第一篇：八路智力竞赛抢答器
电子技术课程设计
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八路智力竞赛抢答器
学院：
华科学院
专业，班级：电气工程及其自动化062203H
姓名
段超
学号：
200622050308
指导老师： 黄庆彩
2008年1月
目录
一 设计任务与要求„„„„„„„„„„„„„„3
二 总体框图„„„„„„„„„„„„„„„„„3
三 选择器件„„„„„„„„„„„„„„„„„4
四 功能模块„„„„„„„„„„„„„„„„„6
五 电路的装配调试„„„„„„„„„„„„„„9
六 心得体会„„„„„„„„„„„„„„„„„11
八路智力竞赛抢答器
一．设计任务与要求
1.任务和要求
（1）抢大器能容纳8名选手，并且给出相应的编号为1、2、3、4、5、6、7、8，为每名选手设置一个按键。为了简化设计，可以利用试验仪上的逻辑电平开关。（这部分要求由我主要负责）
（2）设置一个给工作人员清零的开关，以便能开始新的一轮的抢答。为了简化设计，可以利用试验仪上的逻辑电平开关。
（3）用LED数码管显示获得优先抢答的选手的编号，一直保持到工作人员清零或1分钟倒记时答题时间结束为止。
（4）用LED数码管显示有效抢答后的1分钟到记时答题时间。（5）用喇叭发声知识有效抢答及答题时间的结束。（这部分要求由我主要负责）
（6）秒信号不必考虑时间精度，可利用试验仪上所提供的连续脉冲（方波）。
二．总体框图
根据设计任务与要求，我初步将系统分为4大功能模块：主电路、数据采集电路、控制电路和音响电路。可将主电路分为一个十六进制（实现一分钟倒记时答题时间）计数、译码、显示电路；数据采集电路（获得优先抢答选手的编号）分为8路抢答开关、八D数据锁存器、优先编码器、加1电路；控制电路分为锁存控制、倒记时控制、音响控制；音响电路分为单稳态触发器、音振及喇叭电路。以下是我设计的总体框图：如图1所示
图一 总体框图
三．选择器件
整个电路的电子器件有：555定时器，74LS192，74LS148，74LS373，74LS00，74LS04以及若干电容和电阻。我详细介绍一下我所设计的这两个电路中所用到的重要器件（555定时器和 74LS373）： 1．555定时器
555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如下图2： 4
图2 555定时器的内部电路框图和外引脚排列图
它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。2．74LS373 5 74373八D锁存器为三态输出的8 D透明锁存器, 373的输出端O0-O7可直接与总线相连。当三态允许控制端OE为低电平时，O0-O7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，O0-O7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。当LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。当LE端施密特触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善400mV。373引出端符号：
D0～D7-----数据输入端 OE-----三态允许控制端
LE-----锁存允许端 O0-O7-----输出端
74LS373外部管腿图、真值表、逻辑图，如下图3所示：
图3 74LS373外部管腿图、真值表、逻辑图
真值表中：L——低电平； H——高电平； X——不定态； Q0——建 立稳态前Q的电平； G——输入端，与8031ALE连高电平：畅通无阻低电平：关门锁存。图中OE——使能端，接地。当G=“1”时，74LS373输出端1Q—8Q与输入端1D—8D相同；当G为下降沿时，将输入数据锁存。
四．功能模块
根据设计任务与要求，我初步将系统分为4大功能模块：主电路、数据采集电路、控制电路和音响电路。
1.主电路由六十进制计数器和译码、显示电路两部分组成。2.控制电路由锁存控制和倒计时控制两部分组成。以上的这两大模块部电路均由我的搭档负责
以下的数据采集电路和音响电路两个模块是由我主要负责，下面我就详细说明我所设计的这两模块： 3．数据采集电路（1）．八路抢答开关
为8位选手提供8个抢答的按钮，这样可以在松开按钮后及时复位，为下次做准备。这部分我利用的是试验仪上的8个逻辑开关，在接电路图的时候，只用一个开关仿真。（2）.八D数据锁存器
采用八D数据锁存器74LS373，抢答前应使锁存允许LE=1，此时允许选手抢答，当有选手抢答有效时，要利用控制电路中的LE=0，使数据被锁存，其它选手就抢答无效了。（3）.优先编码器 采用优先编码器74LS148，因为采用了高速控制电路，因此一旦抢答，立即锁存。
我所设计的控制电路将充分利用74LS148的两个输出信号：选通输出Ys和扩展输出YEX。
以下是我设计的数据采集电路电路图如图4所示：
图4数据采集电路
4．音响电路（1）.单稳态触发器
设音响提示时间为2秒左右，可采用一脉宽为2秒的单稳态触发器实现。实现单稳态触发器的方法有很多，可以用与非门或者非门电路实现微分型单稳、利用施密特触发器实现单稳、集成单稳等。现采用555定时器实现，注意其脉宽的计算公式为tw=1.1RC.若一个负脉冲触发信号到来，将有效触发单稳态电路产生一个脉宽为2秒的正脉冲。（2）.音频振荡器及喇叭电路
利用555定时器实现频率约1kHz的音频振荡器，因555定时器有较强的功率输出能力，可以直接推动喇叭输出。
当单稳态触发器进入暂稳态产生一个正脉冲时，控制555定时器开始工作，发出响声；当单稳态触发器自动返回稳态后，555定时器清零，不能发声。以下是我设计的电路图如图5所示：
图5 音响电路
五 电路的装配与调试
1．由图中所示的定时抢答器的总体方框，按时信号的流向分单元装配，9 逐级级联。
2．我接好电路后，开始检验我的结果，发现当有选手抢答后，没有开始倒计时，经过老师的指正我们找到了原因，并立即改正，实现了要求的结果。
3．我将裁判的开关拨至0再拨回1时，发现是总能在任意时间重新抢答。（与设计要求相符）
4．我检查到，当计数器减到00时，产生了一个负脉冲信号，同时也允许开始新一轮的抢答。（与设计要求相符）
5．最后我检查的是我所设计的音响电路，当我拨动一个选手开关后，音响电路所对应的绿灯开始发光，并开始倒计时。当计数器减到00时，绿灯再次发光提示。（与设计要求相符）现给出我所设计的总电路图如图6所示：
图6 总电路图 我的仿真结果图如图7所示：
图7 分别是倒计时、数据采集、音响电路的仿真结果
六 心得体会
在设计之前，参考了许多相关的资料。在设计中又参考了以前讲过的四路抢答器的原理图，有了基本的思路。
但着手设计时，又出现了许多未预料到的问题，例如元件的选择：在选择 编码器时，是采用普通编码器还是优先编码器。普通编码器中，任何时刻只允许输入一个编码信号，否则输出将发生混乱。所以选择了优先编码器。但是74LS系列中众多不同管脚的类型，选择哪个作编码器。经过查找，选择了74LS192，因为想用数字的形式显示抢答者的编号，所以选择了数码显示管，但数码显示管不能直接，数码显示管需要由TTL或CMOS集成电路驱动，所以在TTL还是CMOS集成电路上又进行了比较和选择。最后选择了数显译码器，用它将输出的二进制代码译成相对应的高、低信号，用其作为数码显示管的驱动信号，数码显示管显示出相对应的选手编号。在音响电路中，根据设计需要选择了555定时器。
