十五路数字抢答器的设计
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十五路抢答器设计一、设计的目的通过本课题设计,掌握数字电路系统的设计方法。
二、设计的内容要求1.设计一个智力抢答器,可同时供15名选手参加比赛,对应15个抢答按钮。
2.主持人设置一个控制开关,用来控制系统得清零(显示数码灭)和抢答开始。
3.抢答器具有数据锁存功能,抢答开始后,若有选手抢答,编号立即锁存,LED显示选手编号。
同时扬声器给出音响提示,此外,要封锁输入电路。
4.(扩展功能)定时抢答,主持人设定时间,启动开始后,定时器立即减计时,并用显示器显示。
5.参赛选手在设定的时间内抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示选手编号和抢答时刻的时间,并保持到主持人将系统清零为止。
6.如果定时抢答的时间已到,却没有选手抢答,本次抢答无效,并封锁输入电路,报警,禁止超时抢答。
三、参考元件74LS192 NE555 74LS48 74LS279 74LS148 74LS00 74LS121发光二极管数码显示器电阻电容四、设计步骤与要求1.拟定组成框图;2.设计各单元电路,要求步线整齐、美观、便于线路连接调试;3.仿真测试逻辑功能,已满足设计功能要求;4.画出整机逻辑电路图;5.写出设计论文。
五、设计成果1.设计说明书,不少于6000字,用A4纸打印装订;1.设计电路总图一张,用电路设计软件绘图;2.电子文档六、主要参考资料数字电子教材数字电子电子电路设计相关资料集成电路产品手册目录引言 (1)一、设计任务与要求 (1)(一) 基本功能 (1)(二) 扩展功能 (1)二、抢答器组成框图 (2)(一) 抢答器组成总框图 (2)(二) 各个电路的组成 (2)(三) 抢答器组成具体框图 (3)三、单元电路 (3)(一) 抢答电路 (3)1. 主要功能 (3)2. 电路原理图 (4)3. 子电路 (4)(二) 定时电路 (8)1.主要功能 (8)2.电路原理图 (8)3.子电路 (8)(三) 报警电路 (11)1. 主要功能 (11)2. 电路原理图……………………………………………………………...11.(四) 控制电路 (12)1. 主要功能 (12)2.子电路 (12)四、15路抢答器设计总结 (14)五.、致谢 (15)六、参考文献 (15)七、总电路原理图 (16)附件摘要:数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。
数字式竞赛抢答器设计报告实验日期:学院:班级:姓名:学号:1、设计任务与要求(1)设计一个可容纳7组参赛的数字式抢答器,每组设一个按钮,供抢答使用。
(2)抢答器具有第一信号鉴别和锁存功能,使除第一抢答者外的按钮不起作用。
(3)设置一个主持人“复位”按钮。
(4)主持人复位后,开始抢答,第一信号鉴别锁存电路得到信号后,由指示灯显示抢答组的编号,同时扬声器发出2~3秒的音响。
选做扩展功能:(5)设置一个计分电路,每组开始预制100分,由主持人计分,答对一次加10分,答错一次减10分。
2、设计原理定时抢答器的总体框图如图1所示,它由主体电路和扩展电路两部分构成,主体电路完成基本的抢答功能,即开始抢答后,当选手按动抢答键时,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。
扩展电路完成各选手的得分显示功能。
定时抢答器的工作过程是:接通电源时,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;抢答开始时,主持人将控制开关拨到“开始”位置,扬声器给出声响提示,抢答器处于工作状态,这时,抢答器完成以下工作:(1)优先编码器电路立即分辨出抢答者编号,并由锁存器进行锁存,然后由译码显示电路显示编号;(2)扬声器发出短暂声响,提醒主持人注意;(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)当选手将问题回答完毕,主持人操作计分开关,计分电路采用十进制加/减计数器、数码管显示。
本轮抢答完毕,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。
单元电路设计:(1)抢答电路抢答电路包括抢答按钮、优先编码电路、锁存器、译码显示电路。
抢答电路的功能有两个:一是能分辨出选手按键的先后,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。
1)抢答按钮电路抢答按钮电路由8个按钮开关及限流电阻所组成,如图2所示。
其供电电源选5V与系统电源一致。
限流电阻的确定,一方面要考虑开关断开时,要保证加到编码器(TTL电路)输入端的高电平大于器件所需的最低高电平(如2V);另一方面又要考虑开关闭合时,不至于有太大电流以增加电源消耗。
株洲师范高等专科学校2010 届毕业论文(设计)数字抢答器毕业设计系部:物理与电子工程系学生姓名:杨小英指导教师:黄卓冕专业:应用电子技术班级:07级应电班2010 年6 月目录摘要 (I)Abstract (I)第1章绪论 (1)第2章抢答器的系统概述 (2)2.1设计任务及要求 (2)2.2 设计方案论证 (2)2.3 抢答器的工作原理 (4)2.4优先判断与编号锁存电路 (3)第3章抢答器的单元电路设计 (6)3.1抢答器设计中的优先编码电路 (6)3.2抢答器设计中的定时电路 (8)3.3抢答器设计中的报警电路 (9)3.4抢答器设计中的时序控制电路 (10)3.5七段显示译码器与数码管 (11)3.6抢答器的功能说明 (13)第4章总结 (14)参考文献 (15)致谢 (16)附录 (17)摘要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、译码电路将电路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。
经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。
更具实用性。
