1、 編號： 電子技術課程設計報告書課 題： 數字式競賽搶答器 院 （系）： 機電工程學院 專 業： 電氣工程及其自動化 學生姓名： 閆奧博 學 號： 1200120334 題目類型：理論研究 實驗研究 工程設計 工程技術研究 軟件開發 2014 年 12 月 28 日前 言一、數字競賽搶答器的主要內容1.1任務要求和內容 數字式競賽搶答器具有數字顯示搶答者序號功能同時配以聲、光報警，以響應搶先搶答者的信號和序號，對犯規搶答者(包括提前和超前搶答)除聲、光報警外，還有顯示搶答犯規者序號的功能，同時還可以設置記分和獎罰記錄等多種功能。在本次設計過程中，只有主持人按下開始按鈕以后，選手才能進行搶答，所

2、以在本次設計中杜絕了出現超前搶答的情況，故犯規電路就無設計。1.2數字競賽搶答器的使用步驟為：(1)搶答前電路上電，由搶答主持人進行系統復位，搶答時間為07秒。(2)主持人按下開始按鈕開始搶答，同時定時器開始倒計時。(3)搶答者聽到搶答開始命令后，通過各自的按鈕開關輸入搶答信號。(4)主持人對搶答成功者回答問題正確否進行加減分。二、資料收集2.1 芯片資料的收集此次課設中用到了74HC573、74LS148、74LS192、74LS48，NE555定時器、74LS00、74LS274、74LS04、4511等芯片。有些芯片在數電課程中學習過，其余的芯片都是在網上學習的。2.2 數字競賽搶答器的

3、資料根據題目的要求我們在數電等相關書籍上找了各個芯片的使用方法，并在網絡上也找到了一些相關的資料來在PROTEUS仿真軟件中繪圖并仿真，最后用DXP 2004繪制原理圖和PCB圖。三、工作過程簡介選好題目以后根據題目要求進行一個總體的四路設計，分有四大模塊，搶答模塊、定時模塊、脈沖模塊、成績輸入模塊。接下來就是在網絡上查找相關芯片的資料，查看它們的真值表、邏輯圖等，然后在PROTEUS仿真軟件中繪圖并仿真。仿真沒有問題以后用DXP 2004繪制原理圖和PCB圖。將打印好的電路圖轉印打銅板上，進行腐蝕、打孔、焊接元器件，最后進行電路板調試 。在調試過程中沒有達到預期的效果，后面發現仿真和實物有差

4、別，實物連最基本的功能都沒有實現，最后經仿真的每一塊芯片在面包板上進行測試驗證，有些芯片和仿真有出入，后面逐一排查，最終調試成功。目 錄1 系統概述11.1 數字式競賽搶答器基本功能11.2 搶答器的工作過程22 單元電路設計方真和分析22.1 搶答模塊22.2 脈沖模塊32.2.1 定時模塊32.2.2成績輸入模塊53 總體電路圖64 電路的調試與安裝65 結束語和心得體會76 參考文獻77 原件清單8附錄19附錄211附錄3121 系統概述1.1 數字式競賽搶答器基本功能：（1）設計一個數字式競賽搶答器，可容納8組代表隊參加比賽，他們的編號分別是1-8，每組有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手

5、的編號相對應，分別是S1-S8。給節目主持人設置兩個控制開關，用來進行電路復位和開始按鈕。（2）搶答器具有數據鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數碼管上顯示出選手的編號。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。同時定時器停止，優先搶答成功者的編號一直顯示，直至主持人按下復位才清零。（3）搶答器具有定時搶答的功能。當主持人按下“開始”按鈕后，定時器立即倒計時，并在顯示器上顯示。若主持人未按下“開始”，則選手無法搶答，所以沒有超前搶答的可能性出現。（3）參賽選手在設定的時間內搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主