在一些设计原理上也遇到了许多新问题。发现当电源接通后，无论有无人按按钮都会使音乐集成电路通电发出声响，经同学以及老师的指证，发现导通的原因，并及时的改正。
通过这次八路抢答器的设计，我发现了以往学习中的许多不足，也让我掌握了以往许多掌握的不太牢的知识，感觉学到了很多东西。三周的课程设计，留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须要有耐性和坚持下去的毅力。在整个电路的安装调试的过程中，花费时间最多的是各个元件电路的连接，电路的细节设计以及连完线路后的检查工作上，其中在连接电路是出现问题比较多，在555元件和74LS192元件的连接的调试的时候出现了问题在老师的指导和讲解下我门有了更深刻的认识，同时对元件的原理的功能了解的更多更深刻。在这次过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当的烦琐，有时花很长时间检查电路故障，分析原因，那时心中就有点灰心，有时还特别想放弃，此时更需要静下心来，更仔细的查找原因。
总之，这次实验过程中我受益匪浅，在摸索我和我的搭档实现了课题所要求的结果。培养了我的设计思维，增加了动手操作的能力。更让我体会到实现电路功能喜悦。
第二篇：八路智力竞赛抢答器设计实验报告
数字电子技术课程设计
题 目:
姓 名: 专 业: 班 级: 学 号: 指导教师: 八路智力竞赛抢答器设计
电子科学与技术 122班 年 月 日 安徽科技学院理学院
安徽科技学院《数字电子技术》课程设计报告
八路智力竞赛抢答器设计
一、课程设计题目（与实习目的）
（一）、题目：八路智力竞赛抢答器设计
（二）、实习目的：
1．进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。
2．熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。
3．了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。4．培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
5．数点课程实验是大学中为我们提供的唯一一次动手实践的机会，增强动手实践的能力。
二、任务和要求
实现抢答器的方法很多，如EPROM编程、RAM编程、单板机、单片机等，都可以组成抢答器系统。
（1）抢答器设计要求
设计一个抢答器，基本要求：
1.抢答器可以实现基本抢答；可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。
2．给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。
3．抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
三、总体方案的选择
（1）总体方案的设计
针对题目设计要求，经过分析与思考，拟定以下二种方案：
方案一：该方案是将抢答按钮先直接与锁存器而不是优先编码器相连，将最先抢答的选手的编号锁定，再依次经过优先编码器、译码器和七段显示器，最后显示的是抢答选手的编号，经过优先编码器后的信号到单稳态触发器，单稳态触发器又与报警电路直接连接，所以显示编号的同时可以发出报警信号。另外由主持人控制开关和其他部分电路通过门电路实现对抢答电路、定时电路和报警部分电路的控制。
主体框图如下：
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图1 八路智力抢答器方案一设计框图
方案二：主持人按动开始抢答的开关后，最先抢答的选手的电平信号先经过优先编码器，再依次经过数据锁存器，此时已经限制了其他选手的抢答，信号再经过译码器和七段数码显示器，将最先抢答的该选手的编号显示出来，并同时产生报警信号，到此完成的是抢答功能；如果没有人抢答，30秒减计数器减到00时也会发出报警信号，此是完成计时功能。
主体框图如下：
图2 八路智力抢答器方案二设计框图
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（2）总体方案的选择
相比之下，第二种方案更好些。它的优点表现在以下几个方面：这种方案原理比较简单。主持人对整体电路的控制只需几个门电路就可完成，不必用特别的芯片来组成控制电路；更容易实现报警提示功能，在有选手抢答后或者计时开始和结束时。既减少了布线使整个电路更直观简单，又降低了产生错误的可能性。
四 单元电路的设计
1.设计所使用的元件及工具：
74LS48----------------------------3个；
74LS279----1个； 74LS192-2个；
74LS148--------1个； 74LS00----------------------------------3个；
74LS10------------1个；
发光二极管--------------------1个； 555----------------------1个； 电容： 0.1μf---------------1个；
0．01μf----------------1个；
电阻： 10kΩ
--------------------------------------9个；
15KΩ---------------1个； 1kΩ-----------------1个； 68KΩ-----------------1个
实验板一块； 万用表一个； 钳子一个； 导线若干。2.各个单元电路（1）抢答电路设计
抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按钮操作无效。因此，选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279以及译码显示电路完成上述功能。
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抢答器电路
工作原理：SW1-8为八位选手的抢答开关，SW9单刀双掷开关设为主持人控制开关。当主持人控制开关置于清零状态时，RS触发器的R端为低电平，输出端全部为低电平。于是74LS48的BI为高，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST为高电平，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当SW9置于开始状态，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态。74LS279的1R、1S均为高电平，由真值表可知，输出1Q为低电平，从而使74LS148输入使能端为低电平有效，即抢答器处于等待工作状态。若有选手（假设为3号选手）按动抢答开关（即闭合SW4），此时优先编码器74LS148输入端I3接低电平有效，则输出A2A1A0为100，A2A1A0分别接至4S、3S、2S，根据RS锁存器真值表，2Q3Q4Q输出分别为110，从而74LS48的输入端DCBA为0011，经74LS48译码，显示器上显示“3”。与此同时，当74LS148输入端有一个为低电平时，GS为低电平有效，即标志译码器处于工作状态，从而使1S为0，此时1Q输出为高电平，致使EI为高电平，74LS148处于禁止工作状态，其他选手抢答按钮的输入信号不会被接受。这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性。抢答结束后，主持人开关置于清零状态，数码管变灰，一切恢复初始状态，以便进入下一轮抢答环节。
