声光数字显示竞赛抢答器设计课程设计3

淮海工学院 课程设计报告书

课程名称： 电子技术课程设计 题 目： 声光数字显示竞赛抢答器设计 系 （院）： 电子工程学院 学 期： 2011-2012-1 专业班级： 自动化091

姓 名： 赵培培 学 号： 030913134

评语： 成绩： 签名： 日期：

目录

1 绪论..................................................3 2 设计内容及要求........................................3 3 电路设计..............................................4 4 电路仿真............................................. 12 5 组装调试..............................................14 6 系统所需元器件........................................14 7 心得体会..............................................15 8 参考文献..............................................15

2

1、 绪论

1.1 设计背景

在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。同时还可以设置记分、犯 规及奖励记录等多种功能。该设计就是针对上述各种要求设计出的供 6 名选手参赛使用的数字式竞赛抢答器。数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码电路、锁存器 、 译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器 上输出实现计时功能，构成扩展电路。经过布线、焊接、调试等工作后，数字抢答器成形。 1.2 设计任务和要求

1、用中小规模集成电路设计一个可容纳六组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。所有调试和检测内容均在电脑上仿真进行。

2、电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出“嘀??嘟??”的双音音响持续3s左右。

3、设置计分电路。每组在开始时预置成100分，抢答后由主持人记分，答对一次加10分，否则减10分。

4、设置犯规电路。对提前抢答和超时抢答的组别鸣喇叭示警，并由组别电路显示出犯规组别。

2、设计内容及要求

2.1、设计思路

⑴本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可用触发器或锁存器等。在得到第一信号之后立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效，否则应视为提前抢答而犯规。

⑵当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二极管直接指示组别。还可用鉴别出的第一抢答信号

3

控制一个具有两种工作频率交替变化的音频振荡器工作，使其推动扬声器发出两态笛音音响，表示该题抢答有效。

⑶计分电路可采用2位七段数码管显示，由于每次都是加或减10分，故个位总保持为0，只要10位和100位作加/减计数即可，可采用两级十进制加/减计数器完成。

2.2 数字抢答器总体方框图

其工作工作过程为：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，定时器显示设定的时间；主持人将开关置开始\状态，宣布\开始\抢答器工作，扬声器给出声响提示，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，输入电路被封锁，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内抢答时，抢答器完成下面几个工作：

1.

优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；

2. 3.

控制电路对输入编码电路进行封锁，避免其他选手进行抢答； 控制电路要使定时器停止工作，时间器上显示抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止，以便进行下一轮抢答。

图（1）总体方框图

3、电路设计

3.1 计分电路

4

主持人控制台电路需要包括所有参赛队“初始置100分“按钮J1，“准备抢答”按钮J4，“开始抢答”按钮J5，“加10分”按钮J2，“减10分按钮”J3。本例中的初始置100功能是利用计数器芯片74LS192的置数功能来实现的。74LS192置数端是低电平有效，所以信号形式为负脉冲。“准备抢答”和“开始抢答”为负脉冲，加10分和减10分为正脉冲。

图（2）主持人控制台电路 选手控制台电路：

每个参赛队在主持人下达了“开始抢答命令”后可以按下抢答器按钮进行抢答。 当取得抢答权的参赛队回答完问题时，主持人根据其结果正确与否进行加减分。在该电路中主持人按下预置100分按钮，即为所有参赛队初始预置100分。具体电路图见图（3）。（J5为预置100分按钮，J6为加10分按钮，J7为减10分按钮，J8为开始抢答按钮）

电路实现功能:能够在主持人发出抢答命令后，对选手进行加分或者减分。

5

图（3） 计分电路

3.2 控制电路

图（4）74LS148管脚

6

74LS148功能表

图（5）控制电路

参考电路如图所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操

7

作无效。工作过程：开关S置于\清除\端时，RS触发器的 端均为０，４个触发器输出置０，使74LS148的 ＝０，使之处于工作状态。当开关S置于\开始\时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出 经RS锁存后， Q1=1, =1,74LS48处于工作状态， Q４Q３Q２=101,经译码显示为\５\。此外，Ｑ1＝１，使74LS148 ＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为Ｑ１＝１，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将Ｓ开关重新置，然后再进行下一轮抢答。74LS148为８－３线优先编码器。

3.3 计时电路

图（6）计时电路

当主持人下达“开始抢答”命令后开始计时，若超过规定时间，则抢答

结束，重新进入下一轮抢答。

电路功能：能在主持人宣布抢答开始后，立即开始计时，到规定时间指示灯亮。

74LS160为十进制异步清零计数器，它是正沿出发的同步加法触发器。CLR，清零输入端。当CLR=0时，立即有QA QB QC QD=0 0 0 0,而不管这时是否有正跳时钟脉冲到来。LOAD送数端，当LOAD=0且时钟脉冲上跳时，原先

8

埋伏在输入端的数据D C B A才能经过计数器送到QD QC QB QA端输出。CO

为进位输出端，仅当计数器的状态QD QC QB QA=1001时，进位输出端CO=1.

