八路抢答器 - 图文

课程设计说明书

课程设计名称： 电子课程设计

课程设计题目： 八路抢答器

学 院 名 称： 信息工程学院

专业： 电子信息科学与技术 班级：

学号： 姓名：

评分： 教师： 胡志伟

20 13 年 10 月 11 日

电子课程设计 课程设计任务书

20 13 －20 14 学年 第 1 学期 第 1 周－ 3 周

题目 八路抢答器 内容及要求 (1)基本要求：利用数字电路设计一八路抢答器，要求允许八路参加，并具有锁定功能，用LED实现最先抢答的队号码，系统设置外部清除键，按动清除键，LED显示器自动清零灭灯。 (2)提高要求：数字显示功能：数字抢答器定时为30S，启动开启键以后要求，定时开始；，扬声器要短暂报警，发光二极管亮灯，如果在30S内抢答有效,计时结束，30S内抢答无效，系统短暂报警，发光二极管灯灭；计分显示，可以进行加／减分。 (3)模拟电路题目的设计与仿真 (4)依据题库，Protel制图（原理图、Pcb制图） 进度安排 1. 根据任务要求，查阅相关资料，完成设计前的前期工作：2天； 2. 根据资料，进行方案设计并对比论证，完成参数计算：2.5天； 3. 领取元器件，连接电路，完成电路调试：3天； 4. 提交报告：12周。 学生姓名： 指导时间：第1～3周 任务下达 考核方式 指导教师 2013年9月2日 任务完成 指导地点：综合楼中506室 2013年9月22日 √ 2.答辩 □ 3.实际操作□√ 4.其它□ 1.评阅 □胡志伟 系（部）主任 贾杰 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。 2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。

前言

现如今，可以明显的感觉到电子产品已经成为了人们生活中不可或缺的一部分了。而且电子产业的发展也尤为迅猛，竞争也尤为的激烈。在人们的日常生活中，手机、电脑等早已得到了普及，也使得人们的生活娱乐方式更加的多样化。比如看电视已然成为人们最热衷的娱乐方式之一。可以发现电视当中有许多各种各样的有奖竞答类节目，而这类节目最重要的共同点之一就是要用到抢答器。本次电子课程设计数字电路部分就是要求设计一八路抢答器，其实现的主要功能有八路抢答功能和30秒倒计时功能。并且本次课程设计实验报告详细了的介绍了八路抢答器的设计过程。

报告的第一章是介绍八路抢答器的设计任务及要求，其中说明了抢答电路所要实现的具体功能。第二章介绍了抢答器的组成模块和工作原理，以及各个模块之间的联系实现功能的统一，这章为之后设计出具体的电路提供理论上的依据。第三章和第四章分别是抢答电路原理图的设计以及在仿真软件当中对实验的原理图进行仿真，验证设计出的电路的准确性，这样在具体焊接实际电路图的时候提高产品的成功率。第五章则是对具体的焊接电路过程中的调试，以及对焊接时遇到的问题的解决方案。第六章是对整个设计的总结，和完成这次课程设计的心得与收获。因为本次设计的八路抢答器在功能上相比于实际还是有些欠缺，所以还是有待于完善的，所以第七章列出了需要完善的几点功能，使其更具实用性。由于本次课程设计还涉及到了模拟电路的设计以及pcb版的制作，相关内容在附录中有简单的介绍。

纵观本次八路抢答器的设计制作，结果还是很成功的，基本要求达到的功能都具备了，实际焊接的电路也在附录A中给出。

目 录

摘要 ........................................................................ 1 第一章 设计任务及要求 ....................................................... 2

1.1 设计任务 ............................................................. 2 1.2 技术指标 ............................................................. 2 1.3 任务分析 ............................................................. 2 第二章 系统的组成及工作原理 ................................................. 3

2.1系统的组成 ........................................................... 3 2.2工作原理 ............................................................. 4 第三章 八路抢答器电路的设计 ................................................. 6

3.1 八路抢答器的电路图 ................................................... 6 3.2 电路中部分模块的参数计算 ............................................. 6 第四章 电路的仿真 ........................................................... 9 第五章 系统的调试 .......................................................... 11

5.1 电路焊接 ............................................................ 11 5.2 系统的调试 .......................................................... 11 第六章 实验结论 ............................................................ 13 第七章 功能拓展 ............................................................ 14