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（2）定时电路设计
设计要求抢答器具有定时功能，且节目主持人根据抢答题的难易程度，可设定一次抢答的时间（设为30s）。设计中选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计，74LS192是具有置数和清零功能, 其引脚图和逻辑图如图10所示。
图10 74LS192引脚图和逻辑图
P0、P1、P2、P3——置数并行数据输入； Q0、Q1、Q2、Q3——计数数据输出； CR————————清零端； LD————————置数端；
CPu ———————加法计数CP输入； CPd ———————减法计数CP输入； CO————————进位输出端； BO————————借位输出端。
表5 74LS192真值表
根据设计要求，需要两片74LS192构成100进制减计数器。由功能真值表可知，只需将个位74LS192的借位输出端BO与十位74LS192的CPd即可实现100进制减计
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数。值得注意的是，要使其实现减计数，CPu端口必须接高电平。
计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。秒脉冲电路由555构成的多谐振荡器构成，如图11所示。多谐振荡器无需外加输入信号就能在接通电源自行产生矩形波输出。
图11 多谐振荡器
因为周期为一秒，所以频率是1赫兹。图中电容的充放电时间分别是： t1=RB×C×ln2≈0.7RB×C t2=(RA+RB)×C×ln2≈0.7(RA+RB)C 所以555的3端输出的频率为： f=1/(t1+t2)≈1.43/[(2RA+RB)C] 我们采用的电阻和电容值分别是：RA=15KΩ，R2=68KΩ，C1=10uf,满足上式，即得到的是秒脉冲。
由以上集成芯片设计的定时电路如图12所示。
图12 定时电路
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工作原理：首先主持人根据题的难易程度改变74LS192的输入端D3D2D1D0的电平来确定抢答时间（假定为30秒），555构成秒脉冲产生电路为计时电路提供脉冲。抢答开始前主持人闭合开关，74LS192的置数端PL为低电平有效，处于置数状态，数码管显示定时时间。抢答开始，主持人打开开关，计数器处于计数状态，555产生的秒脉冲与十位74LS192借位输出端（其初始状态为高电平）相与。计数器递减计数至00，十位74LS192借位输出端为低电平，计数器停止工作，产生报警。计时期间有人抢答，减计数器停止计时，显示器上显示此刻时间。
（3）报警电路设计
由555定时器和三极管构成的报警电路如图13所示。图中555定时器用来构成多谐振荡器，其震荡频率和秒脉冲产生电路中频率的计算方法相同。3端的输出信号经过三级管驱动扬声器，发出报警信号。当4端的输入信号是高电平时，振荡器工作，有报警信号，4端输入低电平时，振荡器不工作，没有报警信号。也就是说需要报警时只需控制输入端即可。
电路图如下:
图13报警电路
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（4）时序控制电路
时序控制电路是抢答器设计的关键，需要完成以下三项功能：
a.主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
b.当竞赛选手按动抢答键时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。c.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。
本设计中采用门电路对控制开关、抢答电路、定时电路、报警电路进行连接，以实现上述三项功能要求（如图14所示）。
图14 时序控制电路
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其中，两输入与非门采用74LS00，引脚图如图15所示。三输入与门采用74LS11，引脚图如图16所示。电路中利用与非门两输入端相连实现非门的逻辑功能。
图15 74LS00引脚图
图16 74LS11引脚图
工作原理：门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输入使能端。主持人控制开关从“清零”位置拨到“开始”位置时，74LS279的输出1Q=0，经G3反相，A=1，则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的CPd始终输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，74LS192的借位输出端BO2为低电平，门G2的输出ST为高电平，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能a的要求。当选手在定时时间内按动抢答按钮时，1Q=1，经G3反相，A=0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出ST为低74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能b的要求。当定时时间到时，来自74LS192的BO2为高，ST为高，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能c的要求。
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五 总体电路图
图17 总电路图
下面介绍八路智力竞赛抢答器的使用原理。
首先是各个选手分别对应的按钮编号是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，抢答后显示器上显示的分别是0、1、2、3、4、5、6、7。
然后是主持人对整个电路系统清零，将开关置于“清零”的位置，输出低电平，分为两路：一路与锁存器的1R2R3R4R端相连，使输出端1Q2Q3Q4Q为低电平，1Q所输出的低电平经与门反馈给74LS148的EI端子，编码器不工作，因此抢答部分显示器灭灯无显示，实现了清零；另一路低电平输出到计数器74LS192的LD端，而CR端也是低电平，所以使得对应显示器输出预置的数据。
接下来主持人根据题目的难易程度设置抢答时间，此设定可以通过调节输入两片74LS192的四个输入端D、C、B、A的高低电平来进行（例如要设定时间为30秒,就
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将十位的74192的D、C、B、A分别置位为0、0、1、1，而将各位的74LS192的D、C、B、A都置于0）。当主持人宣读完题目说“开始”并将开关置于“开始”位置后，输出为高电平，此高电平有两路方向：一路输出到74LS192的LD端，使其处于高电平而开始减计数；还有一路输出到锁存器的R端。
