倒计时时间记录并显示在1.ED上：74148的/Ys端由1跳变到0,74121有状态2,即Q输出留态高电平，蜂鸣器连续发声报警，持续时间为4=4.3秒。假如在规定时间内无人抢答，B02由1跳变到0.74121有状态2,Q输出哲态高电平，蜂鸣器连续发声报警持续时间为“=4.3秒：ST=1.抢答电路快止工作，此后的抢答按键无效。七、所用元器件列表序号编号名称数量说明1741.S192十进制可逆计数胧2片工作电压5Y2NE555单稳态触发潜2片工作电压5V3741.S48七路显示译码器3片工作电压5丫4741.S148优先编码器1

15、片工作电压5V5741.S279触发器1片工作电压5Y6741.S121非亚触发单稳态触发器1片工作电压5Y77400与非门1片工作电压5V87408与门1片工作电压5V97404反向器1片工作电压5V109013三极管1个11R3、R1.510C电阻3只12R268kC电阻2只13R1.15k电阻2只14R61.OOk电阻1只【5R5IkQ电阻2只16R710k电阻10只17CI0.IuF2只18CIOuF1只19C2100uF1只20Speaker好鸣器1只8Q,6V21SW弹片开关9只22单刀双置开关9只231.ED发光二极管2只24DPY_7-SEG共阴极七段数码显示管3片八、改进设想

16、及建议（1）我们设计的作品主要是用74系列集成芯片来完成的，在焊接的过程中由于芯片的引脚过多，布线工作不是很便利。有时候还因为某一跟线没有焊牢，造成电路的不稳定，这些都是有待改进的。我们的想法是依据雎片机原理及相关学问对我们的设计进行一些改进.（2）完成电路的设计后，我们进行了电路的模拟，我们采纳的方法是在面包板上进行模拟，虽然结果是模拟出来/,但是效率很低.面包板存在着许多的不确定性。比如板上有些插孔不行用等因素可能导致模拟失败，即便有些时候设计是对的。因此我们建议学习一些常用电路仿真工具，如EWB、MAX-P1.USII等EDA软件对设计出的电路进行仿立和模拟，这样既可以提高效率，又可以提高模拟的精确性。九、心得体会本文具体介绍了抢答器的设计方案，功能及在设计过程中所做的改进。这种抢答器主要是基于74系列集成芯片，成本较低，且基本能够运用于学校的一些活动中。十、参考文献I1,康华光编电子技术基础数字部分,北京高等教化出版社.2000年6月版.2 .李海编74系列芯片手册,更庆重庆高校出版社19卯年9月版.3 .欧阳昆明编数字遗辑,武汉华中科技高校出版社，2002年5月版7.肖景和编（CN0S数字电路应用300例北京，中国电力出版社，2005年1月十一、整机电路原理图