7.1 犯规报警环节 ........................................................ 14 7.2 计时报警电路 ........................................................ 14 参考文献 ................................................................... 15 附录A ...................................................................... 16

元件清单 ................................................................ 16 主要芯片的功能表及引脚图 ................................................ 17 在PCB板上焊接的八路抢答器实物图 ........................................ 20 附录B ...................................................................... 21

1、模拟电路的电路设计 ................................................... 21 2、模拟电路的电路仿真 ................................................... 21 附录C ...................................................................... 23

Protel 制图 ............................................................. 23

摘要

在经济快速发展的今天，各行各业都有一定的增长态势，其中电子行业的发展尤为迅猛，人们的生活充斥着各种各样的电子产品，无论是在工作、学习还是娱乐活动中。比如在一些竞答类的电视节目中，抢答器则是其中必不可少的电子产品了。

此次数字电路课程设计就是八路抢答器的设计制作，设计的主要内容为：抢答器同时能够提供8个代表队比赛，分别用8个按钮SW1—SW7表示，及主持人开关SW9具有清零功能，具有锁存功能，并且有倒计时的功能，抢答和倒计时显示通过译码器译码由数码管实现。利用74LS系列芯片来实现电路中计时、选择等关键功能，利用555芯片来提供计时脉冲的输入。经过一系列的分析、准备、设计、布局、焊接、调试，设计的电路基本符合设计要求。

关键字：八路抢答、倒计时、脉冲、锁存、数码管

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第一章 设计任务及要求

1.1 设计任务

1、允许八路参加，并具有锁定功能，用LED数码管实现最先强答的队号码，系统设置外部清除键，按动清除键，LED显示器自动清零灭灯；

2、数字显示功能：数字抢答器设置为30s，启动开启键以后要求：Ⅰ）定时开始；如果在30s内抢答有效，计时结束，30s结束抢答无效； 3、电路基本含有锁存功能编码显显示；

4、设计八路抢答器的电路原理图，并且分析电路的工作原理； 5、设计一个8路抢答器电路进行仿真功能；

6、电路的制作与功能实现的检测与调试，以及简单电路故障的判定与排除。

1.2 技术指标

1、模拟抢答并用数码管信号灯显示相应编号； 2、主持人开关控制抢答器的开关与清零功能。

1.3 任务分析

抢答器运用于各种规模的竞赛、文娱活动中的抢答环节，能够准确、公正、明了地判断出抢答者的编号。其中主要通过数码管的数字提示来显示抢答结果。

抢答器的种类繁多，根据不同的场合出现了不同规格的抢答器，根据不同的设计方法与不用的材料制作出来的抢答器的功能也不尽相同。

本次课程设计是基于数字电路的基本门电路来设计的八路抢答器。 该八路抢答器基本上要实现一下几点功能： 1、抢答器同时供8名选手或8个代表队参加比赛；

2、电路拥有开关控制功能和数据清零功能，该开关只能由主持人控制； 3、抢答器具有锁存功能即选手按动按钮，锁存相应的编号，之后其他选手

按键被禁止；

4、在锁存的基础上用数码管显示抢答者编号的显示功能；

5、有30s倒计时电路，选手抢答后倒计时停止；倒计时结束时，选手按键

被禁止。

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第二章 系统的组成及工作原理

2.1 系统的组成

根据设计任务的要求，要实现八路抢答器的功能可以将该系统分为两个模块，一个是抢答电路模块，一是倒计时模块。两者之间通过逻辑门电路相互联系从而完成八路抢答器所要实现的所有功能。 1、抢答电路模块

根据抢答电路功能的要求，电路的设计中应该包含编码器、译码器、锁存器，信号灯LED以及数码管等环节，设计出抢答器总体的框架如下：

图1.1 抢答器框架图

图1.2 抢答环节的实际电路图

图1.2基本上实现主持人对开关的控制与清零作用，选手抢答与锁存并且通过显示元件显示抢答结果。 2、 倒计时电路模块

倒计时电路环节的流程：脉冲输入——三十进制递减——译码器——显示

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器，其中三十进制递减环节由主持人通过开关进行置数，并控制计时的开始与停止。在图3中数据预置端预置的数位从高到低0011 0000，代表十进制的30。

