数字智力竞赛抢答器的设计2

徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告-1-目录目录...............................................................1摘要..............................................................11绪论..............................................................21.1背景、目的、意义及问题和要求................................21.2基本理论和主要功能.........................错误!未定义书签。1.2.1基本理论...............................................21.2.2主要功能...............................................22设计方案简述......................................................32.1设计方案所用材料............................................32.2方案总体思想................................................33详细设计..........................................................33.1稳压电源....................................................43.1.1直流稳压电源设计思路...................................43.1.2直流稳压电源原理.......................................43.2单元电路设计................................................43.3数码管引脚图................................................73..4芯片引脚图.................................................83.5总体方框图.................................................103.6设计总电路图...............................................114设计结果及分析...................................错误!未定义书签。4.1设计结果...................................错误!未定义书签。4.2设计出现问题及解决.........................错误!未定义书签。5总结.............................................错误!未定义书签。摘要徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告2现今，随着科学技术的不断发展，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样。抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。做为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展,因此设计了本抢答器。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。1绪论1.1背景、目的、意义及问题和要求抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机或数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能。简易逻辑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。通过这次课程设计,了解简单多功能数字电路抢答器的组成原理，初步掌握数字电路抢答器的调整及测试方法，提高思考能力和实践能力。同时通过本课题设计，巩固已学的理论知识，建立逻辑数字电路的理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。1.2.1基本理论抢答器的工作原理是利用单片机的定时器T0、T1中断完成,其余状态循环调用显示子程序,用4个共阴极LED数码管来显示，用P0口作为数码管的八个段选，用P2口中的P2.0、P2.1、P2.2、作为4个数码管其中3个位选，P1口接8个按键，提供选手抢答，P3.0-P3.5四个接四个按键，提供开始、结束、答题时间调整、枪答时间调整，加1、减1调整之用。1.2.2主要功能抢答功能：通过八路按键配合程序来实现抢答功能。当主持人宣布抢答开始后，此徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告3时任一路按下按钮均闭锁其它各路，由程序对键盘译码并显示最先按下抢答键的路数及其当前时间。2设计方案简述2.1设计方案所用材料本设计采用了74ls48p，74ls279n，74ls148n芯片来完成实验，还需数码管，复位开关，电阻等。此次设计的电路符合设计本身的要求，能够很好的完成课题所布置的任务。2.2方案总体思想抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当一定时间到，却没有选手抢答时，封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在一定时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：（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）显示灯亮，提醒节目主持人注意；（3）控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；（4）控制电路要使定时器停止工作，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。3详细设计徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告43.1稳压电源（图3-1）3.1.1直流稳压电源设计思路1）电网供电电压交流220V(有效值)50Hz，要获得低压直流输出，首先必须采用电源变压器将电网电压降低获得所需要交流电压。2）降压后的交流电压，通过整流电路变成单向直流电，但其幅度变化大（即脉动大）。3）脉动大的直流电压须经过滤波电路变成平滑，脉动小的直流电，即将交流成份滤掉，保留其直流成份。4）滤波后的直流电压，再通过稳压电路稳压，便可得到基本不受外界影响的稳定直流电压输出，供给负载RL。3.1.2直流稳压电源原理直流稳压电源是一种将220V工频交流电转换成稳压输出的直流电压的装置，它需要变压、整流、滤波、稳压四个环节才能完成。3.2单元电路设计本抢答器仅用两块数字芯片便实现了数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比，有结构简单、成本低、制作方便的优点。实用可靠、成本极低，十分适合学校教学使用。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告5设计原理图：（图3-2a）原理图见上图所示，ＣＤ４５１１为常用的四－七段ＢＣＤ译码器，其ＬＴ为试灯脚；ＢＩ为消隐（灭灯）脚，ＬＴ和ＢＩ接高电平（电源）；ＬＥ端为选通脚，开始抢答前ＬＥ接低电平。{1}、{2}、{6}、{7}脚为ＢＣＤ码输入端，{9}～{15}脚为七个输出端，直接驱动数码二极管显示器，接通电源开关Ｋ，数码管显示“０”。CD4511真值表如下：徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告6（图3-2b）徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告73.3数码管引脚图（图3-3a）显示部分采用数码管的方式，由于试验箱的数码管模块有8个单个共阴极数码管，所以使用将片选ABC接地，选中其中一个数码管进行计数的显示。共阴数码管的功能说明：数码管是一种把多个LED显示段集成在一起的显示设备。有两种类型，一种是共阳型，一种是共阴型。共阳型就是把多个LED显示段的阳极接在一起，又称为公共端。共阴型就是把多个LED显示段的阴极接在一起，即为公共商。阳极即为二极管的正极，又称为正极，阴极即为二极管的负极，又称为负极。通常的数码管又分为8段，即8个LED显示段，这是为工程应用方便如设计的，分别为A、B、C、D、E、F、G、DP，其中DP是小数点位段。而多位数码管，除某一位的公共端会连接在一起，不同位的数码管的相同端也会连接在一起。即，所有的A段都会连在一起，其它的段也是如此，这是实际最常用的用法。数码管显示方法可分为静态显示和动态显示两种。静态显示就是数码管的8段输入及其公共端电平一直有效。动态显示的原理是，各个数码管的相同段连接在一起，共同占用8位段引管线；每位数码管的阳极连在一起组成公共端。利用人眼的视觉暂留性，依次给出各个数码管公共端加有效信号，在此同时给出该数码管加有效的数据信号，当全段扫描速度大于视觉暂留速度时，显示就会清晰显示出来。徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告83..4芯片引脚图（图3-4a）徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告9（图3-4b）(图3-4c)徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告103.5总体方框图(图3-5)徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告113.6设计总电路图（图3-6）徐州师范大学物理与电子工程学院课程设计报告12总结本设计详细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，且基本能够使用于学校的一些活动中。对于设计中的不足，我的改进设想及建议：（1）我设计的作品主要是用74系列集成芯片来完成的，在设计的过程中由于芯片的引脚过多，布线工作不是很方便。有时候会因为某一跟线没有连接好，造成电路的不稳定，这些都是有待改进的。我的想法是根据单片机原理及相关知识对我的设计进行一些改进。利用AT89C51单片机及外围接口实现抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。计分接收的单片机部分利用汇编语言编写。由于采用汇编语言设计电路，所以本设计在编程成功后，硬件电路基本上不需要调试就可正常使用。即使在设计完毕交给用户使用后，对系统的功能改进或升级也只是通过改写程序来完成，极大地方便了用户或设计者对电路更新。经过这半个学期的努力，在老师和同学的帮助下终于彻底的做完了毕业设计的所有工作。通过这次的毕业设计，我能运用已学的知识解决我在设计中遇到的问题，使自己的动手能力和思考问题的能力得到了很大的提高。在做设计的过程中我查阅了很多的资料，并认真的阅读这些与我的设计相关的资料，从而我的专业涵养得到了提高，知识的储备量也有所增加。在做设计时，我复习了很多专业课的知识，这使得我的专业知识在离校之前得到了巩固。在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。电路设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能