关键字:抢答电路定时电路报警电路时序控制电路AbstractThe figure vies for the answering device by the subject circuit and expands the circuit to make up . Have priority in code circuit , latch , decipher circuit and export the input signal of the entrant team on the display; Starting the warning circuit withKey word: Vie for answering the circuit Timing circuit Warning circuit Time sequence controlling第1章绪论第1章绪论当今的社会竞争日益激烈,选拔人才,评选优胜,知识竞赛之类的活动愈加频繁,而在竞赛中往往分为几组参加,这时针对主持人提出的问题,如果要是让抢答者用举手等方法,这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。
15路无线抢答器摘要15路无线抢答器主要由抢答无线发射机和接收主机电路组成.抢答无线发射器电路主要有NE555等元件组成,通过其多谐振荡器输出的脉冲信号使光电耦合器导通,光电耦合器内部的晶体连接DTMF编码器MK5087线端。
抢答电路的功能有两个:一是能分辨选手按键的先后,并锁存优先抢答者的编号,哄译码显示电路用;二是要使其他选手的按键操作无效。
选用优先编码74Lsl48和Rs锁存器74Ls279可以完成上述功能。
而接受主机除了可显示抢答号码之外还具有抢答倒计时和抢答犯规提示功能。
在抢答设计部分,采用数显,主持人具有清零功能,只有清零后,才能开始进行抢答后具有锁定功能,并进行声警.关键词发射接受抢答报警4.1 引言科技的飞速发展,技术的不断更新换代,现代化社会的每个角落中都存在着有关科技方面的信息,经济和科技的发展几乎可以达到同步,同样在信息时代的社会中,电子行业也是科技含量很高的,作为新世代,跨世纪的大学生来讲,并且自己所学的专业是有关电子方面的,我们有责任把这门课程学好,学到它的精华之处,把所学到的知识投入到发展速度快的社会中,增添更多的光彩,使国家的科学在此基础上有更大的突破,超越其它的国家,为自己的祖国和现代化建设尽自己微薄的力量。
4.2 设计要求及分析在设计要求中要实现的是15路无线的抢答,抢答器的设计是各式各样的,分无线和有线的,无线的设计更优于有线的,该电路的设计分为发射和接受两部分电路构成,发射电路采用MK5087集成块,该集成块目前较为广泛,信号经MK5087处理成的串行数据输出,再经过成品的发射块T630输出的数据再经T631发射调制后经内置天线发射出去;接受电路是采用YN9101 CD4544,CD4011,CD4001等一些用途较为广泛的集成块,由发射电路发出的信号经过接收后再经DTMF解码电路及显示电路输出串行数据,并由输出的高电平使其产生报警,采用555的单稳态实现报警,若再次抢答,只需主持人再次按键即可实现无线抢答,在次要注意的是在驱动显示时,要通过限流电阻,避免流过数码管的电流过大,导致损坏,15路抢答器的实现最主要的就是发射和接受电路,以上便可实现抢答的功能。
抢答器的设计与制作(五篇范例)第一篇:抢答器的设计与制作抢答器的设计与制作抢答器是竞赛问答中一种常用的必备装置,从原理上讲,它是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
从有利于学习的角度考虑,这里主要介绍以中小规模集成电路和PLD器件设计抢答器的方法。
1抢答器的基本组成及工作原理1.1抢答器的组成抢答器的一般构成框图如图1.1所示。
它主要由开关阵列电路、触发锁存电路、编码器、7段显示器几部分组成。
下面逐一给予介绍。
图1.1抢答器的组成框图(1)开关阵列电路该电路由多路开关所组成,每一竞赛者与一组开关相对应。
开关应为常开型,当按下开关时,开关闭合;当松开开关时,开关自动弹出断开。
(2)触发锁存电路当某一开关首先按下时,触发锁存电路被触发,在输出端产生相应的开关电平信息,同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱,最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。
若有多个开关同时按下时,则在它们之间存在着随机竞争的问题,结果可能是它们中的任一个产生有效输出。
(3)编码器编码器的作用是将某一开关信息转化为相应的8421BCD码,以提供数字显示电路所需要的编码输入。
(4)7段显示译码器译码驱动电路将编码器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
(5)数码显示器数码管通常有发光二极管(LED)数码管和液晶(LCD)数码管。
本设计提供的为LED数码管。
1.2抢答器的工作原理(1)开关阵列电路图1.2所示为8路开关阵列电路,从图上可以看出其结构非常简单。
电路中,R1~R8为上拉和限流电阻。
当任一开关按下时,相应的输出为低电平,否则为高电平。
图1.2开关阵列电路(2)触发锁存电路图1.3所示为8路触发锁存电路。
图中,74HC373为8D锁存器,一开始,当所有开关均未按下时,锁存器输出全为高电平,经8输入与非门和非门后的反馈信号仍为高电平,该信号作为锁存器使能端控制信号,使锁存器处于等待接收触发输入状态;当任一开关按下时,输出信号中必有一路为低电平,则反馈信号变为低电平,锁存器刚刚接收到的开关被锁存,这时其它开关信息的输入将被封锁。
多路抢答器的设计与制作多路抢答器是一种常见的电子设备,广泛应用于学校、培训机构、竞赛等场合。
其设计与制作涉及电子技术、程序设计等多个领域,具有一定的技术难度。
本文将从多路抢答器的原理、设计要点以及制作过程等方面进行详细探讨。
一、多路抢答器原理多路抢答器是通过电子设备实现对多个参与者进行快速抢答并记录得分的系统。
其原理主要包括信号输入与处理、得分记录以及显示等几个方面。
信号输入与处理是多路抢答器的核心部分。
