数字电路逻辑设计数字竞赛抢答器

数字电路逻辑设计课程设计

设计名称数字竞赛抢答器

专业班级

学号

姓名

指导教师

太原理工大学现代科技学院

课程设计任务书

注：1.课程设计完成后，学生提交的归档文件应按照：封面—任务书—说明书—图纸的顺序进行装订上交（大张图纸不必装订）

2.可根据实际内容需要续表，但应保持原格式不变。

指导教师签名：日期：

专业班级 学号 姓名 成绩 1.1设计目的

有许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。同时，还可以设置记分、犯规及奖惩记录功能。

(1). 了解抢答器的设计原理

(2). 掌握其外围电路的设计与主要性能参数测试方法 (3). 掌握抢答器的设计方法与电子线路系统的装调技术

1.2设计要求内容和步骤

1.2.1设计要求

设计竞赛抢答器，要求：

（1）设计制造一个可容纳六组参赛的数字式抢答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。

（2）电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。

（3）设置记分电路。每组在开始预置成100分，抢答后由主持人记分，答对一次加10分，否则减10分。（选做）

（4）设置犯规电路。对提前抢答和超时抢答的组别鸣喇叭示警，并由组别电路显示出犯规组别。（选做） 1.2.2设计步骤

1、根据选题要求，进行方案比较，画出系统框图，进行初步设计。

2、设计单元电路，计算参数，选择元器件。

3、画出系统电路原理图。

4、利用EWB 软件对原理图进行仿真，修改设计中的疏漏。

5、现场安装调试。

6、撰写课程设计说明书。

2.1 电路的基本功能要求及原理方框图 2.1.1基本功能要求

1：设计一个智力抢答器抢答器，能同时供6名选手或6个代表队比赛，他们的编号分别是1，2，3，4，5，6各用一个按纽，按纽编号与选手的编号相对应，分别用6个按钮S1-S6表示。

2: 给主持人设置一个系统清除和抢答开始的控制开关S 。

3：抢答器具有锁存与显示功能。即抢答开始后，若选手按动按钮，锁存器立即锁存相应的选手编号，并在LED 数码管上显示选手的编号（1-6），同时扬声器发出声响提示。选手抢答实行优先锁存，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除为止。

4：抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间为30秒，当主持人启动"开始"键后，定时器立刻倒计时，若30秒时间内有选手抢答，则显示器显示倒计时时间，并显示，保持到主持人将系统清除为止。

5：参赛选手在设定的时间内进行抢答有效，超过时间抢答无效，定时器停止工作，定时显示器显示00。

……………………………………装………………………………………订…………………………………………线………………………………………

6：计分电路，与抢答电路相互独立，每组在开始时预置成100分，答对一次加10分，否则减10分，由主持人计分。

2.1.2原理框图

图2.1 原理框图

工作原理：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00；主持人将开关闭合即“开始”状态，宣布"开始"抢答器工作。定时器计时，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。

3.1 抢答器电路

当电路接上电源后，整个电路都处于工作状态．当主持人开关打开时，电路处于清零状态．此时，各个触发器的Q非端输出都为１，假设芯片编码器74LS148处于工作状态，此时，输入的都是高电平，而两输出使能端EO和GS的输出状态分别为0和１，GS端与个JK触发器的JK端相连，即各输入端均为1，所以只要当R端为无效电平“1”时，同时有效脉冲边沿过来时触发器就能翻转。当主持人闭合开关，宣布可以抢答后，主线灯亮，此时电路为可抢答状态，当选手按下开关时，CP脉冲由高电平变为低电平，即有一个有效地脉冲边沿过来，触发器发生反转，此时Q端为1，同时对应的灯亮，Q非端输出为0，此时74LS148的其中一个输入端输入信号“0”，OE与GS发生翻转，OE=1，GS=0。使得触发器的JK输入端输入“0”，就算其他选手把开关合上，其对应的触发器也不会翻转。

3.2 显示电路

图3.2显示电路

当其中一个选手按下抢答器后，74LS148编码器其中一个输入端为0，例如，当1号选手按下开关，则Q1输入为0，此时Q6Q5Q4Q3Q2Q1为111110，输出Y2Y1Y0为110经过74LS48译码器为001,则在七段数码管上显示“1”

表3.1 74LS148芯片真值表

Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Y1 Y2 Y3 EO GS

0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0

X 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0

X X 0 1 1 1 1 0 0 1 0

X X X 0 1 1 0 1 1 1 0

X X X X 0 1 0 1 0 1 0

X X X X X 0 0 0 1 1 0

表3.2七段数码管真值表

A B C D a b c d e f g 字形

0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0

1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1

1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 2

0 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 3

1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 4

0 1 1 0 1 0 1 1 0 1 1 5

1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 6

3.3 报警电路

图3.3报警电路

报警电路由两个555定时器构成。由图中可以看到,接上电源后,当信号输入为高电平时,第一个555连接成的单稳态触发器的输出为低电平,处于稳定状态,这时,右边的多谐振荡器的复位输入为低电平,所以其输出也为低电平.扬声器不发音.当信号输入为低电平时,单稳态触发器被触发,处于暂稳态,此时其输出为高电平,输入到多谐振荡器的复位端,多谐振荡工作,输出为频率为 1.2KHz的脉冲波形.这样扬声器就会以1.2KHz的频率发出间歇式声响。要求持续2~3秒，可调节电阻和电容实现。假设t=3s，电阻分别为20k、273k、0.61k、2.4k，电容分别为100pf、100pf、0.22uf、0.01uf。

3.4 定时电路