当前位置:首页 >> 学科竞赛 >>

数字竞赛式抢答器


电子技术综合设计报告

课程设计题目: 院 系:

数字竞赛式抢答器 信息工程学院自动化系 自动化(2)班

专 业(班级) : 姓 年 学 名: 级: 号:

指导教师: 完成日期:

目录
一.摘要 .................................

................................................................................................................ 3 二.设计任务及要求 ............................................................................................................................. 4 三.单元电路的设计 ............................................................................................................................. 5 (1)抢答电路 ................................................................................................................................... 5 (2)控制电路 ................................................................................................................................... 6 (3)报警电路 ................................................................................................................................... 7 四.主要器件介绍 ................................................................................................................................. 8 (1)74ls48 引脚图以及真值表 ...................................................................................................... 8 (2)74ls148 引脚图以及真值表 ...................................................................................................... 10 (3)74ls279 引脚图以及真值表 ...................................................................................................... 11 (4)ne555 管脚图及内部原理图 ...................................................................................................... 11 五.元器件清单 ................................................................................................................................... 12 六.体会总结 ....................................................................................................................................... 13 七.参考文献 ....................................................................................................................................... 15 八.实物附图 ....................................................................................................................................... 15

II

一.摘要

进入 21 世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中,例如企业、 学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。 过去在举行 的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节, 举办方多数采用让选手通过举答题板 的方法判断选手的答题权, 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。 人们于是开始寻求一种能不依人的主观意愿来判断的设备来规范比赛。 因此, 为了克服这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答 器,从最初的简单抢答按钮,到后来的显示选手号的抢答器,再到现在的数显抢 答器,其功能在一天的趋于完善不但可以用来倒计时抢答,还兼具报警,计分显 示等等功能, 有了这些更准确地仪器使得我们的竞赛变得更加精彩纷呈,也使比 赛更突显其公平公正的原则。 今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精, 人们摆脱了耗费很 多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能, 使第一个抢答的参 赛者的编号能通过指示灯显示出来,避免不合理的现象发生。但这种电路不易于 扩展,而且当有更高要求是酒无法实现,例如参赛人数的增加。随着数字电路的 发展,数字抢答器诞生了,它易于扩展,可靠性好,集成度高,而且费用低,功 能更加多样话, 是一种高效能的产品。而如今在市场上销售的抢答器大多采用可 编程逻辑元器件,或利用单片机技术进行设计,本次设计主要利用常见的 74LS 系列集成电路芯片和 555 芯片, 并通过划分功能模块进行各个部分的设计,最后 完成了八路智力竞赛抢答器的设计。

3

二.设计任务及要求
1.基本要求 (1) 设计一个可容纳 8 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。 2. 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 抢答器的总体框图如图 1.1 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。 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

4

便进行下一轮抢答。

图 1.1 抢答器总体框图

三.单元电路的设计
(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。选用优先编码 74LS148 和 RS 锁存器 74LS279 可以完成上述功能,其电路组成如图 2.1.1 所示:

5

U7B U1
10 11 12 13 1 2 3 4 5 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 EI A0 9 A1 7 A2 6 GS 14 EO 15 2 3 1 6 5 ~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2 1Q2 7 1Q1 4

VCC 5V U2
7 1 2 6 3 5 4 A B C D ~LT ~RBI ~BI/RBO OA OB OC OD OE OF OG 13 12 11 10 9 15 14
CK

J1

U5 R2
AB CDEFG
RPACK 8

74LS279N U3A
2 3 1 ~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2 1Q2 7 1Q1 4

R1
RPACK 8

74LS148N

74LS48D

100 Ω

6 5

74LS279N 1kΩ VCC 5V

图 2.1.1 抢答电路

其工作原理是:当主持人控制开关处于“清零”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 EI=0,74LS148 处于工作状态,此时锁存电路不工作。当 主持人将开关拨到 “开始” 位置时, 优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态, 既抢答器处于等待工作状态,等待输入端 I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0 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,BI/RBO=1 此时 74LS279 处于工作状态,4Q3Q2Q=101,经 74LS48 译码后, 显示器显示出 “5” 。 此外, 1Q2=1, 使 74LS148 的 EI 端为高电平, 74LS148 处于禁止工作状态,封锁了其它按键的输入。 当按下的键松开后,74LS148 的 GS 高电平,但由于 1Q2 维持高电平不变, 所以 74LS148 仍处于禁止工作状态,其它按键的输入信号仍不会被接受。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,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)控制电路 控制电路主要完成以下功能:主持人将控制开关拨到“开始”位置时,控制 扬声器发声,使抢答电路进入正常抢答工作状态;当参赛选手按动抢答键时,让