常见的信号输入方式包括按键式和无线式两种。
按键式抢答器通过参与者按下相应按键来触发信号输入,而无线式则通过无线设备将参与者发出的信号传输到主控制单元。
得分记录是指在参与者快速抢答回答后,系统能够准确记录并显示其得分情况。
这需要在系统中设置相应的得分计算规则,并通过程序实现对参与者快速回答情况进行判断和计算。
显示部分主要包括显示屏幕和指示灯两种形式。
显示屏幕通常用于显示参与者的得分情况以及抢答的结果,而指示灯则用于指示参与者抢答的状态,如是否已经按下按键等。
二、多路抢答器设计要点设计多路抢答器需要考虑多个方面,包括系统稳定性、操作便捷性以及扩展性等。
系统稳定性是设计多路抢答器的首要要点。
在信号输入与处理部分,需要保证信号传输的稳定性和准确性。
对于按键式抢答器,按键需要具有良好的触发感和反馈感;对于无线式抢答器,无线传输设备需要具备稳定的信号传输能力。
操作便捷性是指多路抢答器在使用过程中操作简单、方便。
参与者能够快速准确地进行抢答回答,并能够清晰地看到自己和其他参与者的得分情况。
此外,系统还应提供一些辅助功能如倒计时提醒等,以提高整个系统的使用便捷性。
扩展性是指多路抢答器能够满足不同场合和不同规模比赛需求。
在设计上应考虑到系统模块化、可拓展性,以便根据实际需要进行扩展和改进。
例如,可以通过增加参与者数量、改变信号输入方式等方式来扩展系统的功能。
三、多路抢答器制作过程多路抢答器的制作过程可以分为硬件设计和软件编程两个阶段。
抢答器设计及程序一、简要说明在进行智力竞赛抢答题比赛时,在一定时间内,各参赛者考虑好答案后都想抢先答题。
如果没有合适的设备,有时难以分清他们的先后,使主持人感到为难。
为了使比赛能顺利进行,需要有一个能判断抢答先后的设备,我们将它称为智力竞赛抢答器。
二、设计要求1.最多可容纳15名选手或15个代表队参加比赛,他们的编号分别为1到15,各用一个抢答按钮,其编号与参赛者的号码一一对应。
此外,还有一个按钮给主持人用来清零,主持人清零后才可进行下一次抢答。
2.抢答器具有数据锁存功能,并将所锁存的数据用LED数码管显示出来。
在主持人将抢答器清零后,若有参赛者按抢答按钮,数码管立即显示出最先动作的选手的编号,抢答器对参赛选手动作的先后有很强的分辨能力,即较他们动作的先后只相差几毫秒,抢答器也能分辨出来。
数码管不显示后动作选手的编号,只显示先动作选手的编号,并保持到主持人清零为止。
3.在各抢答按钮为常态时,主持人可用清零按钮将数码管变为零状态,直至有人使用抢答按钮为止。
抢答时间设为10秒。
在10秒后若没有参赛者按抢答按钮,抢答按钮无效。
并保持到主持人清零为止。
三、设计提示1.输入输出信号输出显示的位扫描时钟信号可以作为键盘输入的检测扫描信号。
10秒定时计数器的时钟信号可以选2Hz的时钟。
复位信号用来使10秒定时器和键盘编码器清零。
15个按键输入信号应进行编码。
A—G数码管段驱动信号。
SEG0,SEGl 数码管位驱动信号。
2.系统功能按下异步复位键,10秒定时器和键盘编码器清零。
放开异步复位健后,启动定时器,并允许键盘编码器扫描信号输入端,如在10秒内发现有输入信号,将其编码输出,同时使定时器停止计时;否则,停止扫描编码和定时,直到再次按下异步复位健键。
把16进制编码转换为十进制码,经译码后显示。
3.设计框图如图:四、程序代码library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity answer isport(KEY_IN: in std_logic_vector(15 downto 1);CLEAR: in std_logic;SCANCLK: in std_logic;CLK1S: in std_logic;LED_OUT: out std_logic_vector(6 downto 0);SCAN_OUT: out std_logic;SOUND_OUT: out std_logic);end answer;architecture rtl of answer issignal KEY_CODE: integer range 0 to 15;signal KEY_CODE_REG: integer range 0 to 15;signal KEY_EN: std_logic;signal NUM1: integer range 0 to 9;signal NUM2: integer range 0 to 9;signal KEY_EN1,KEY_EN2: std_logic;signal KEY_IN1,KEY_IN2,KEY_INS: std_logic_vector(15 downto 1); signal HEX: integer range 0 to 9;signal TIME_CNT: std_logic_vector(3 downto 0);beginprocess(KEY_EN,KEY_IN,SCANCLK,CLEAR)beginif CLEAR = '0' thenKEY_CODE_REG<=0;elsif SCANCLK'event and SCANCLK = '1' thenif KEY_CODE_REG = 0 thenKEY_CODE_REG<=KEY_CODE;end if;end if;end process;process(SCANCLK,CLEAR,KEY_IN)beginif SCANCLK'event and SCANCLK = '1' thenKEY_IN2 <= KEY_IN1;KEY_IN1 <= KEY_IN;end if;end process;KEY_INS<=not KEY_IN2 or KEY_IN1;KEY_CODE<=0 when KEY_EN = '0' else1 when KEY_INS(1)='0' else2 when KEY_INS(2)='0' else3 when KEY_INS(3)='0' else4 when KEY_INS(4)='0' else5 when KEY_INS(5)='0' else6 when KEY_INS(6)='0' else7 when KEY_INS(7)='0' else8 when