当任意一个选手抢答时，例如3号抢答时，74LS148三号端子输入低电平有效，此时GS为低电平有效，表征编码器在正常工作。编码输出A2A1A0为100，与其对应的4S3S2S为100，经74LS279锁存，4Q3Q2Q输出为011，经译码显示编号为3。与此同时，1Q所输出的高电平反馈回编码器的是能输入端，使其停止工作。此时，其他选手若再按动按钮也无对应输出，这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性。另一路，74LS148的GS端输出电平由高变低，与秒脉冲发生器产生的秒脉冲相与后输出为0，使得无脉冲抵达计数器74LS192的Down端。计数器停止工作，保持原来显示不变，即实现了暂停减计数使其记录抢答时间的功能。
若没有选手按动按钮，则74LS279输出全为高电平，74LS148也输出高电平，1Q端输出低电平至74LS48的灭灯输入RI/RBO端，使得信号经74LS48到显示器上时无显示；若到定时部分计数器倒计时到00还无选手按动按钮的话，十位74LS192的借位输出端输出高电平反馈回个位Down端，停止计数。综上所述，所设计的电路基本可以实现要求中的功能。
六 电路仿真
电路仿真采用Multisim仿真软件进行的。Multisim软件可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件；可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪信号发生器、交直流电压表电流表等。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。因此，选用该软件对抢答器各单元电路及整体电路进行仿真。
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七、小结
通过本次课程设计，不仅有效巩固了本学期所学数电的相关知识，加强了对重要知识点的记忆和理解，还学会如何运用Multisim仿真进行仿真受益匪浅，现总结如下。
本设计的难点在于时序控制电路的设计，如何在第一位抢答者抢答题目后让编码器停止工作；如何使计时电路在抢答后停止倒计时；如何让定时电路和抢答电路同时清零。设计过程中，根据以往抢答器设计思路，及查阅相关资料，可运用74LS279的输出1Q完成上述控制任务。从这一点，折射出自己在平时的学习中较死板，缺乏变通思考的能力。在电路仿真的过程中，由于Multisim操作相对较简单，因此在仿真过程中较为顺利。
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通过本次实践操作，也让我深刻明白：只有将课本上的理论知识，结合实践不断练习，不断总结提炼，反复思考实践中的经验教训，才能够真正消化为自己的知识。
八 分析和总结。
本次课程设计我只用了一个星期的时间就全部做完，效率很高，因为在设计之前根据设计的要求，每个模块都仔细的设计分析了，正是整个过程我都认真的态度和方案选择合适，才有这么高的效率。而且从本次课程设计中收获很多。可以总结为以下的几点：
（一）、巩固数电知识
这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识，在整个实习过程中，都离不开对数字电路课程知识的再学习。我在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍（这也是对这门课的复习，给以后的复习备考减少了很多负担），这样的回顾让我对知识的理解更加透彻，对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。而且还参考了数字电路实验指导书，关于芯片的管脚，里面有清晰的描述。
（二）、学会用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路；
虽然这不是第一次用电路板，因为之前的课内实验也用过，但当时的运用也只是插些导线和电阻电容之类的，用了电路板的很小部分。这次的实习中应用了整块板子，实习后对电路板的组成完全了解了，并能熟练运用。实习中通过对电路的连接也懂得了如何通过设计的分析对所连电路的整体布局，如何更好的放置芯片在最合适的位置。在导线的连接上，如何选择导线走向是关键，我们应该尽量保证所连电路的简捷，宁短勿长，合理布线。一个完美的作品不仅要能很好的完成要求实现功能，还要在感官上给人美的享受。所以站在美的角度对自己的电路进行改良是很必要的。
（三）、理论联系实际
据老师介绍，这是大学里唯一一次比较大型的动手实践机会。我当然不会错过。课程设计，通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。这并不是在课堂上的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑实际中的很多问题。有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。比如在动笔做题时我们是不用考虑导线、电阻是否连接的牢固合理，但在实际中，导线电阻有时是会带来时延造成花型变化的错乱，所以我们应尽量在连接电路时选择最短路径。平时试验中，我就很认真，所以会比平时不动手的要轻松地多。
（四）、和同学共同合作、互相学习、共同进步
最初大家没思路的时候，特别的着急，我想出来了，大家问我，我就说了我的思路，我们不是抄袭，只是探讨，们个人都理解了才开始设计，我做的循环两遍，他们的都不是。我们的设计不同，我只是给大家启发了一个思考点。理论上我先设计出来，但在实习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间，也会从别人身上学到更多。在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的idea，其他人的设计也可能有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法。
第 13
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第三篇：八路智力竞赛抢答器设计实验报告抢答器设计实验报告
20XX 报 告 汇 编 Compilation of reports
数字电子技术课程设计
题
目:
八路智力竞赛抢答器设计
姓
名:
专
业:
电子科学与技术
班
级:
班
学
号:
指导教师:
****年**月**日 安徽科技学院理学院
报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档 八路智力竞赛抢答器设计
一、课程设计题目（与实习目的）
（一）、题目：八路智力竞赛抢答器设计 （二）、实习目的：
1．进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。
2．熟悉几种常用集成数字芯片的功能和应用，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。
3．了解数字系统设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。
4．培养认真严谨的工作作风和实事求是的工作态度。
5．数点课程实验是大学中为我们提供的唯一一次动手实践的机会，增强动手实践的能力。