6、持人將系統清零為止。如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答，則本次搶答無效，系統封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。系統框圖如圖1-1所示：圖1-1 系統框圖1.2搶答器的工作過程根據對功能要求的簡要分析，將搶答器電路分為搶答模塊、定時模塊、脈沖模塊、成績輸入模塊。搶答模塊完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答器按鈕時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答，成績輸入模塊來輸入選手的成績。工作原理：上電后，主持人將按下“復位”按鈕，搶答器處于禁止狀態，顯示編號數碼管處于滅燈狀態，定時器顯示設定時間，主持人按下“開始”狀按鈕，開始搶答。若是主持人沒有按下“開始”按鈕，此時

7、選手無法搶答，當定時時間到，卻沒有選手搶答時，封鎖輸入電路，禁止選手超時搶答。選手在定時時間內搶答時，搶答器完成：優先判斷，編號鎖存，編號顯示，燈光顯示。當一輪搶答之后，定時器停止，禁止二次搶答，定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作“復位”和“開始”按鈕，對于搶答者，答對題則可以進行相應的加分，答錯則扣掉相應的分值。2 單元電路設計方真和分析2.1 搶答模塊該部分主要完成三個功能：一是分辨選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。三是顯示燈光報警。選用優先編碼器74LS148、74HC573鎖存器和74LS247譯碼器可以完

8、成上述功能，所組成的電路圖如下所示。這個電路的工作原理過程：當主持人控制復位按鈕RES以后，74LS74觸發器的2端和6端顯示高電平，以至搶答按鈕的公共端變成高電平，選手無法搶答。當按下開始按鈕以后74LS74觸發器的2端和6端顯示低電平。例如3號選手搶答成功，別優先編碼器74LS148識別，74LS148的GS端變低電平，使74HC573鎖存器的LE端變成低電平，鎖存器鎖住，其他選手無法搶答，再經過74LS247譯碼器通過數碼管顯示出來。搶答模塊原理圖如圖2-1所示：圖2-1 搶答模塊2.2 脈沖模塊由555組成的單穩態觸發器的電路圖如圖2-2所示. 將555定時器的6號腳和7號腳接在一起，

9、并添加一個電容和一個電阻，就可以構成單穩態觸發器。電容接在電源與6號腳之間，電阻接在7號腳和地之間。這個單穩態觸發器是負脈沖觸發的。穩態時，這個單穩態觸發器輸出低電平。暫穩態時，這個觸發器輸出高電平。5號腳懸空時，輸出脈沖寬度為。5號腳接控制電壓時，輸出脈沖寬度為。 圖2-2 脈沖模塊2.3 定時模塊定時模塊只要有兩塊74LS192和4511芯片組成，74LS192是同步十進制可逆計數器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數等功能，其引腳排列及邏輯符號如圖2-3所示：圖2-3 74LS192的引腳排列及邏輯符號（a）引腳排列(b) 邏輯符號圖中：為置數端，為加計數端，為減計數端，為非同步進位輸出

10、端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數據輸出端。74LS192功能表如下表2-4所示：表2-4 其功能表如下輸入輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba定時模塊電路圖如圖2-5所示圖2-5 定時模塊2.4 成績輸入模塊成績輸入電路由74LS00與非門、74LS192集成計數器、4511譯碼器以及數碼管數碼管構成，在成績輸入電路中最大的難點是消抖，消抖原理如圖2-6所示、成績輸入模塊如圖2-7所示。圖2-6 基本SR鎖存器構成機械開關消抖電路圖2-7 成績輸入模塊3 總體電路圖經過以上分析，我們將各部分電路

11、連接，并加以適當控制，即得到了八位定時搶答器的總體電路圖。工作原理如下：首先是各個選手分別對應的按鈕編號是S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8，搶答后顯示器上顯示的分別是1、2、3、4、5、6、7、8。 然后是主持人對整個電路系統清零，按下“復位”按鈕，74LS74觸發器的2端和6端顯示高電平，搶答按鈕的公共端為高電平；一路使NE555的4端變成低電平使脈沖脈沖模塊不工作，當住持人按下“開始”按鈕74LS74觸發器的2端和6端顯示低電平，搶答按鈕的公共端為高電平；一路使NE555的4端變成高電平使脈沖脈沖模塊工作，定時器開始工作，NE555的3端給74LS192的4端脈沖，定時器開始