6

扬声器发声,并使抢答电路停止工作。选用四两输入与门:74LS08,单稳态多谐 振荡器:74LS121 和 555 定时器:NE555 以及蜂鸣器可以完成上述功能,其电路 组成如图 2.2.1 所示:

U7B U1
10 11 12 13 1 2 3 4 5 D0 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 EI A0 A1 A2 GS EO 9 7 6 14 15 2 3 1 6 5 ~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2 1Q2 7 1Q1 4

VCC 5V U2
7 1 2 6 3 5 4 4 A B C D ~LT ~RBI ~BI/RBO OA OB OC OD OE OF OG 13 12 11 10 9 15 14
CK

J1

U5 R2
A B C D E F G

74LS279N U3A
2 3 1 ~1S1 ~1S2 ~1R1 ~1S3 ~1R2 1Q2 7 1Q1

R1
RPACK 8

74LS148N

74LS48D

100 Ω

6 5

74LS279N 1kΩ VCC 5V VCC 5V R3 100kΩ 5V R5 R4 1kΩ J2 Key = A
RST DIS

VCC

VCC 5V

VCC 5V

1kΩ
VCC OUT

R7 1kΩ
VCC RST DIS THR TRI CON OUT

RPACK 8

U6

U4A
&

555_VIRTUAL R6 TRI Timer 1kΩ
THR CON

555_VIRTUAL Timer
GND

BUZZER 2000 Hz

74LS08D

C1 1uF

GND

C3 10nF

C4 1uF

C2 10nF

图 2.2.1 控制电路

其工作原理是:当主持人控制开关拨到“开始”位置时,此时开关相当于接 高电平, 同时 74LS148 和 74LS279 处于工作状态, 既抢答器处于等待工作状态, GS=0,与开关经 74LS08 接单稳态触发器使 TRI=1,单稳态触发器正常工作输出 低电平,OUT=0 接多谐振荡器 RST 端,RST=0,此时多谐振荡器正常振荡产生方 波驱动蜂鸣器振荡发声。 (3)报警电路 用 555 构成的多谐振荡器推动扬声器发声。电路组成如图 2.3.1 所示:

7

VCC 5V R3 100kΩ

VCC 5V

VCC 5V

VCC 5V

R5 R4 1kΩ J2 Key = A
RST DIS

1kΩ
VCC OUT

R7 1kΩ
VCC RST DIS THR OUT

U6

U4A
&

555_VIRTUAL R6 TRI Timer 1kΩ
THR CON

555_VIRTUAL CON Timer
TRI GND

BUZZER 2000 Hz

74LS08D

C1 1uF

GND

C3 10nF

C4 1uF

C2 10nF

图 2.3.1 报警电路

其工作原理是;由第一个 555 构成的单稳态触发器利用其输出信号控制由第 二个 555 构成的多谐振荡器振荡发声,当输出为高电平时,多谐振荡器工作,反 之,电路停振不再工作。其中,发声时长由单稳态触发器决定:T=1.1R4C3。振 荡频率为:f0=1/(R7+2R6)*C4*ln2=1.43/(R7+2R6)*C4.

