数电课程设计__智力抢答器.doc

电气工程学院 数字电子电路课程设计报告书 姓 名： 班 级： 通信工程三班 学 号： 完成日期： 2010 - 7 - 3 目 录 一、设计题目 1 二、设计任务 1 1、选题意义 1 2、设计目标 1 3、设计要求 1 三、程序设计与实现 1 1、程序结构 1 2、抢答电路的设计 2 3、倒计时电路的设计 4 4、声响电路的设计 5 5、总电路的设计 6 四、设计难点与解决方法 7 五、设计不足之处 7 六、收获与体会 8 附录1：程序使用说明 8 附录2：文献参考 8 附录3：总电路设计图 9 一、设计题目 智力竞赛抢答器 二、设计任务 1、选题意义 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，那么也就必然离不开抢答器。本抢答器通过十分巧妙的设计仅用数字芯片便实现了数显抢答的功能，与其他抢答器电路相比较有分辨时间极短、结构清晰、成本低、制作方便等优点。本抢答器采用了数字显示器直接指示剩余时间，自动锁存显示结果的设计思想，因而本抢答器具有显示直观，不需要人干预的特点，而且在显示时抢答器会发出声响使效果更为生动。 2、设计目标 五路抢答器要具有主持人控制的功能，同时在抢答控制中将五个抢答输入端与D触发器的输入端相接，在高电平时钟信号的触发下实现最先抢答者优先通过，并在有人抢答后立刻屏蔽时钟信号，是较晚的时钟信号无效。此时，喇叭鸣响2秒，表示有人抢答成功。同时，倒计时电路启动，开始进行10秒回答倒计时，倒计时结束启动鸣响电路，使喇叭鸣响2秒，提示回答超时。在回答过程中，一旦抢答者回答完毕主持人可以按动按键是倒计时结束，同时取消喇叭鸣响。另外，主持人还具有在任意时间停止抢答的功能。 3、设计要求 ①五人参赛每人一个按钮，主持人一个按钮， 按下就开始； ②每人一个发光二极管，抢中者灯亮； ③有人抢答时，喇叭响； ④答题时限为10秒钟，从有人抢答开始，用数码管倒计时间，0、9、8…1、0；倒计时到0的时候，喇叭发出两秒声响。 三、程序设计与实现 1、程序结构 根据系统功能要求，须设计有抢答电路、译码显示电路、主持人控制电路、定时电路、响铃电路，各个电路都有其自己的功能。通过主持人控制按键，电路进入就绪状态，等待抢答。按下五个按键，程序就会判断是谁先按下的，然后从五个发光二极管输出抢答功能，同时开始回答计时。如果在设定的时间里没有完成问题的回答，一到时间，则产生报警信号表示已经超时。当要进行下一次抢答时，有主持人先打开开关，再闭合，即可实现电路复位，进入下一次抢答的就绪状态。 根据系统的要求，可以得到系统的框图如下： 2、抢答电路的设计 抢答电路采用D触发器7474作为核心芯片，由一片触发器组成矩形发生器，发出频率为10KHZ，最大幅度为6V的脉冲信号作为D触发器的时钟脉冲。在D触发器的输入端，根据五个按键的状态决定D端得状态。当有一个D触发器的输入端为高电平时，就在时钟信号的作用下将状态传递到Q端。此时，与Q端相连接的发光二极管将Q端得状态显示出来。同时与Q端相连接门电路根据五个Q端的状态判断是否对脉冲信号进行屏蔽。即只要有一个Q端得状态是高电平，则通过组合逻辑使输入脉冲被禁止。从而实现了在有人抢答的第一时间显示出抢答状态，并对当前状态进行保存，防止其他人的抢答对当前状态的影响。另外，将主持人的开关与7474芯片的CLR端相连接，实现主持人对电路的可控性。当CLR信号有效时，实现对电路的清零;当CLR信号无效时，即开关闭合时候，允许进行抢答。 根据设计原理，使用multisim绘制电路图如下： 使用multisim对上面的电路进行仿真，结果如下： ①按下主持人按键，在无人抢答的时候，发光二极管不发生任何变化； ②若主持人按键未按下，按动选手抢答开关，发光二极管状态不发生变化； ③当按下主持人按键后，再按选手抢答按键，则相应的发光二极管发光； ④当有一个选手抢中时，再按其他选手的按键，发光二极管组的状态不变，即实现了对最先抢答的判断； ⑤在二极管发光后，断开主持人开关，发光的二极管熄灭，即实现了主持人对抢答的重置和控制。 3、倒计时电路的设计 为实现有人抢答后，系统开始10秒回答问题期限的倒计时，必须给出相应的倒计时电路。其基本框图如下： 使用74LS190芯片的减一计数功能来实现时间的递减计数，并通过一个七段数码管来显示芯片的输出状态。为使显示数字在计数结束后停止继续计数，应该在计数结束后对74LS190的输出进行锁存。使用两片74LS160芯片，实现当两片74LS160组成的计数电路计数到达10时，即74LS190倒数计数达到0时，对74LS190的输入时钟信号进行屏蔽，从而使74LS190芯片不再进行倒数计数。 具体方法如下： ①当两片74LS160组成的计