KEY_INS(8)='0' else9 when KEY_INS(9)='0' else10 when KEY_INS(10)='0' else11 when KEY_INS(11)='0' else12 when KEY_INS(12)='0' else13 when KEY_INS(13)='0' else14 when KEY_INS(14)='0' else15 when KEY_INS(15)='0' else0 ;process(CLK1S,CLEAR,KEY_EN)beginif CLEAR = '0' thenTIME_CNT <= "0000";elsif CLK1S'event and CLK1S = '1' thenif KEY_EN='1' thenTIME_CNT<=TIME_CNT + 1;end if;end if;end process;KEY_EN<='1' when KEY_CODE_REG = 0 and TIME_CNT<=9 else '0';process(CLK1S,CLEAR,KEY_EN)beginif CLEAR = '0' thenKEY_EN1 <= '1';KEY_EN2 <= '1';elsif CLK1S'event and CLK1S = '1' thenKEY_EN2 <= KEY_EN1;KEY_EN1 <= KEY_EN;end if;end process;SOUND_OUT<=SCANCLK when KEY_EN1='0' and KEY_EN2='1' else '0';with HEX selectLED_OUT<="0000110" when 1,"1011011" when 2,"1001111" when 3,"1100110" when 4,"1101101" when 5,"1111101" when 6,"0000111" when 7,"1111111" when 8,"1101111" when 9,"0111111" when OTHERS;HEX<= NUM1 when SCANCLK='0' else NUM2;NUM2<=1 when KEY_CODE_REG>9 ELSE 0;NUM1<=KEY_CODE_REG when KEY_CODE_REG<=9 ELSE KEY_CODE_REG-10;SCAN_OUT <= SCANCLK;end rtl;。
数字抢答器课程设计摘要一、课程目标知识目标:1. 让学生理解数字抢答器的基本工作原理,掌握其电路组成及功能。
2. 学会使用数字抢答器进行简单的竞答活动,并能分析其优缺点。
3. 掌握数字抢答器中涉及的电子元件知识,如按钮、LED灯、晶体管等。
技能目标:1. 培养学生动手操作能力,能独立完成数字抢答器的组装和调试。
2. 提高学生问题解决能力,能针对数字抢答器出现的问题进行排查和维修。
3. 培养学生团队协作能力,通过小组合作完成竞答活动。
情感态度价值观目标:1. 培养学生对电子技术的兴趣和爱好,激发学习热情。
2. 培养学生勇于尝试、不断探索的精神,提高创新意识。
3. 增强学生竞争意识和公平意识,培养良好的竞赛道德。
分析课程性质、学生特点和教学要求:本课程为电子技术实践课程,旨在让学生在动手实践中学习数字抢答器的工作原理和组装技巧。
针对初中年级学生,课程内容紧密结合课本知识,注重实践操作和团队合作。
教学要求注重培养学生动手能力、问题解决能力和创新精神,同时关注学生情感态度的培养。
课程目标分解:1. 知识目标:通过讲解、示范和实践活动,让学生掌握数字抢答器的基本原理和电路组成,学会使用和分析竞答活动。
2. 技能目标:通过动手实践,培养学生组装、调试和维修数字抢答器的能力,提高团队协作能力。
3. 情感态度价值观目标:通过竞答活动,培养学生对电子技术的兴趣,激发学习热情,培养良好的竞赛道德。
二、教学内容本章节教学内容紧密围绕课程目标,结合课本相关章节,组织以下内容:1. 数字抢答器原理介绍:讲解数字抢答器的基本工作原理,电路组成,涉及电子元件的功能及相互关系。
2. 电路元件识别与使用:学习按钮、LED灯、晶体管、电阻、电容等电子元件的识别和使用方法。
3. 数字抢答器组装与调试:指导学生按照电路图进行数字抢答器的组装,并学会使用万用表等工具进行调试。
4. 竞答活动组织与实施:设计竞答题目,组织学生进行数字抢答器竞答活动,培养学生的实际操作能力。
竞赛抢答器的设计与实现[摘要]智力竞赛是一种生动活泼的教育方式,而竞赛抢答器是答题竞赛游戏中经常要用到的电子设备,利用它可以公平的给予每一个答题者公平的答题机会和答题时间。
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。
抢答器具有第一个抢答信号的鉴别和数据锁存、显示的功能。
抢答开始后,若有选手按抢答按钮,则该选手指示灯亮,并在数码管上显示相应编号,扬声器发出音响提示。
同时,电路应具备自锁功能,禁止其他选手再抢答,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
抢答器具有计分、显示功能。
预置分数可由主持人设定,并显示在每名选手的计分牌上,选手答对加10分,答错扣10分。
抢答器具有定时抢答的功能。
一次抢答的时间由主持人设定,在主持人发出抢答指令后,定时器立即进行减计时,并在显示器上显示,同时扬声器发出短暂声响。