二、任务和要求
实现抢答器的方法很多，如 EPROM 编程、RAM 编程、单板机、单片机等，都可以组成抢答器系统。
（1）抢答器设计要求 设计一个抢答器，基本要求：
1.抢答器可以实现基本抢答；可同时供 8 名选手或 8 个代表队参加比赛，他们的编号分别是 0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是 S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。
2．给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始。
3．抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在 LED 数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
三、总体方案的选择
（（1）总体方案的设计 针对题目设计要求，经过分析与思考，拟定以下二种方案：
方案一：该方案是将抢答按钮先直接与锁存器而不是优先编码器相连，将最先抢答的选手的编号锁定，再依次经过优先编码器、译码器和七段显示器，最后显示的是抢答选手的编号，经过优先编码器后的信号到单稳态触发器，单稳态触发器又与报警电路直接连接，所以显示编号的同时可以发出报警信号。另外由主持人控制开关和其他部分电路通过门电路实现对抢答电路、定时电路和报警部分电路的控制。
主体框图如下：
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图 1
八路智力抢答器方案一设计框图
方案二：主持人按动开始抢答的开关后，最先抢答的选手的电平信号先经过优先编码器，再依次经过数据锁存器，此时已经限制了其他选手的抢答，信号再经过译码器和七段数码显示器，将最先抢答的该选手的编号显示出来，并同时产生报警信号，到此完成的是抢答功能；如果没有人抢答，30 秒减计数器减到 00 时也会发出报警信号，此是完成计时功能。
主体框图如下：
图 2
八路智力抢答器方案二设计框图
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（2 2）总体方案的选择
相比之下，第二种方案更好些。它的优点表现在以下几个方面：这种方案原理比较简单。主持人对整体电路的控制只需几个门电路就可完成，不必用特别的芯片来组成控制电路；更容易实现报警提示功能，在有选手抢答后或者计时开始和结束时。既减少了布线使整个电路更直观简单，又降低了产生错误的可能性。
四
单元电路的设计
1.设计所使用的元件及工具：
74LS48----------------------------3 个； 74LS279
-----------------------------------1 个； 74LS192--------------------------------2 个； 74LS148---------------------------------------1 个； 74LS00
----------------------------------3 个； 74LS10
-------------------------------------------1 个； 发光二极管---------------------------------------------------1 个； 555
-----------------------------------------------------1 个； 电容：
0.1μf
----------------------------------------------1 个； 0．01μf-----------------------------------------------1 个； 电阻：
10kΩ
---------------------------------------------------------------------9 个； 15KΩ
----------------------------------------------1 个； 1kΩ------------------------------------------------1 个； 68KΩ------------------------------------------------1 个 实验板一块； 万用表一个； 钳子一个； 导线若干。
2.各个单元电路 （（1））
抢答电路设计
抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按按钮的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按钮操作无效。因此，选用优先编码器 74LS148 和 RS 锁存器 74LS279 以及译码显示电路完成上述功能。
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抢答器电路
工作原理：SW1-8 为八位选手的抢答开关，SW9 单刀双掷开关设为主持人控制开关。当主持人控制开关置于清零状态时，RS 触发器的 R 端为低电平，输出端全部为低电平。于是 74LS48 的 BI 为高，显示器灭灯；74LS148 的选通输入端 ST 为高电平，74LS148 处于工作状态，此时锁存电路不工作。当 SW9 置于开始状态，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态。74LS279 的 1R、1S 均为高电平，由真值表可知，输出 1Q 为低电平，从而使 74LS148 输入使能端为低电平有效，即抢答器处于等待工作状态。若有选手（假设为 3 号选手）按动抢答开关（即闭合 SW4），此时优先编码器74LS148 输入端 I3 接低电平有效，则输出 A2A1A0 为 100，A2A1A0 分别接至 4S、3S、2S，根据 RS 锁存器真值表，2Q3Q4Q 输出分别为 110，从而 74LS48 的输入端 DCBA 为0011，经 74LS48 译码，显示器上显示“3”。与此同时，当 74LS148 输入端有一个为低电平时，GS 为低电平有效，即标志译码器处于工作状态，从而使 1S 为 0，此时 1Q输出为高电平，致使 EI 为高电平，74LS148 处于禁止工作状态，其他选手抢答按钮的输入信号不会被接受。这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性。抢答结束后，主持人开关置于清零状态，数码管变灰，一切恢复初始状态，以便进入下一轮抢答环节。
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（（2））
定时电路设计
设计要求抢答器具有定时功能，且节目主持人根据抢答题的难易程度，可设定一次抢答的时间（设为 30s）。设计中选用十进制同步加/减计数器 74LS192 进行设计，74LS192 是具有置数和清零功能, 其引脚图和逻辑图如图 10 所示。
图 10
74LS192 引脚图和逻辑图 P0、P1、P2、P3——置数并行数据输入； Q0、Q1、Q2、Q3——计数数据输出； CR————————清零端； LD————————置数端； CPu ———————加法计数 CP 输入； CPd ———————减法计数 CP 输入； CO————————进位输出端； BO————————借位输出端。