图1.3 倒计时环节的实际电路图

2.2 工作原理

1、抢答模块工作原理

抢答器环节的主要两个功能：一是判断出抢答选手的先后，并锁存优先抢答者的编号，经译码器译码并通过显示器显示；二是使其他选手在锁存自后的按键无效。故可以选用优先编码器74LS148和锁存器74LS279两个芯片可以完成以上功能。其主要工作原理：当主持人控制开关处于“清除”位置时，锁存器74LS279中的四个RS触发器 端为低电平，输出端1Q-4Q全部为低电平，于是74LS48的 =0，显示器灭灯； 74LS148的选通输入端 =0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人开关拨到“开始”位置时，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，等待输入端 7... 0输入信号，当有选手将键按下时(如按下S5)，74LSl48的输出 =010， =0，经RS锁存器后，CTR=l， =1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出‘5’。此外，CTR=1，使74LSl48的 端为高电平，74LSl48处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LSl48的为 高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LSl48仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。此后等待主持人操作控制开关SW9，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。

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2、倒计时模块工作原理

倒计时电路环节的工作原理为：用555芯片和若干的电阻、电容构成多谐震荡电路输出秒脉冲信号，用两片74LS192（可递减也可递增计数器）芯片级联构成30进制（递减）计数器，当作30秒的倒计时，分为个位和十位的输出，各个芯片为设置为十进制输出，以便于分别经过74LS48译码器译码最后用数码管显示倒计时的数字。主持人通过抢答电路的清除开关对计数器进行置数，当“清除”时74LS192置数端低电位有效置数，当“开始”时置数端为高电位，开始计时。这就实现了计时和抢答的同步。 3、 两个模块相互联系实现所有功能

在倒计时抢答的过程中，如果30秒内无人抢答，倒计时至0，代表“十位”的74LS192输出端BO为低电位经过与非门到抢答电路的优先编码器的选通输入端 ,使其为高电位，从而控制优先编码器不处于工作状态，故此时不能抢答，要到主持人复位，进行下一次抢答方可。且和脉冲输入相“与”后输出作为计数器脉冲输入，此时计数器输入始终为零，故计数器也停止计数，再重新置数前保持为零。在倒计时抢答过程中若有人抢答，此时锁存器CTR输出为高电平先后经过一个非门和与非门使得优先编码器的 端为高电平处于禁止状态，而且另外经过一个非门再和脉冲输入相“与”，使得计数器脉冲输入始终为低电平，故计数停止，要等到主持人复位进行下一次抢答。综上为抢答器所有功能的实现。

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第三章 八路抢答器电路的设计

3.1 八路抢答器的电路图

根据系统的组成与工作原理的分析可以得到图3.2八路抢答器的电路原理图。

3.2 电路中部分模块的参数计算

用555定时器构成的多谐振荡器输出作为30秒倒计时电路的脉冲输入，多谐振荡的震荡周期T为一秒。

下图3.1为振荡器的电路图与波形图。

图3.1 555多谐振荡电路图、波形图

多谐振荡器的震荡周期为两个暂稳态的持续时间，T=T1+T2。由图UC的波形求得电容C 的充电时间T1和放电时间Ｔ2各为：

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振荡周期：

因八路抢答器中输入的脉冲信号是秒脉冲故可计算得R1=82ΚΩ，R2 =33ΚΩ,C=10uF。

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图3.2 八路抢答器原理图

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第四章 电路的仿真

利用multisim仿真软件画出电路图后还可以进行模拟仿真功能。图中分别用j1中的8个开关来表示8位抢答者,当抢答电路导通后，开始倒计时，闭合8个开关中的任一开关，数码管会立即显示抢答者相应的编号，同时倒计时停止，并且其他较后闭合的开关不会影响显示结果，如图4.1，6号选手最先抢答，1号、2号、4号5号、选手再抢答已经没用，故起到了抢答的功能。

图4.1

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图4.2为当倒计时结束时再有选手抢答，但是抢答失效，起到计时结束不能抢答的功能。