四.主要器件介绍

(1)74ls48 引脚图以及真值表

图 3.1.1 74LS48 的引脚排列

8

图 3.1.2 74LS48 的真值表

图 3.1.3 74LS48 管脚图

9

(2)74ls148 引脚图以及真值表

输入 EI 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 I0 x 1 x x x x x x x 0 I1 x 1 x x x x x x 0 1 I2 x 1 x x x x x 0 1 1 I3 x 1 x x x x 0 1 1 1 I4 x 1 x x x 0 1 1 1 1 I5 x 1 x x 0 1 1 1 1 1 I6 x 1 x 0 1 1 1 1 1 1 I7 x 1 0 1 1 1 1 1 1 1 A2 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 A1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1

输出 A0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 GS 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 EO 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0

图 3.2.1 74LS148 的真值表

图 3.2.2 74LS148 的管脚图

10

(3)74ls279 引脚图以及真值表

图 3.3.1 74LS279 的管脚图

图 3.3.2 74LS1279 的真值表

(4)ne555 管脚图及内部原理图

11

图 3.4.1 NE555 的管脚图

图3.4.2 NE555电路引脚图

五.元器件清单
序号 1 2 3 类型 74LS279(RS 锁存器) 74LS48(4 线—7 段译码驱动器) 74LS148(8 线—3 线优先编码器) 数量 1 1 1

12

4 5 6 7 8 9 10 11 12

74LS08(二输入与门) NE555 七段数码管(共阴极) 扬声器 电阻(100Ω ) 电阻(1KΩ ) 电容(0.01μ 电容(0.1μ 开关

1 2 1 1 7 13 2 2 8

F) F)

六.体会总结
本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合, 既考查了同学对理论知识 的掌握程度, 由反映了实际动手能力,更主要的是考查了同学对知识的综合运用 以及创新设计思维能力, 为今后的发展提供了一次良好的学习环境。针对课设题 目八路抢答器,一开始还没有头绪,不会运用所学知识进行有效设计,但通过上 网查阅各种类似的设计,去图书馆翻阅相关设计书籍,查阅所提供的芯片功能, 确定基本设计方案, 又通过仿真验证试验方案的可实行性,虽说比较烦杂但却对 设计一个电路有了基本的经验。 1.仿真软件 multisim 的应用 设计的第一步是在 multisim 连接电路进行仿真,这对从来没有接触过 multisim 软 件 的 我 是 第 一 道 需 要 克 服 的 难 关 , 因 为 老 师 提 前 说 了 需 要 对 multisim 进行自主学习,因此去图书馆借了有关仿真软件的应用教程以及在网 上进行相关的查询使自己在上机仿真及调试的时候没有耗费大量的时间。 2.电路的设计 拿下每个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的。 只有对课题的充 分理解,对各种器件的熟练掌握,勾画出基本的设计图是成功的关键。利用在数 电课堂上学到的知识, 在网上查询有关芯片的引脚图,真值表用老师教给的方法

13

确定其能实现相关功能, 消除了当时学数字电子技术的迷茫感,又是一次理论与 实践的完美结合。 3.焊接过程 通过实验原理图进行实物焊接,焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性:各 个芯片的引脚功能不能混淆, 必须了解各个芯片的使用方法,内部结构以及使用 时的注意事项, 该接电源的一定要接电源, 该接地的一定要接地, 且不能有悬空。 同时在电路板上要预先确定电源的正负端,便于区分及焊接。正确焊接各芯片个 管脚连接必须查阅各种资料并记录, 以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧 坏,同时确保整个电路的正确性。在焊接完后每块芯片都用万用表检测,看是否 有短接等, 还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了,这样才有利于在调试过程中 检查电路。 4.调试中出现的问题及解决方法 (1)数码管出现乱码现象 在确定 74LS148,74LS48,74LS279 以及数码管芯片无损坏的情况下,考虑到 应该是接线问题,因为是第一次进行焊接,尽管已经很注重排线问题,但还是比 较凌乱。 在花费时间利用万用表将电路连线依次检查一遍之后,发现问题出自将 数码管 a,b 端接反,以及其他小问题比如接线松动之类。 (2)无法消影 由于 74LS48 的芯片问题,导致主持人在按下复位开关之后,数码管无法消 影,在和同学经过讨论之后,另加一开关接地并接线至 74LS48 的 4 引脚即按下 开关后使 BI/RBO=0,强行拉低其输入电压以达到消影功能。 缺点:增加一个开关之后使主持人复位变得麻烦,需要先后按下两个按键。 (3)显示电路不稳定问题 在完成电路的焊接进入调试阶段时发现抢答器数码管显示选手编号不稳定。 主要表现在单选手按下抢答键后数码管显示的不是选手当前号码。 因此着手对电 路进食检查, 首先检查数码管看是否是关节焊接错误,后又检查电路各个芯片管