[关键词]抢答;鉴别;计分Contest Design and Implementation of Responder[Abstract]A quiz is a lively way of education, while Contest Responder is the answer to the contest the game often use electronic equipment, which allows you a fair answer given to each person a fair chance to answer and answer time. Digital Responder from the main circuit and expansion circuit. Priority encoder circuit, latch, decoder circuit teams input signal on the monitor output, with control circuitry and the host switch to start alarm circuit, the above two parts of the main circuit. Through timing circuit and decoding circuit will second pulse signals generated by the output display to achieve timing functions, constitute the expansion of the circuit.Responder with the first one to answer in the signal identification and data latches, display function. To answer in the start, if players press to answer in the button, then the player indicator light, and the corresponding number of digital tube display, speakers, audio prompts given. At the same time, the circuit should have self-locking function, and then answer in his place against the other players to give priority to answer in his player's number has remained the host until the system is cleared. Responder has the points display. Pre-scores can be host settings, and displayed in each player's scoreboard, the player correct answers plus 10 points, got the wrong answer deducted 10 points. Responder has a Timing Responder function. An answer in the time set by the host, the host to issue to answer in order, the timer immediately by time, and displayed on the monitor at the same time issued a short sound speaker.[Key words]Responder;Identification;Scoring目录[摘要] .............................................................................................................................. I I [Abstract] .. (III)1.绪论 .................................................................................................................................. - 1 -1.1 课题研究的相关背景 ........................................................................................... - 1 -1.2 课题的目的与意义 ............................................................................................... - 1 -1.3 课题研究的内容 ................................................................................................... - 1 -1.4 国内外研究现状 ................................................................................................... - 2 -1.5 抢答器目前存在的主要问题 ............................................................................... - 2 -2.竞赛抢答器的设计与实现 .............................................................................................. - 3 -2.1 方案设计一 ........................................................................................................... - 3 -2.2 方案设计二 ........................................................................................................... - 4 -2.3 方案比较 ............................................................................................................... - 6 -2.4 方案设计原理 ....................................................................................................... - 6 -3.