表 5
74LS192 真值表 根据设计要求，需要两片 74LS192 构成 100 进制减计数器。由功能真值表可知，只需将个位 74LS192 的借位输出端 BO 与十位 74LS192 的 CPd 即可实现 100 进制减计
报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档 数。值得注意的是，要使其实现减计数，CPu 端口必须接高电平。
计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。秒脉冲电路由555构成的多谐振荡器构成，如图 11 所示。多谐振荡器无需外加输入信号就能在接通电源自行产生矩形波输出。
图 11
多谐振荡器 因为周期为一秒，所以频率是 1 赫兹。图中电容的充放电时间分别是：
t1=RB×C×ln2≈0.7RB×C
t2=(RA+RB)×C×ln2≈0.7(RA+RB)C
所以 555 的 3 端输出的频率为：
f=1/(t1+t2)≈1.43/[(2RA+RB)C]
我们采用的电阻和电容值分别是：RA=15KΩ，R2=68KΩ，C1=10uf,满足上式，即得到的是秒脉冲。
由以上集成芯片设计的定时电路如图 12 所示。
图 12
定时电路
报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档 工作原理：首先主持人根据题的难易程度改变 74LS192 的输入端 D3D2D1D0 的电平来确定抢答时间（假定为 30 秒），555 构成秒脉冲产生电路为计时电路提供脉冲。抢答开始前主持人闭合开关，74LS192 的置数端 PL 为低电平有效，处于置数状态，数码管显示定时时间。抢答开始，主持人打开开关，计数器处于计数状态，555 产生的秒脉冲与十位 74LS192 借位输出端（其初始状态为高电平）相与。计数器递减计数至 00，十位 74LS192 借位输出端为低电平，计数器停止工作，产生报警。计时期间有人抢答，减计数器停止计时，显示器上显示此刻时间。
（（3））
报警电路设计 由 555 定时器和三极管构成的报警电路如图 13 所示。图中 555 定时器用来构成多谐振荡器，其震荡频率和秒脉冲产生电路中频率的计算方法相同。3 端的输出信号经过三级管驱动扬声器，发出报警信号。当 4 端的输入信号是高电平时，振荡器工作，有报警信号，4 端输入低电平时，振荡器不工作，没有报警信号。也就是说需要报警时只需控制输入端即可。
电路图如下:
图 13 报警电路
报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档（（4））
时序控制电路 时序控制电路是抢答器设计的关键，需要完成以下三项功能：
a.主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
b.当竞赛选手按动抢答键时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。
c.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。
本设计中采用门电路对控制开关、抢答电路、定时电路、报警电路进行连接，以实现上述三项功能要求（如图 14 所示）。
图 14 时序控制电路
报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档 其中，两输入与非门采用 74LS00，引脚图如图 15 所示。三输入与门采用 74LS11，引脚图如图 16 所示。电路中利用与非门两输入端相连实现非门的逻辑功能。
图 15 74LS00 引脚图 图 16 74LS11 引脚图 工作原理：门 G1 的作用是控制时钟信号 CP 的放行与禁止，门 G2 的作用是控制74LS148 的输入使能端。主持人控制开关从“清零”位置拨到“开始”位置时，74LS279的输出 1Q=0，经 G3 反相，A=1，则从 555 输出端来的时钟信号 CP 能够加到 74LS192的 CPd 始终输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，74LS192 的借位输出端 BO2 为低电平，门 G2 的输出 ST 为高电平，使 74LS148 处于正常工作状态，从而实现功能 a 的要求。当选手在定时时间内按动抢答按钮时，1Q=1，经 G3 反相，A=0，封锁 CP 信号，定时器处于保持工作状态；同时，门 G2 的输出 ST 为低 74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能 b 的要求。当定时时间到时，来自 74LS192 的 BO2为高，ST 为高，74LS148 处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门 G1 处于关门状态，封锁 CP 信号，使定时电路保持 00 状态不变，从而实现功能 c 的要求。
报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档 五 五 总体电路图
图 17
总电路图
下面介绍八路智力竞赛抢答器的使用原理。
首先是各个选手分别对应的按钮编号是 S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，抢答后显示器上显示的分别是 0、1、2、3、4、5、6、7。
然后是主持人对整个电路系统清零，将开关置于“清零”的位置，输出低电平，分为两路：一路与锁存器的 1R2R3R4R 端相连，使输出端 1Q2Q3Q4Q 为低电平，1Q 所输出的低电平经与门反馈给 74LS148 的 EI 端子，编码器不工作，因此抢答部分显示器灭灯无显示，实现了清零；另一路低电平输出到计数器 74LS192 的 LD 端，而 CR端也是低电平，所以使得对应显示器输出预置的数据。
接下来主持人根据题目的难易程度设置抢答时间，此设定可以通过调节输入两片74LS192 的四个输入端 D、C、B、A 的高低电平来进行（例如要设定时间为 30 秒,就
报告文档·借鉴学习word 可编辑·实用文档 将十位的 74192 的 D、C、B、A 分别置位为 0、0、1、1，而将各位的 74LS192 的 D、C、B、A 都置于 0）。当主持人宣读完题目说“开始”并将开关置于“开始”位置后，输出为高电平，此高电平有两路方向：一路输出到 74LS192 的 LD 端，使其处于高电平而开始减计数；还有一路输出到锁存器的 R 端。
当任意一个选手抢答时，例如 3 号抢答时，74LS148 三号端子输入低电平有效，此时 GS 为低电平有效，表征编码器在正常工作。编码输出 A2A1A0 为 100，与其对应的 4S3S2S 为 100，经 74LS279 锁存，4Q3Q2Q 输出为 011，经译码显示编号为 3。与此同时，1Q 所输出的高电平反馈回编码器的是能输入端，使其停止工作。此时，其他选手若再按动按钮也无对应输出，这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性。另一路，74LS148 的 GS 端输出电平由高变低，与秒脉冲发生器产生的秒脉冲相与后输出为 0，使得无脉冲抵达计数器 74LS192 的 Down 端。计数器停止工作，保持原来显示不变，即实现了暂停减计数使其记录抢答时间的功能。
