课 程 设 计
课程名称 数电课程设计 题目名称 四人智力抢答器 学生学院 物理与光电工程学院 专业班级 学 号 学生姓名 指导教师
2011 年 5月 13 日
目录
1设计题目·················································3
2设计任务和要求···········································3
3电路工作原理·············································4
4智力抢答器框架图·······································4
5单元电路设计参数计算及元件选择···························5 5.1以锁存器为中心的编码电路······························5 5.2脉冲产生电路··········································6
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5.3倒计时显示电路········································7 5.4音响电路··············································8
6 元件列表················································9
7 总结·················································10
8附录····················································11
9参考文献················································12
数字电子技术基础课程设计报告
一 设计题目
四人智力竞赛抢答器 二 设计任务和要求 （1）设计任务
设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。 用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器连续响1秒。选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器响1秒，倒计时停止。 （2）设计要求
(1)4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。
(2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。
(3)抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
(4)抢答器具有定时（9秒）抢答的功能。当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响，音响持续1秒。参赛选手在设定时间（9秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，音响持续1秒，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。
(5)如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警（音响持续1秒），并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。
三 电路工作原理
电路由脉冲产生电路，锁存电路，编码及译码显示电路，倒计时电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经4线7段译码器将数字显示在显示器上同时音响产生。主持人开始时，倒计时电路启动由9计到0，如有选手抢答，倒计时停止。
四 智力竞赛抢答器系统框图
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本次抢答器的系统框架如下图所示
五
（1）以锁存器为中心的编码电路
采用的元件为74LS175和74LS148，真值表如下
锁存器输出 编码器输出 Q4 0 0 0 1 Q3 0 0 1 0 Q2 0 1 0 0 Q1 1 0 0 0 D 0 0 0 0 C 0 0 0 1 B 0 1 1 0 A 1 0 1 0
抢答信号的锁存可通过D触发器的输出相“与”反馈门控触发脉冲实现，
3
当无人抢答时，4个D触发器的输出Q非相与，为“1”时，脉冲能够进入触发器，有一人抢答时，与门中有一个变为“0”，使脉冲不能进入触发器，从而防止其他人抢答。
（2）脉冲产生电路
方案一 由555定时器构成的多谐振荡器构成 方案二 采用石英晶体振荡器
方案比较 石英晶体振荡器具有时间准确，计时稳定的特点，适合于高准确率的电路，但需要使用集成电路进行分频，实现起来比较麻烦，和石英晶体振荡器相比，555定时器构成的多谐振荡器虽然精确率没有那么好，但可通过调节电阻和电容，直接实现1S的方波，具有方便使用的特点，所以本次设计脉冲产生电路是由555定时器构成的多谐振荡器构成
该电路由555定时器构成的多谐振荡器该电路是由555定时器构成的多谐振荡器，使其产生周期为1S的方波作为触发器和计数器的CP脉冲。
有关数据的计算 T=（R1+2R2）Cln2取R1= 22KΩ，R=25KΩC=20nf电路如下图
555定时器构成的多谐振荡器产生的波形图如下
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（3）倒计时显示电路
该电路采用十进制同步减计数器74LS190，主持人宣布开始时，按下按钮，同时使计数器置数为“9”，并在作用下开始倒计时并在显示器上显示，到零停止
电路图如下
如图，倒计时脉冲由主持人 选手 进位输出共同控制，当主持人宣布开始时，倒计时开始工作，当有选手抢答或者倒计时为0时，计时器停止计时，同时数码管显示停止计时时刻的数字。当抢答结束后，主持人可通过清零使数码管复位
5
（4）音响电路
由MONOSTABLE和蜂鸣器构成，受选手抢答结果和计时器结果共同控制 元件数值的计算T=0.69RC取R=15KΩ，C=100nf电路如下图所示
如上图，输入端由主持人 选手 计时器共同控制，当主持人宣布抢答开始、选手抢答、计时器为0时，蜂鸣器都响铃1S
六 元件列表 元件 开关 数码管 芯片 TTL 电阻 电容 蜂鸣器
型号 74LS175 74LS148 74LS190 555-VIRTUAL MONOSTABLE 74LS11 7400 7404 7440 22 kΩ 25 kΩ 15kΩ 10nF 100nF 数量 5 2 1 1 1 1 1 2 1 4 1 1 1 1 2 1 1 6
七 总结
本次课程设计从总体来说是成功的，达到了设计的最初要求，各个设计出的电路都能正常工作，本次设计具有设计电路简单，功能实现容易的特点，但同时也存在着缺点，如选手开关抢答后要手动清零，比较繁琐，有待改进。这点，在以后的设计中仍然需要继续改进，设计出更好的电路来。
这次课程设计，通过四人抢答器的设计，加深了我对数电有关知识的了解，还进一步熟悉了有关的芯片，可以说是收益匪浅，在这次设计中，遇到了不少问题，但能通过问同学，查找书本知识，上网寻找资料等方式成功地解决问题，不但锻炼了自己处理问题的能力，还提高了自己对知识的认知能力，四人抢答器，作为一个实用性很强的仪器，通过这次自己亲身的设计，让我体会到了拥有知识的力量和快乐
附带：完整电路图
如图为总电路，锁存电路74LS175的脉冲是由3部分控制的，分别是74LS175的输出Q，555产生的脉冲和计数器的输出，当有一个人抢答或计数器计到零时，都将封锁脉冲，此时不能再抢答。音响电路则由主持人，计数器及抢答选手控制，当主持人按下开关宣布开始，有选手抢答和计数器计到“0”时，都会给monostable输入一个上升沿或下降沿，从而使monostable产生一个时间为1秒的脉冲是蜂鸣器发出声响。
参考文献：
数字电子技术基础（第五版） 阎石 高等教育出版社 Multisim电路与电子技术仿真实验 广东工业大学实验中心
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电工电子技术实验 蒋力立 周誊昌 高等教育出版社 数字集成电路应用300例 黄继昌 人民邮电出版社 数字集成电路应用精辟 肖景和 人民邮电出版社
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