课程设计-六人抢答器

前言
本课程设计主要设计一个六人抢答器电路。

此抢答器需要满足在抢答过程中的实际功能。

首先我们必须了解一下在一般比赛中的抢答规则。

在主持说开始抢答后（题目已公布），选手开始抢答，第一名抢答的选手有效，其余的在抢答无效，在回答对问题后给于相应的加分。

如在规定的时间后没有人抢答，则需要说抢答超时，即在抢答无效。

若主持人没有说抢答开始，就开始抢答则属于犯规行为，抢答无效，并且一般还要给于提醒或扣分处罚。

所以我们将电路的功能设计如下：
在主持人说开始抢答后，即主持人打开抢答开关后，如果有选手按键，则显示选手号码，并且锁存，当然要保证，在此之后其他选手再次按键抢答器则不再显示选手号码，即在第一名选手按键后的其他选手再按键无效。

若在主持人说开始抢答后在一定的时间内没有人按键抢答则要有报警，以示时间超时，此时主持人可以将抢答机会交给现场的其他观众。

而在主持人没有说抢答开始，有人按键则电路报警，同时显示犯规选手的号码。

当主持人将开关由开始抢答打到关闭抢答时，要将电路复位。

在本次课程设计中要求如下：
1、有多路抢答，抢答台数为6。

2、具有抢答开始后20秒倒计时，20秒倒计时后无人抢答显示超时，并报警。

3、能显示超前抢答台号并显示犯规报警。

4、系统复位后进入抢答状态，当有一路抢答按键按下，该路抢答信号将其余各路抢答信号封锁，同时铃声想起，直至该路按键松开，显示牌显示该路抢答台号
在了解抢答器电路要完成的功能之后，我通过翻阅《模拟电子技术基础》、《数字电子技术基础》、《电子技术实验课程设计》、《常用集成电路简明速查手册》和《电工电子实验教程》等书，以及到各大学科网站翻阅资料。

最后决定用数字电子技术的有关知识来完成这个电路的设计。

其电路主要包括如下几部分：
1、输入抢答锁定电路、抢答者序号编码、译码电路和显示电路；
2、定时电路、声光报警电路。

3、控制逻辑电路、起动、复位电路
4、犯规电路、倒计时最后3秒报警电路等
通过课本中的知识及翻阅资料可知，抢答锁存电路要用到芯片74LS279(RS 触发器),抢答者序号编码要用到74LS148（8-3优先编码器），译码电路要用到74LS48 (BCD七段译码驱动器)，而显示电路要用到共阴极八段数码管，计时电路要用到74LS192（同步十进制可逆计数器），声光报警电路要用到555定时器……当然要用到一些电阻和电容要通过计算获得。

利用以上芯片在完成各单元主要功能之后，将电路系统的连接起来，来完成电路的整体功能。

当然每一部分电路可以分单独完成自己的功能，但不代表当将它们连接起来后就能完成总体功能，需要将其调试。

目录
●第一章系统的概述 (4)
●第二章单元电路的设计与分析 (6)
１、抢答锁存电路单元 (6)
２、定时控制单元 (9)
３、秒脉冲电路单元 (10)
4、犯规或时间到报警电路单元 (12)
5、复位电路 (13)
●第三章电路的安装与调试 (14)
１、实验工具 (14)
２、面包板的使用 (14)
３、接线要求 (14)
４、电路的调试 (14)
５、电路连接的实物图 (15)
●第四章结束语 (16)
●附图 (17)
●元件明细表 (18)
●鸣谢 (19)
●参考文献 (20)
第一章系统的概述
一个具有计时，锁存，显示，报警，复位等基本功能的六人抢答器主要由编码译码电路（带锁存功能），定时电路，时序控制电路，报警电路等组成。

它的整机逻辑框图如下：
抢答电路的功能有三个：一是能分辨出选手操作按键的先后，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键操作无效；三是若在20秒内无人回答则锁存电路，禁止该题再被抢答。

因此一定要用到芯片74LS148来对选手进行优先编码，用RS触发器（74LS148）配合74LS148来锁存住按键选手的号码，同时将锁存器中锁存住的信息发送到译码电路中，译码电路再将其输送给显示电路，显示电路便可以显示出抢答选手的号码直至主持人复位。

还有一个问题就是在怎么实现在有人按下键之后，其他人在按键无效。

这可以通过对编码芯片74LS148片选端的控制来实现。

同样要实现在20秒无人抢答后封锁电路，也是通过控制74LS148的片选端来实现的，即使其不能对选手进行编码了。

定时控制电路设计是定时抢答器设计的关键环节。

在本设计中，可采用2片74LS192来实现20秒倒计时，根据集成电路的原理，给控制个位数显示的那片74LS192一个秒脉冲，即可以驱动显示电路每一秒中变化一次，当然在本设计中74LS192实行减法计数。