竞赛抢答器的实现原理 .................................................................................................. - 7 -3.1 EDA原理简介 ........................................................................................................ - 7 -3.2 EDA开发工具 ........................................................................................................ - 8 -3.3 EDA开发步骤 ........................................................................................................ - 9 -4.单元模块设计 .................................................................................................................- 10 -4.1 抢答鉴别单元 ......................................................................................................- 10 -4.2 计分器电路单元 ..................................................................................................- 10 -4.3 计时器电路单元 ..................................................................................................- 10 -4.4 译码器电路单元 ..................................................................................................- 10 -5.系统的有关仿真 .............................................................................................................- 12 -5.1 抢答鉴别单元 ......................................................................................................- 12 -5.2 计分器电路单元 ..................................................................................................- 12 -5.3 计时器电路单元 ..................................................................................................- 13 -5.4 译码器电路单元 ..................................................................................................- 13 -5.5 模块的封装 ..........................................................................................................- 14 -6.硬件测试 .........................................................................................................................- 15 -6.1 编程下载 ..............................................................................................................- 15 -6.2 试验箱的调试 ......................................................................................................- 17 - 结论 .............................................................................................................................- 18 - 致谢 .............................................................................................................................- 20 - 参考文献 .............................................................................................................................- 21 - 附录 A .............................................................................................................................- 22 - 附录 B .............................................................................................................................- 29 - 附录 C .............................................................................................................................- 30 -1.绪论1.1 课题研究的相关背景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。
数字电子技术课程设计报告设计课题:十五路抢答器设计专业班级:电子信息工程0801学生姓名:孔宏梅谷喜莹指导教师:李艳萍侯桂成设计时间:2010年7月3日星期六十五路抢答器设计设计者孔宏梅谷喜莹指导教师李艳萍侯贵成摘要数字抢答器有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。
经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器成形。
关键词抢答电路;定时电路;报警电路引言抢答器同时供16名选手或16个代表队比赛,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。
抢答器具有锁存与显示功能。
即选手按动按钮,所存相应的编号,并在LED数码管上显示,同时扬声器发出报警声响提示。
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。
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30秒)。
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声响,声响持续的时间0.5秒左右。
参赛选手在设定的时间内进行抢答,强调有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。
如果定时时间已到,无人抢答,本次抢答无效,系统报警禁止抢答,定时显示器上显示00一、设计任务与要求(一)基本功能1.可同时15名选手参加比赛,他们的编号分别是1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,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S1,S2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15。
2.节目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.数字抢答器应具有数码锁存、显示功能。
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。
(二)扩展功能1.定时抢答功能。
抢答器定时为30s,启动起始键后,定时器开始工作,立即减计,并在显示器上显示出来,同时扬声器要短暂报警。
2.参赛选手在设定的时间内抢答(30s),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刻的时间,并保持到主持人将系统清零为止。
3.当定时抢答的时间已到,还没有选手抢答时,本次抢答无效,系统短暂报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答,时间显示器上显示00二、抢答器组成框图(一)抢答器组成总框图图2.2.1 抢答器组成框图(二)、各个电路组成1.照框图,根据功能指标的要求,可以确定各个电路的组成。
1)抢答电路由优先编码电路74LS148,锁存器74LS279组成。
2)定时电路由秒脉冲产生电路NE555,同步计数器74LS1923)报警电路由脉冲产生电路NE555,扬声器组成。
4)控制电路用单稳态触发器74LS121和一些门电路实现。
2.图示的定时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,编号显示灭灯,定时显示器显示设定的时间,当节目主持人宣布抢答题目后,说一声“抢答开始”,同时将控制开关拨到“开始”位置,扬声器给出声响提示,抢答器处于工作状态,定时器倒计时。
当定时时间到,却没有选手抢答时,系统报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答。
当选手在定时时间内按动抢答健时,抢答器要完成一下四项工作: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)扬声器发出短暂声响,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)控制电路要是定时器停止工作,时间显示器上剩余的抢答时间,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,使系统恢复到禁止工作状态,以便进行下一轮抢答。
(三)、抢答器组成具体框图图2.3.1 抢答器组成具体框图三单元电路(一)抢答电路1主要功能抢答电路的功能有两个:一是能分辨出选手按键的先后,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。
选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能,其电路组成如下图所示。