若没有选手按动按钮，则 74LS279 输出全为高电平，74LS148 也输出高电平，1Q端输出低电平至 74LS48 的灭灯输入 RI/RBO 端，使得信号经 74LS48 到显示器上时无显示；若到定时部分计数器倒计时到 00 还无选手按动按钮的话，十位 74LS192 的借位输出端输出高电平反馈回个位 Down 端，停止计数。
综上所述，所设计的电路基本可以实现要求中的功能。
六 电路仿真
电路仿真采用 Multisim 仿真软件进行的。Multisim 软件可提供的仿真元器件资源：仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件；可提供的仿真仪表资源 ：示波器、逻辑分析仪信号发生器、交直流电压表电流表等。它不仅具有其它 EDA 工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。因此，选用该软件对抢答器各单元电路及整体电路进行仿真。
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七、小结
通过本次课程设计，不仅有效巩固了本学期所学数电的相关知识，加强了对重要知识点的记忆和理解，还学会如何运用Multisim仿真进行仿真受益匪浅，现总结如下。
本设计的难点在于时序控制电路的设计，如何在第一位抢答者抢答题目后让编码器停止工作；如何使计时电路在抢答后停止倒计时；如何让定时电路和抢答电路同时清零。设计过程中，根据以往抢答器设计思路，及查阅相关资料，可运用74LS279的输出1Q完成上述控制任务。从这一点，折射出自己在平时的学习中较死板，缺乏变通思考的能力。在电路仿真的过程中，由于Multisim操作相对较简单，因此在仿真过程中较为顺利。
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通过本次实践操作，也让我深刻明白：只有将课本上的理论知识，结合实践不断练习，不断总结提炼，反复思考实践中的经验教训，才能够真正消化为自己的知识。
八 八 分析和总结。
本次课程设计我只用了一个星期的时间就全部做完，效率很高，因为在设计之前根据设计的要求，每个模块都仔细的设计分析了，正是整个过程我都认真的态度和方案选择合适，才有这么高的效率。而且从本次课程设计中收获很多。可以总结为以下的几点：
（一）、巩固数电知识 这次课程设计主要是运用数字电路逻辑设计的一些相关知识，在整个实习过程中，都离不开对数字电路课程知识的再学习。我在最开始，就先将实习用到的知识通过翻阅数电书回顾了一遍（这也是对这门课的复习，给以后的复习备考减少了很多负担），这样的回顾让我对知识的理解更加透彻，对后来的快速设计起了很好的铺垫作用。而且还参考了数字电路实验指导书，关于芯片的管脚，里面有清晰的描述。
（二）、学会用电路板、芯片、导线等组装各种功能的电路； 虽然这不是第一次用电路板，因为之前的课内实验也用过，但当时的运用也只是插些导线和电阻电容之类的，用了电路板的很小部分。这次的实习中应用了整块板子，实习后对电路板的组成完全了解了，并能熟练运用。实习中通过对电路的连接也懂得了如何通过设计的分析对所连电路的整体布局，如何更好的放置芯片在最合适的位置。在导线的连接上，如何选择导线走向是关键，我们应该尽量保证所连电路的简捷，宁短勿长，合理布线。一个完美的作品不仅要能很好的完成要求实现功能，还要在感官上给人美的享受。所以站在美的角度对自己的电路进行改良是很必要的。
（三）、理论联系实际 据老师介绍，这是大学里唯一一次比较大型的动手实践机会。我当然不会错过。课程设计，通过选择的题目，根据要求，运用所学知识将其付诸实践来完成。这并不是在课堂上的单纯听懂，或者课后看书过程中的深入理解，这需要的是一种理论联系实践的能力。理论知识往往都是在一些理想状态下的假设论，而实际的动手操作则完全不同，需要考虑实际中的很多问题。有些知识在理论上可能完全没错但到了实际中则不然。比如在动笔做题时我们是不用考虑导线、电阻是否连接的牢固合理，但在实际中，导线电阻有时是会带来时延造成花型变化的错乱，所以我们应尽量在连接电路时选择最短路径。平时试验中，我就很认真，所以会比平时不动手的要轻松地多。
（四）、和同学 共同合作、互相学习、共同进步 最初大家没思路的时候，特别的着急，我想出来了，大家问我，我就说了我的思路，我们不是抄袭，只是探讨，们个人都理解了才开始设计，我做的循环两遍，他们的都不是。我们的设计不同，我只是给大家启发了一个思考点。理论上我先设计出来，但在实习中经常会遇到一些自己可能暂时无法想明白的问题，请教同学或老师是很好的做法，节省时间，也会从别人身上学到更多。在设计时和同学相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人对问题的看法总有差异，我们可以从交流中获得不同的idea，其他人的设计也可能有比你出色的地方，很好的借鉴，并在大家的商讨中选择最优方案最终一定会得到最好的设计方法。
第四篇：智力竞赛抢答器申请报告
电子工程学院课外学分申请书
题目：智力竞赛抢答器
班
级：
A1331班
姓
名：
赵筱洁
学
号：
11311110114
专
业：
自动化
实 验 室：
开放实验室
设计时间：2015 年4月 16日
审批意见：
指导教师：
吴华杰
录
1．智力竞赛抢答器基本功能：…………………………………………1 2．原理图仿真软件Protues的介绍:…………………………………1 3．原理图 ………………………………………………………………1 4．元件清单 ……………………………………………………………2
1、智力竞赛抢答器基本功能：
1.抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S1 ~ S8表示。2.设置一个系统清除和抢答控制开关S9，该开关由主持人控制。
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，并在LED数码管上显示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
2、原理图仿真软件Protues的介绍: Protues软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDAprotues工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。迄今为止是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多种编译.3、原理图：
4、元件清单：
按钮开关-----9个 1N4148二极管------------------------------15个 10K电阻-----6个 2.2K电阻----1个 100K电阻----1个 330电阻-----1个 9014三极管--1个 47uF电容----1个 CD4511芯片--1个 共阴极一位数码管---------------------------1个 9X15cm洞洞板1块 导线若干
参考文献：
[1] 王港元．电子设计制作基础．江西科学技术出版社，2011．1-6 [2] 谢龙汉．Proteus电子电路设计及仿真．电子工业出版社，2012．1-7 [3] 竺可桢．物理学[M]．北京：科学出版社，1973．1-3.
