8路计时抢答器课程设计报告

西北工业大学明德学院班级：121204组员：王辰硕石昕喆毕卓滔杨潘君杨锐胡敏指导教师：杨斌完成时间：2020年1月11日西北工业大学明德学院八路抢答器课程设计报告西北工业大学明德学院目录一、设计任务与要求.........................................错误!未定义书签。二、设计方案与单元电路设计........................................................11.数字抢答器总体方框图...................................................................12.单元电路设计...................................................................................2（1）抢答器电路............................................................................................2（2）定时电路................................................................................................5（3）报警电路..............................................................................................5（4）时序控制电路......................................................................................6三、元器件选择................................................................................7四、综合电路设计............................................................................8五、实验中遇到的困和解决方法..................................................9六、自我总结与自我评定................................................................9参考文献.....................................................................................11西北工业大学明德学院1一、设计任务与要求1.抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛使用，分别用8个按钮S0~S7表示。2.设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。3.抢答器具有锁存和显示功能，即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出警报声响提示。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。4.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30s）。当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的响声，持续时间为0.5s左右。5.参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时间，并保持到主持人将系统清除为止。6.如果定时时间已到，无人抢答，则本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。二、设计方案与单元电路设计1.数字抢答器总体方框图如图3-1所示。其工作原理为：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，编号显示器灯灭，定时器显示设定时间；主持人将开关至于“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，并且定时器停止，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。西北工业大学明德学院22.单元电路设计（1）抢答器电路参考电路如图3-2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，同时译码器显示电路显示编号；二是其他选手按键操作无效。其工作过程为开关S置于“清除”端时，RS触发器Q端均为0,4个触发器输出置零，使74LS48的RBOBI/=0，使之处于灭灯状态。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S6）,74LS148的输出YEX经RS锁存后，Q1=1,RBOBI/=1,74LS48处于工作状态，Q4Q3Q2=101,经译码显示为“5”。此外，Q1=1,使74LS148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YEX线此时由于仍为Q1=1,使ST=1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答须由主持人将S开关重新置“清除”，然后再进行下一轮抢答。74LS148为3-8线优先编码器，其功能如表1所示;74LS48真值表如表2所示；74LS279真值表如表3所示；74LS192真值表如表4所示。西北工业大学明德学院3图3-2数字抢答器电路表1.74LS148功能真值表西北工业大学明德学院4表2.74LS48功能真值表表3.74LS279管脚图及真值表表4.74LS192功能真值表及引脚图西北工业大学明德学院5（2）定时电路由节目主持人根据抢答题的难易程度，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，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的定时电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如图3-3所示。图3-3可预置时间的定时电路（3）报警电路由555定时器和三极管构成报警电路如图3-4所示。其中555构成多谐振荡器，震荡频率f0=1.43/[(R1+2R2)C]，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。西北工业大学明德学院6图3-4.报警电路（4）时序控制电路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键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。3）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。根据上面的功能要求以及图3-2所示，设计的时序控制电路如图3-5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的输入使能端。图3-4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Q1=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的输出为0，使74LS148处于正常工作状态。当选手在定时时间内按动抢答键时，Q1=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的输出为1,74LS148处于禁止工作状态。当定时时间到时，则“定时到信号”为0，门G2的输出为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。集成单稳态触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。西北工业大学明德学院7图3-5时序控制电路三、元器件选择（1）JYS—II型数字电子技术实验箱；（2）集成电路74LS148一片，74LS279一片，74LS48三片，74LS192两片，NE555两片，74LS00一片，74LS121一片；（3）电阻510Ω两只，1000Ω九只，4.7kΩ一只，5.1kΩ一只，100kΩ一只，10Ω一只，15kΩ一只，68kΩ一只；（4）电容0.1μF一只，10μF两只，100μF一只；（5）三极管3DG12一只；（6）其他：发光二级管两只，共阴极显示器三只。西北工业大学明德学院8四、综合电路设计实物图：西北工业大学明德学院9五、实验中遇到的困和解决方法我们小组在本次课程设计中受益匪浅，过程中，我们遇到了不少的困难，但是我们通过咨询老师和小组讨论，耐心地克服了困难，完成了实验，实现了电路预期效果。以下是我们所遇到的一些困难：1、由于对软件Multisim的不熟悉造成仿真不能顺利进行。解决方法：通过上网查找有关资料，小组成员认真的研究该软件的基本操作和芯片的引脚功能，最后掌握了Multisim的基本应用技巧，完成了仿真。2、由于电路接线相对比较多，接线时容易混乱。解决方法：先有条不紊的将导线按照其长短分类放好，然后分开连线，六人协作，两名同学负责读电路图，报告应从哪个芯片的哪个引脚接到另一个芯片的哪个引脚，两名同学负责连接电路，其他两名同学负责监督接线的正确与否。通过这样的明确分工合作，在初次连接抢答电路失败重练三次后，我们不怕麻烦和困难，耐心地检查，第四次连接连同综合电路一次成功地连出了电路，实现预期功能。六、自我总结与自我评定课程设计是为了让我们将课堂所学的理论知识应用于实际，以加深我们对理论知识的理解以及通过实践来提高我们分析和解决问题的能力。在这两个周的实习中，我们小组六个人团结一致，一起讨论，一起实验，分工明确，有效地展开各项实践工作，并在自己制定的日程安排上提前完成任务，使电路达到了预期的效果。具体的组员工作分配如下，两名同学主要负责连接电路，两名同学主要负责检查连接，另外两名同学主要负责看电路图报告芯片的引脚。如此一来，不仅有效的提高了速率，而且效率也相应的有了一定的保障。成功完成电路的一瞬间，我们互相击掌庆祝。在小组中，我们合作的很开心很成功。王辰硕在小组中主要负责Multisim软件的仿真和抢答电路部分的电路设计。虽然在之前的数电学习中对该软件有所了解，但在此次实验中，依旧遇到了西北工业大学明德学院10好多问题，于是大家都想尽办法，有的去图书馆查阅有关资料，有的上网查询类似问题的解决方法并参考之，终于在花了好长时间试接电路后，我们对该软件的使用已然熟悉，准确的完成了仿真步骤。在抢答器电路的设计部分，我们首先从优先编码器入手进行学习，加上参考相关资料，顺利完成了电路的设计，实现了预期的电路功能。之后，我们在连接电路的过程中，石昕喆负责看着电路图报告电路的连接方式，杨潘君和其他三位组员相互合作有效准确地完成了实物电路的连接工作，使电路达到了预期功能。小组气氛融洽，讨论时候气氛相当好，在小组的讨论中解决了不少的问题。通过了这次课程设计，我们有不少收获：1、对Multisim软件的操作更加熟练，对仿真的实现又很大的帮助。2、对电路中所使用的74LS48、74LS279、74LS192、74LS148、NE555的芯片的功能有了更深的了解，对芯片的认识实现从理论到实践应用的过渡。特别是对79LS192计数器有了实质的认识。3、在实验的过程中我们意识到电路故障的检修非常重要，对于每个电路，仿真的时候或许没有发生什么错误，但是实物连接时有可能会出现错误，应该熟练地利用工具（如万用电表）对电路进行基本的检修。避免重新连接电路而造成时间的浪费。4、通过实验，我们懂得了团队合作的重要性，一个团队如果能够很好地分工，同时很好的协作完成相应任务，可以使问题得到很好的解决，同时使实践的效果更快更好地呈现。5、对于接线技巧以及接线的安排有了更进一步的了解和体会。6、体会到了在学习的时候应该多利用身边的资源，例如图书馆资源，老师同学和网络，来提高自己的实践效率，让自己更好地