在完成十次变化，即十秒钟以后，此芯片便可以产生一个借位信号（低电平）来驱动控制十位的那片74LS192进行减法计数。

为了实现20秒计数，必须对控制十位的那片74LS192进行置数，即置数为2，而将控制个位的那片置数为0。

在定时电路计时20秒以后，有定时电路产生一个超时信号，用于标志其时间到。

用实现定时控制必然要有秒脉冲才可以。

根据《电子电工实验教程》一书中对555定时器的应用可知，只要用555定时器组成多谐振荡器，通过计算合理配置元件参数，便可实现一秒脉冲的输出。

既然是抢答，肯定就会有犯规。

所以我们还要设计一个犯规或超时报警电路。

在本设计中我们采用了声光报警，很显然光报警是很容易实现的，关键是如何实现声音报警。

在正常抢答中，我们同样设置了正常抢答的按键声音，为了方便实现，我们是用直流喇叭实现的。

为了与之区分，在本设计中我们采用一定频率的声音来报警。

同样根据《电子电工实验教程》一书中555定时器的应用，我们可以用555定时器来实现。

用他设计一个产生一定频率交流的信号，然后输出给交
流喇叭。

要实现抢答器的连续工作，只有以上电路还是不够的，还必须有一个主持人开关，来完成电路的复位、开始等内容。

此部分要必须结合各部分电路的特点设计。

同样，要使抢答器完美的工作，必须将抢答器的各个单元模块有机的结合到一体，使其相互联系。

这就是一个调试过程，不仅要在理论上行的通，还要在实践中行的通。

必须边做边改进。

这样一个完整功能的抢答器才能设计好。

第二章单元电路设计与分析
1、抢答者序号编码、输入抢答锁存、译码电路和显示电路１）、抢答者序号编码电路
在此电路中要完成编码可以用在《数字电子技术基础》中的学习的74LS148（8-3优先编码器）来实现。

芯片管脚图及功能表如下：
在此电路中，对于74LS148的输入有６个，分别为１－６号选手，故只需对其１－６号管脚进行应用，其余的（０、７）接高电平（悬空也可以）使其总
是处在无效状态。

S端为选通输入端，只有在S=0的条件先，编码器才能正常
Y为芯片扩展端，只有当所有的编码输入端都是高电平（即没有编码输工作。

EX
入），且S=0，即为低电平。

因此，的低电平输出信号表示“电路工作，而且有编码输入”。

根据其功能表将电路图连接如下：
2）、输入抢答锁存
在选手抢答后要求一直显示选手的号码直至主持人将开关打到复位位置上，这就要求有对选手按键的编码进行锁存。

对于编码电路主要有四个输出端，其中三
Y）,故要用四个锁存器来个（2Y\1Y\0Y）为选手号编码，一个为芯片扩展端（EX
锁存输出信息。

经查资料得，74LS279（四RS触发器）可以完成此功能。

其电路连接图设计为：
3）、译码电路和显示电路
用一个数码管和BCD七段译码驱动器来完成译码和选手号码的显示。

74LS48BCD七段译码驱动器真值表
2、定时控制电路
定时控制电路要完成以下功能：在主持人将开关打到“开始”位置时，计时电路开始倒计时；当有选手抢答时，计时电路停止计时;若在20秒后无人抢答，电路要发出一个时间到的标志信号。

显示电路与之前的基本相同，不再描述。

在此电路中我们要用到74LS192，其引脚图和功能真值表如下：
引脚图
74LS192功能真值表
根据其真值表将电路设计如下：
3、 1秒脉冲电路
用555定时器组成多谐振荡器输出方波脉冲，频率我1Hz 。

设计电路如下。

在此电路中根据产生脉冲振荡频率的计算公式f=
2
ln )2(1
21C R R +，取
Ω=k R 151，Ω=k R 652，C=10F μ即可以实现。

为了从视觉上观察秒脉冲，特设
置一脉冲指示灯。

电阻阻值选取即确定计算表格如下：
为了确保实际选购电阻的方便性的同时确保所得结果的精确性，故选
择参数如下：Ω
=k
R15
1，Ω
=k
R65
2
，C=10F
μ。