第五篇：多路智力竞赛抢答器
湖南工学院
多路智力竞赛抢答器设计报告书
课程名称：多路智力竞赛抢答器 系部名称：电气与信息工程系 专业名称：电子信息工程技术 班级名称：电信0702 设计人 ：裴书茂 学号 ：402070220 指导老师： 设计时间：
湖南工学院
（课程设计任务书目录）
前言 „„„„„„„„„„„„„„„„ 1 设计功能要求 „„„„„„„„„„„„„„ 2 抢答器框架设计 „„„„„„„„„„„„„ 3 电路设计 „„„„„„„„„„„„„„„ 4 1)抢答电路设计 „„„„„„„„„„„„ 4 2)定时电路设计 „„„„„„„„„„„„ 53)报警电路设计
„„„„„„„„„„„„ 64)时序控制电路设计 „„„„„„„„„„ 7元器件介绍 „„„„„„„„„„„„„„„„ 8 1)74LS148功能介绍 „„„„„„„„„„„ 8 2)74LS192功能介绍 „„„„„„„„„„„ 9 仿真电路实验 „„„„„„„„„„„„„„„„ 10 1)Proteus仿真电路图 „„„„„„„„„„实物制作 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 11 1)原理图 „„„„„„„„„„„„„„„ 11 2)PCB制图 „„„„„„„„„„„„„„„ 12 3)焊接与调试 „„„„„„„„„„„„„„ 13 心得体会 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 15 鸣谢 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 15 参考资料 „„„„„„„„„„„„„„„„„ 15
前 言
随着电子技术的飞跃发展，社会发展步入了信息时代，随着信息时代对人才高素质和信息化的要求，随着高等教育发展的趋势，人们的生活水平提高，对精神文明生活的要求也跟着提高，这对电子领域提出了跟更高的要求。
电子学是一门应用很广泛的科学技术，发展及其迅速。要想学好这门技术，首先是基础理论的系统学习，然后要技术训练，进而培养我们对理论联系实际的能力，设计电路的能力，实际操作的能力，以及培养正确处理数据、分析和综合实验结果、检查和排除故障的能力。同时也加深我们对电子产品的理解。
智力抢答器的设计和测试作为此次课程设计的课题，我们采用一般意义上的设计方案，即采用集成芯片构成电路。
数字电路具有很多的有点：（1）便于高度集成化。由于数字电路采用二进制，因此单元电路的结构简单，允许电路参数有较大的离散性，便于集成。
（2）工作可靠性高，抗干扰能力强。数字信号用二进制表示，数字电路的识别能力强。
（3）（4）（5）数字信息便于长期存放。
数字电路集成产品多，通用性强，成本低。
保密性好。数字信息容易进行加密处理，不易被窃取。
设计功能要求
一、功能要求
1、设计制作一个可容纳5组参赛的数字式枪答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。
2、给主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。
3、抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号（1～5），同时扬声器给出音响提示。同时禁止其他选手抢答。
4、抢答器具有定时抢答的功能，抢答时间设定为30秒，当主持人按下开始按钮时，定时器立刻倒计时，并显示。选手在设定的时间内抢答有效。超过时间抢答无效，定时显示器显示00。
二、设计步骤与要求
1、拟定电路的组成框图，要求能实现所有功能，使用的元器件少，成本低。
2、设计并安装电路，要求布线整齐、美观，便于级联和调试。
3、测试所设计抢答器的逻辑功能，满足各项功能要求。
4、画出整机逻辑电路图。
5、写出设计报告。
抢答器框架设计
定时抢答器的总体框图（如图
1.1）所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。
图1 如图所示为总体方框图。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;开始“状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。
电路设计
一、抢答电路设计
设计电路如图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。该电路主要完成两个功能：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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。
图2 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个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）＝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，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO(图中4端)=1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR
＝１，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5号端）＝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CTR＝１，使优先编码工作标志端（图中5号端）＝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“清除”然后再进行下一轮抢答。74LS148为8线－3线优先编码器，表1为其功能表。
表1
二、定时电路设计
节目主持人根据抢答器的难易程度，设计一次抢答的时间，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提供。具体电路如图3。
原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号
图3 由时钟产生电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脉冲。
三、报警电路设计
由555 芯片构成多谐振荡电路 ,555 的输出信号再经三极管放大 ,从而推动扬声器发声。
控制电路包括时序和报警两个电路 ,如图4 所示。控制电路需具有以下几个功能。
主持人闭合开关扬声器发声 ,多路抢答器电路和计时电路进入正常状态;参赛者按键时 ,扬声器发声 ,抢答电路和计时电路停止工作;抢答时间到 ,无人抢答 ,扬声器发声 ,抢答电路和计时电路停止工作
图4
四、时序控制电路设计
时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能。
1)主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
2)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。
图5 3)当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，定时和定时电路停止工作。
根据上面的功能要求，设计的时序控制电路如（图5）所示。图中，门G1 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端。图11、4的工作原理是：主持人控制开关从”清除“位置拨到”开始"位置时，来自于（图2）中的74LS279的输出 1Q=0，经G3反相，A＝1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则“定时到信号”为 1，门G2的输出 =0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q＝1，经 G3反相，A＝0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出 =1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求。当定时时间到时，则“定时到信号”为0，=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁 CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现（功能3）的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。
元器件介绍
一、74LS148功能介绍
在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。74148是一个八线-三线优先级编码器。
如图6所示的是八线-三线编码器74148的管脚图引脚图。
图6
二、74LS192功能介绍
74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。
CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。LD为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出。BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。
图7
图8
仿真电路实验
一、Proteus仿真电路图
仿真电路课实现抢答功能，由于软件局限，报警电路没有在仿真当中。
实物制作
一、原理图
二、PCB制图
三、焊接与调试
在制板中最重要的一个环节就是线路的印制。在这次的制作中，由于打印的客观原因，使在转印的效果不是很好。做出的实物没有预期的好。这也是以后一定要注意的地方。
1)焊接部分需要注意的是：
严格按照线路的设计进行焊接，首先焊接过孔，在对元器件进行焊接。焊接时间不宜过久，但要完全熔着，以免造成冷焊。焊点的表面要平滑、有光泽。焊点完全冷却前，不可移动。电烙铁不用时要放置于电烙铁架上，并随时保持烙铁头的清洁。焊接完毕，要在烙铁头镀上薄层焊锡，避免氧化，并等冷却后再收存。
2)调试部分需要注意的是：
在通电之前必须对照原理图对线路进行详细的检查。检查是否有虚焊或者为焊接的点。可用万用表进行线路检查，看是否有线路在焊接的时候不慎连接在了一起，如有进行修改。在检查完毕之后才可以通电测试。如果在通电之后任然有问题，应立即断电，再仔细检查。
心得体会
通过这次设计，我的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，我学到许多在书本上没有的知识，也认识到理论联系实践的重要。在制作当中遇到了许多以前没遇到的困难。我们利用许多的方法去解决所遇到的问题。制作好以后，虽然基本符合设计要求，但我们总觉得欠缺点什么。这次设计，让我感受最深是。在仿真的阶段遇到很多的问题，计时电路不能随抢答而停止，还有就是由于软件的局限在仿真时候没有完成整体电路的调试，这也为最后的实物调试造成了困难。我们一定要具备一定的检查、排除电路故障的能力。我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，由于在印制电路板的时候效果不好出现很多的断线，这让整个焊接和调试很麻烦。调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧！
鸣谢
感谢老师的耐心指导；
感谢同学的帮助；
感谢湖南工学院电信系实验老师的大力支持；
感谢湖南工学院对我的支助。
参考文献
宋树祥《高频电子线路》北京大学出版社
谢自美《电子线路设计实验测试》华中科大出版社
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