3.4音响电路

音响电路由555定时器跟三极管组成，当选手提前抢答或是超时抢答，音响电路会发出报警音响。这里，555定时器构成了多谐振荡器，当它的输出信号经三极管后推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作；当PR为低电平时，多谐振荡器停止工作。

图（7）音响电路

9

3.5自锁电路

图（8）74LS279引脚图 74LS279真值表

74LS279就是4R-S触发器，每片上有四路R-S触发器。每路R-S触发器有R和S两个输入和一个输出端Q。

当S输入低电平（0）时，输出Q为低电平（0）； 当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（0），则Q为高电平（1）；

当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（1），则Q保持不变

3.6 译码与显示驱动设计

图（9）译码与显示驱动电路

10

74LS48，共阴极7段数码管译码器，A B C D为输入，D为高位，为二进制编码；a~g为输出，高电平有效，分别接共阴极数码管的a~g引脚；7448允许输入大于9；LT为灯测试输入端，低电平有效。LT=0时，数码管7段同时得到高电平，以检查数码管各段功能；RBI为灭零输入端，低电平有效。BI/RBO为灭灯输入/灭零输入端，低电平有效。

3．7 整机电路图

（图10）整机电路图

11

4、电路仿真

4.1

计分电路仿真

（图11）计分电路仿真

4.2 控制电路仿真

（图12）控制电路仿真

12

4.3 计时电路仿真

（图13）计时电路仿真

4.4 音响电路仿真

（图14）音响电路仿真

13

4.5 译码与显示驱动电路仿真

（图15）译码与显示驱动电路仿真

4.6 整机电路仿真

（图16）整机电路仿真 5、组装调试

14

在组装调试过程中，发现秒脉冲电路的电容正负极接反，没有正确认识电容的正负性，将电容反过来接就正确了。首先设置定时电路的时间为30秒，然后按主持人控制开关，定时电路倒计时，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。如果定时时间已到，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00。电路正常工作。

6、系统所需元器件

（1） 七段显示器（共阴极） 4片 （2） 74LS48×4 （3） 74LS160×1 （4） 74LS192×2 （5） 5G555定时器 1片

（6） 门电路：74LS00×1、74LS04×1 （7） 编码器：74LS148×1 （8） 四位D锁存器：74LS279×2

（9） 电阻、电容、三极管（3DK2A×1）、二极管（2CK5×4)、音乐集成块（KD153×1）、导线等

7、收获与体会

这一次课程设计，它加深与巩固了我们所学的专业基础课程，例如数电和

模电，并将其综合运用，提高了我们综合运用知识的能力还有就是将理论运用于实践，另一方面，培养了我们对专业知识学习的趣；同时也提高了我们分析问题的能力。

这次课程设计的设计流程我采用分块的设计顺序，优化了设计流程使之更符合逻辑性。但是需要注意的是，在其中每个环节必须认真进行，如果某模块电路没有设计好，或者存在错误，则总的电路必然会受到影响，所以在设计时应该考虑到实际情况。有时候会因为一个极小的疏忽而导致整个电路无法运行，例如，在仿真过程中由于我忘记接地导致输出老是不对。另外，该课程设计也要求我具备扎实的理论知识，刚开始由于理论知识掌握的不牢靠，在进行仿真设计时也一度使我碰壁，浪费了很多时间，最后不得不捧着书本，再把一些学的不牢固的知识好好的学了一遍。

通过这次课程设计，我基本掌握了用Multisim软件仿真电路图并进行仿真

15

分析，且初步掌握了电子电路的设计方法，在以后的学习中还需多加练习，熟练掌握，为以后的工作作准备。

回顾这次课程设计，从选题到定稿，从理论到实践，我懂得了理论与实践相结合的重要性。在这次课程设计当中，我本来是抢答、定时、报警、时序控制电路都有设计，但仿真做出来的只有定时和抢答两部分，而实物部分定时电路还无法正常工作，由此可见即使课本知识掌握的很好，如果不会综合运用，也是一些支离破碎的无用的知识，只有能把它运用到实践当中，才是真正属于你自己的知识。实践是检验真理的唯一标准，这句话说的真不假啊。以前在课堂上只是听老师说，自己在一旁死记硬背背下来，就以为自己学得很不错了，这一次，既是一个打击一次教训，也是一次学习。

8、 参考文献

[1]彭介华. 电子技术课程设计指导[M]. 北京：高等教育出版社，1997 [2]赵淑范、王宪伟. 电子技术实验与课程设计[M]. 北京：清华大学出版社，2006 [3]阎石. 数字电子技术基础[M]. 北京：高等教育出版社，2006 [4]刘鸣. 电子线路综合设计实验教程[M]. 天津：天津大学出版社，2008

16

分析，且初步掌握了电子电路的设计方法，在以后的学习中还需多加练习，熟练掌握，为以后的工作作准备。

回顾这次课程设计，从选题到定稿，从理论到实践，我懂得了理论与实践相结合的重要性。在这次课程设计当中，我本来是抢答、定时、报警、时序控制电路都有设计，但仿真做出来的只有定时和抢答两部分，而实物部分定时电路还无法正常工作，由此可见即使课本知识掌握的很好，如果不会综合运用，也是一些支离破碎的无用的知识，只有能把它运用到实践当中，才是真正属于你自己的知识。实践是检验真理的唯一标准，这句话说的真不假啊。以前在课堂上只是听老师说，自己在一旁死记硬背背下来，就以为自己学得很不错了，这一次，既是一个打击一次教训，也是一次学习。

8、 参考文献

[1]彭介华. 电子技术课程设计指导[M]. 北京：高等教育出版社，1997 [2]赵淑范、王宪伟. 电子技术实验与课程设计[M]. 北京：清华大学出版社，2006 [3]阎石. 数字电子技术基础[M]. 北京：高等教育出版社，2006 [4]刘鸣. 电子线路综合设计实验教程[M]. 天津：天津大学出版社，2008

16

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/gbh7.html