12、倒計時。當任意一個選手搶答時，例如3號搶答時，74LS148三號端子輸入低電平有效，此時GS為低電平有效，表征編碼器在正常工作，并且是74HC573 的LE端口變成低電平使其鎖存。編碼輸出A2A1A0為100，與其對應的74LS74的ABC為100，則輸出口QA到QG為00001100，在數碼管顯示編號為3。與此同時，74HC573的LE端口所輸出的低電平反饋回脈沖模塊，使其停止工作。此時，使得無脈沖抵達計數器74LS192的Down端。計數器停止工作，保持原來顯示不變，即實現了暫停減計數使其記錄搶答時間的功能。同時也74HC573鎖存使其他選手若再按動按鈕也無對應輸出，這就保證了搶答者優先性

13、以及搶答電路的準確性。若沒有選手按動按鈕，則74LS74的2端輸出全為高電平，74LS74鎖存搶答這不能進行搶答，十位74LS192的借位輸出端輸出高電平反饋回個位Down端，停止計數。若是主持人按下“復位”按鈕以后，還未開始搶答，所有選手不能搶答。對于搶答成功者，主持人可以通過按鍵控制給搶答并回答正確者加分，同時也可以給提前搶答或是搶答回答錯的給予相應的扣分。綜上所述，所設計的電路基本可以實現要求中的功能。（總體連接電路原理圖見附錄）4 電路的調試與安裝（1）在調試搶答模塊時，發現無法搶答，連最基本的功能都不能實現，74LS74的2端不能給搶答按鈕的公共端輸出一個低電平。解決方法：經調試以后

14、發現是電路對74LS74的2端產生影響，最后將搶答器部分做成一個模塊電路板。（2）調試過程中發現倒計時跳動的速度很快。解決方法; 在NESS的3號引腳加上一個上拉電阻（3）調試成績輸入電路時，發現按鍵有抖動現象，致使計分時按一次鍵分值變化好幾次。解決方法：在按鍵輸出口加兩個與非門組成鎖存器對按鍵進行消抖，以達到機械消抖。5 結束語和心得體會在經過了兩周的學習和設計仿真搶答器的電路圖，我學到了很多東西，主要是對數字電路的基礎理論知識的復習和鞏固，對以前學的理論有一次實踐的機會，更深入的理解了理論聯系實際的重要性。首先，在理論方面，我深刻體會到了數字電路設計的原理。1、脈沖信號的控制。可以用與門實

15、現脈沖信號的控制，在某個時候封鎖脈沖只需要找到這個時候之前為高電平，這個時候之后為低電平信號，然后將之與脈沖相與，便可以得到在特定時刻的以后出現的脈沖信號。其次，在數字電路的設計中，電路中的紋波對數字電路的影響是致命的，理論上是可以行的通的，但是到了實際的電路中往往不可行，這常常與我們的電路設計過程中的布線有關，其中地線、電源線、信號線的走向有著非常特殊的關系，在設計過程中需要對這些方面著重注意，設計的不合理，會導致設計的失敗。電源的濾波也是數字電路中必須的，通常沒有濾波的紋波的干擾會很大，但選擇濾波電容的同時也得注意要合適，否則會適得其反，引起電路的自激震蕩。在選擇電容的時候我們往往是根據經驗來選擇，實際效果也不錯，這就需要我們在實踐中不斷的積累經驗。理論聯系實踐。課本上的知識知識只是我們掌握一門技術的必要條件而不是充分條件，如果這些脫離了實際，便沒有了意義。在這個過程中必須要講理論聯系實際，在實踐中學習，校驗，鞏固，應用這些知識，這樣才能學以致用。6 參考文獻1及力. DXP2004SP2實用設計教程(第2版）M.北京：電子工業出版社，2013.68-105 2康華光.電子技術基礎 數電部分M.北京：高等教育出版社，2006.103-1593陳名義.電子技術課程設計實用教程(第3版)M.長沙，中南大學大學出版社，2010.