其工作原理是:当主持人控制开关处于“清除”位置时,RS触发器的R端为低电平,输出端(4Q~1Q)全部为低电平,于是74LS48的BI=0,显示器灭灯;74LS148的选通输入端ST=0,74LS148处于工作状态,此时锁存电路不工作,当主持人开关拨到“开始”位置时,优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态,即抢答器处于等待工作状态,等待输入端S1~S15输入信号,当有选手将键按下时(如按下S5),74LS148的输出Y2Y1Y0=010,YEX=0,经RS锁存器后,CTR=1,BI=1,74LS279处于工作状态,4Q3Q2Q=101,经74LS48译码后,显示器显示出“5”。
此外,CTR=1,使74LS148的ST端为高电平,74LS148处于禁止工作状态,封锁了其他按键的输入。
当按下的键松开后,74LS148的YEX为高电平,但由于CTR维持高电平不变,所以74LS148仍处于禁止工作状态,其他按键的输入信号不会被吸收,这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。
当优先抢答者回答完问题后,由主持人操作控制开关S,使抢答电路复位,以便进行下一轮抢答。
2.电路原理图图3.1.2.1抢答电路原理图3.子电路1)优先编码电路根据要求,用两片优先编码器74LS148级连组成。
由74LS148的功能表可以看出当高位片处于工作状态且没有输入时,Y2,Y1, Y0, YEX都是1,Y S为0 ,低位片也处于工作状态。
当高位片有输入时,YS=1 =ST,所以低位片处于封锁状态,同时两片的输出YS=1,高位片YEX为0,低位片的YEX为1。
当低位片用输入时,高位片的YS=0,低位片的YS=1,高位片YEX为1,低位片的YEX为0。
2)锁存器74LS279由基本R-S的状态方程和时序图可看出,表3.1.3.2 锁存器74LS279真值表图3.1.3.2 基本R-S触发器逻辑等号与波形图RS触发器的R端为低电平,由于74LS148没有输入,S都为1,所以输出端(4Q~1Q)全部为0。
当74LS148有输入,相应的S为0,所对应的输出端变为1,当输入退出时,S重新变为1,而对应的输出端保持1不变,实现了锁存的功能。
当ZYEX为0时,Q的输出为1,Q=ST=1,所以令74LS148处于禁止工作状态,使其他按键的输入信号不会被吸收,这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。
当优先抢答者回答完问题后,由主持人操作控制开关S,使抢答电路复位(即令R=0),以便进行下一轮抢答。
3)4位二进制/BCD码变换电路由全加器74LS283与门电路组成,由于用15路选择,4位二进制数表示的十进制数的范围为0~15,其8421BCD码需用5位二进制数表示,它们之间的对应关系如下表表3.1.3.3 4位二进制/BCD码变换电路真值表1(二)、定时电路1.主要功能节目主持人根据抢答题的难易程度,设定一次抢答的时间(30s ),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。
2.电路原理图图3.2.2定时电路原理图3.子电路1)555构成的多谐振荡器作为秒脉冲发生器把555的2,6脚接在一起,根据对555组成原理图的分析可知,电容上的电压将在13C C V 到23C C V 之间变化。
电路的工作波形如下图所示图3.2.3.1.1 电容和输出电压的波形图 图3.2.3.1.2 555构成的多谐振荡器原理图从图中看出,输出电压V o 的低电平时间为电容上电压Vc 从23C C V 减少13C C V 到所需要的时间,V o 的高电平时间Vc 为电容上电压13C C V 从增大23C C V 到所需要的时间,电路的振荡周期和频率计算如下2ln 21C R T =(3.2.3.1.1)2ln )(212C R R T +=(3.2.3.1.2)2ln )2(2121C R R T T T +=+= (3.2.3.1.3)CR R C R R f )2(43.12ln )2(121210+≈+=(3.2.3.1.4)取1R =15K Ω,2R =68K Ω, C=10uF, 可得振荡频率为=+≈+=CR R C R R f )2(43.12ln )2(121210Hz110)68215(43.1=⨯⨯+所以, T=1s2) 由Multisim 仿真得到如下波形,符合秒脉冲的要求。
图3.1.3.2.1多谐振荡器频率仿真波形构成的三十进制递减计数器是十进制可编程同步加/减计数器,采用8421+5V+5VP 015P 11P 210P 39CU5CD 4Q A 3Q B 2Q C 6Q D7T C U12TCD 13PL11M R14P 015P 11P 210P 39CU5CD4Q A 3Q B 2Q C 6Q D7T C U 12TCD 13PL11M R14+5V74LS19274LS192CPSBO2图3.2.3.2.1 74LS192构成的三十进制递减计数器时序图(三)、 报警电路由555组成多谐振荡器,产生约为1Khz 的脉冲,来驱动扬声器发生声音。
(本设计方案用发光二极管代替扬声器)1. 主要功能当用信号来时,PR 为高电平,振荡器工作。
平时保持低电平不变,从上面对555组成多谐振荡器的分析,当4脚为低电平时,振荡器停振。
振荡频率为=+≈+=CR R C R R f )2(43.12ln )2(121210Hz1001.0)68215(43.1=⨯⨯+ (3.3.1.1)T=1f =1/0.01s (3.3.1.2)2. 电路原理图用Multisim 仿真可得如下波形,可知电路的频率跟理论计算值相符。
图3.3.2.2 频率仿真波形(四)、控制电路1.主要功能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。
2.子电路1) 时序控制电路根据上面的功能要求设计的时序控制电路如下图所示。
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ST。