14

脚接错均未发现问题, 最后发现当触动某按键连线时显示正常由此判断可能是因 为出现了虚焊,遂将电路各焊点又仔细焊接了一遍,此时电路显示正常。 (4)不足 焊接水平不足导致电路稳定性不高,布线比较混乱,这些都有待提高。 总之,通过本次的课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有 理论知识是远远不够的, 只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得 出结论, 才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。并且学到了很多课内 学不到的东西,比如独立思考解决问题,出现差错的随机应变,和与人合作共同 提高,都受益非浅,今后的制作应该更轻松相信今后的制作应该更轻松。

七.参考文献
[1]阎石·数字电子计数基础(第四版)[M]·北京:高等教育出版社 [2]张新喜 许军 王新忠 杨雨迎·Multisim 10 电路仿真及应用[M]·北京:机械工业出版 社 [3]杨志忠·电子技术课程设计 [M]·北京:机械工业出版社 [4]刘宇刚·电子技术基础实验指导书[M]·重庆:重庆大学出版社

八.实物附图

15

图 4.1.1 电路板背面图

16

图 4.1.2 电路板正面图

17


相关文章:
数字式竞赛抢答器
电子技术课程设计 设计题目:数字式竞赛抢答器 专业班级:交通设备信息工程 指导老师:刘子建 设计者:张雷 学号:1102040323 时间:2007 年上学期 电子技术课程设计:数字...
数字式竞赛抢答器
《微机原理与接口技术》课程设计报告 题 目 数字式竞赛抢答器 电控学院 学院(部) 专班业级 学生姓名 学号 12 月 日至 12 月日共周 指导教师(签字) 1 摘要...
数字竞赛式抢答器
电子技术综合设计报告 课程设计题目: 院系: 数字竞赛式抢答器 信息工程学院自动化系 自动化(2)班 专业(班级) :姓年学名: 级: 号: 指导教师: 完成日期: ...
EDA课程设计 数字式竞赛抢答器
数字式竞赛抢答器设计报... 7页 4下载券 EDA_抢答器_课设报告 22页 免费E​D​A​课​程​设​计​ ​数​字​式​竞​赛​抢​...
竞赛式数字抢答器
电子技术综合设计题 目:数字式竞赛抢答器的设计 学专学姓 院: 信息工程学院 业: 建筑电气与智能化 号: 名: 指导教师: 完成日期: 2015 年 6 月 一、课题...
数字式竞赛抢答器的VHDL设计
实验报告实验名称:VHDL 实验 实验日期:2012 年 3 月 7 日学院:信息工程学院 班级:2009 级通信工程一班 姓名:沈晶晶 学号:2009550607 数字式竞赛抢答器的 VHDL ...
六人数字式竞赛抢答器
9 电子技术课程设计报告——六人数字式竞赛抢答器 一.概述 概述 1.内容摘要 内容摘要 智力竞赛是一种生动活泼的教育方式,而抢答就是智力竞赛中非常常见的一种...
数字式竞赛抢答器
数字式竞赛抢答器_电子/电路_工程科技_专业资料。EDA 设计论文 设计题目:两路数字式竞赛抢答器 专业班级:2013 级电气 1 班 姓名学号:申伟良 2013511115 姓名学号:...
数字式竞赛抢答器VHDL
数字系统设计与硬件描述语言 期末考试作业 题目: 学院: 专业: 学号: 姓名: 数字式竞赛抢答器设计 电子信息工程 电子信息工程 一、 选题设计描述 1. 功能介绍此...
数字式竞赛抢答器 数电课程设计报告
数电课程设计报告题 学目:数字式竞赛抢答器 院: 专业班级: 姓学名: 号 指导老师: 2013 年 5 月 20 日 1、设计题目 数字式竞赛抢答器 2、设计要求 1)给...
更多相关标签:
数字式竞赛抢答器设计 | 数字竞赛抢答器 | 竞赛抢答器 | 知识竞赛抢答器 | 智力竞赛抢答器 | 四人智力竞赛抢答器 | 知识竞赛抢答器价格 | 知识竞赛抢答器租赁 |