4、报警电路
将犯规报警电路与超时报警放在一起，同样用555定时器来实现。

输入信号可以对555定时器的管脚4进行控制，若4脚输入高电平，555正常工作；若4输入低电平，555定时器停止工作。

而犯规是指在主持人没有将开关打到开始时就有人抢答，则电路报警。

同样，当计时时间到时也要报警，这样对555定时器的控制信号就来自两个方面。

5、复位电路
在此设计中还要有一个复位电路对每次抢答结束后的电路进行复位，这样才能使其连续有效的工作。

设计复位电路，
6、计时剩四秒报警电路
在此设计中除了以上六个基本功能外，我们附加了倒计时至4s时的报警电路，以提示参赛人员抢答时间将要到达。

倒计时剩四秒报警电路如下：
Co端接扬声器
第三章电路的安装与调试
1、实验工具
钳子，镊子，剪刀，数字电路实验箱，各种颜色的导线若干，万用表，示波器等。

2、面包板的使用
对于面包板的使用要特别注意，因为这是所有元件的根基，如果搞不清楚面包板，不仅实现不了电路的功能，甚至和会造成芯片损坏等后果。

所以在联线前首先要搞清面包板上的那些空是相通的，哪些是不通的。

对于不清楚的空可以用万用表测量，来进行判断，切忌不要凭空想象。

3、接线要求
设计的电路比较复杂，接线也就比较复杂，为了便于检查电路，美观等原因，必须对接线统一要求。

要求接线要横平竖直，接线间尽量少交叉。

而每一个模块最好用一种颜色的线接，这样便于区分。

同时插入面包板的部分要长度适宜，不要太长，否则会在内部相交；也不要太短，否则会接触不良。

特别注意的是：在接每一个元件前，必须对每一个元件进行检测，以确保接在面包板上的元件是好的，以减少出错的概率；在接每一个模块前要对总体的电路和部分电路有一个总体的把握，以减少连线的交叉。

4、电路的调试
电路的调试分为：总体调试和单元调试。

单元调试：在连接每一格单元后，要测试每一个单元的功能是否实现，如果没有，要根据其现象分析原因，然后进行修改
总体调试：在连接各个模块后，就进行总体的调试，将各相关联的单元有机的连接起来，测试各单元相互配合后完成的功能。

如果没有实现，根据现象分析原因，然后进行修改。

在调试过程中遇到的问题及解决方案：
１）、在将计数电路连接好进行调试发现，计时电路并不能进行20秒倒计时，尤其时十位数上，总是会发生随即跳变现象。

经过检测电路连接无误。

但怎么会出现此种现象呢？再次检查电路发现，原来我把要接高电平的引脚悬空。

虽然这样也为高电平，但不稳定，必须接+5v电路才能稳定。

２）、当主持人将开关打到复位时，计数电路不能复位。

经检测发现，是复位信号没有接进去。

３）、报警电路喇叭不响，经检测是因为喇叭信号产生电路的频率太低。

采用的方案是减小电容，增大频率。

5、电路连接的实物图
部分实物电路（声光报警）
总体实物电路图
第四章结束语
这次实验终于在不懈的努力下结束了，当电路顺利的实现我们所要的功能时，自己感觉十分的快乐。

也觉得两星期的实践生活真不容易。

虽然在做这个课程设计之前，我已经学习了《数字电子技术基础》，了解了许多芯片（如74LS148、74LS138、74LS161、555等）的使用，也在电子电工实验课上做过一些一个或几个芯片功能实现的实验。

但是当我看到这一一个设计题目时，我真的是不知如何下手。

如何去实现一个具有一定规模的电路呢？我在参考了学长的一些想法，还有自己小组的讨论修改下，能做出一个大致的图形，然后我们小组在各个部分进行组合，组合花了很多时间，主要是他们之间的联系，会不会产生竞争冒险等等问题，最后一番努力之后，作出了一张自己感觉不错的原理图。

接下来是安装电路。

根据设计出的电路图，在面包板上一根线一根线的接，最后不仅要实现功能还要做工精美。

每一根线我和我的搭档都是慢慢仔细的连，而且我们尽量不交叉线，坚持小火柴接线法。

这是一项枯燥而重复的工作，所以我们交换的接线，在很大程度上缓解了一个人的压力。

经过两天时间的艰苦奋斗，把各个部分的电路分别接好了，而且各个部分我们分开检验，都顺利通过，这让我们倍感欣慰。

最后就是组合和调试工作。

电路图不仅要在理论上可行还要在实践中可行，调试过程需要很大的耐心，主要是已经连好了大部分线，都不希望最后时候不行。

但是理论总是和实践不同，在组合的时候我们发现了很多问题，以前能实现的功能突然失去了效果，这让我们十分尴尬，特别是锁存器的问题，本来单独一个抢答电路是能够锁住的，但是一组合就失去了效果，我和我的搭档分析了半天，整个电路重新看了一遍，硬是找不出道理，仔细分析了各个管脚的高低电平，然后还换了几次芯片，还是一筹莫展，最后在老师的帮助下解决了问题。

经过两个星期的努力，最后我们的电路终于实现可要求中的所有项目。

通过这次课程设计，我收获的不仅仅是课本上关于芯片应用的知识，也不仅仅是抢答器着一个实验，我收获的是如何去应用自己已经学会的知识，用它去根据现实中的实际需要设计一个电路。

理论分析总是和实践是不同的，有时候实践才会发现很多很多错误，这也大大的考验了我们的实践能力。

也深化了我们的理论知识。

附图：
元器件明细表
参考文献
1．陈明义，宋学瑞编．电工电子实验教程．长沙：中南大学出版社，2002 2．陈明义编．数字电子技术基础．长沙：中南大学出版社，2006
3．何希才编．常用集成电路简明速查手册．北京：国防工业出版社，2006 4．赵淑范，王宪伟编．电子技术实验与课程设计．北京：清华大学出版社，2006
5．。