图4.2

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第五章 系统的调试

5.1 电路焊接

焊接是在设计的电路原理图的基础上进行排板布线，然后进行焊接。焊接所用到主要仪器有：

1、电烙铁； 2、焊锡丝； 3、电烙铁架和松香； 4、吸锡器；

5、可变电压源（5V）；

在焊接一些带极性的元件（发光二极管LED）的时候要先用数字万用表进行确认正负极。经过测量发光二极管的两个引脚中较长的引脚为正极，较短的引脚为负极。另外两种阻值的电阻的测量方法也是用数字万用表的欧姆档进行测量，不一一举例

LED等正负极判断图标如下：

图5.1 图5.2

5.2 系统的调试

焊接好PCB板后，利用可变电压源调到5V电压给电路供电，进行初步的调试，正常情况下，主持人开关清零并给计时器置数后打到开始的位置，开始进入30秒倒计时，输入按键信息后，如输入3观察数码管显示是否为3，并且观察倒

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计时是否停止。

而且其他按键输入不起作用。当不抢答，倒计时结束，停在0的位置，再按按键也同样不起作用。若都符合则说明调试成功。

但是实际上往往不会那么的顺利，数码管显示会出现乱码的情况，则此时应该用万用表电压档测量各个可能存在问题的芯片的引脚的电位，列出真值表，与理论的真值表相比对，判断是否是电路连接问题还是芯片的问题。

在实际调试中发现，优先编码器和锁存器的引脚电位与理论不符，检查电路连线没有问题，更换了不同的型号的芯片后就成功了，说明是芯片问题。

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第六章 实验结论

经过为期一周的数电课程设计，成功的完成了对八路抢答电路的设计，从一开始的电路图设计到之后的电路仿真再到最后的电路焊接，遇到了很多的问题，但是都成功的解决了。

本次设计的八路抢答器所实现的功能有抢答功能，既当有一人先按按钮，其他人再按就失效，并且可以实现抢答人编号的显示。还有30秒倒计时功能，在倒计时的过程中，有人抢答则计时停止，若无人抢答则30秒时间到后再抢答就已经失效。

不过本次设计的八路抢答器的功能和实际当中竞答类电视节目中的抢答器功能对比还是存在不少差距，故还可以进行一些功能上的拓展，以备完善，使其更加具有创新性和实用性。

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第七章 功能拓展

7.1 犯规报警环节

在实际抢答比赛中可能会出现在主持人开始之前就已经有人将按钮按下，这样就犯规了，则应加上一犯规报警，利用74ls148的GS输出端和SW9的清零端作为输入，输出家一LED灯或蜂鸣器报警，由组合逻辑电路来实现。

7.2 计时报警电路

设定的抢答时间到了之后加上一个由555定时器和三极管构成的报警电路，其中555构成多谐振荡器，振荡频率其输出信号经三极管推动扬声器发出警示音，提醒主持人此次抢答时间已到，具体电路如图7所示。

图7.1

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参考文献

[1] 程勇，实例讲解multisim 10电路仿真，人民邮电出版社，2010。 [2] 阎石，数字电子技术基础-第五版，高等教育出版社，2006。

[3] 赵珂、彭嵩，脉冲与数字电路实验指导书，南昌航空大学电子信息工程学院实验实践中心，2008。

[4] Myke Predko著，张晓林等译，数字电路原理与设计实例解析，电子工业出版社，2003。

[5] 高吉祥，电子技术基础实验与课程设计，电子工业出版社，2002。

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附录A

元件清单

74ls279 1件 74ls48 3件 74ls192 274ls148 174ls00 174ls04 174ls11 17425N或非门 1共阴极数码管LED 1555-VIRTUAL 1开关DIPSW1 1开关SPDT 1开关DSWPK 110k欧电阻 91k欧电阻 182k欧电阻 133k欧电阻 110uF电容 10.01uF电容 1

件 件 件 件 件 件 件 件 件 件 件 件 件 件 件 件 件 件

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主要芯片的功能表及引脚图

1、74ls148的功能表及引脚图

2、74ls279的引脚图及功能表

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3、74ls192的引脚图及功能表

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4、74ls48的引脚图及功能表

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在PCB板上焊接的八路抢答器实物图

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附录B

1、模拟电路的电路设计

图B-1.1 串联型连续可调直流稳压正电源电路原理图

2、模拟电路的电路仿真

图B-2.1 最大输出电流

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图B-2.2 最小输出电压

图B-2.3 最大输出电压

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附录C

Protel 制图 1、原理图

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2、pcb制图

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xwu8.html