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1、课 程 设 计 任 务 书题 目 智力竞赛抢答器设计 系 (部) 信息工程系 专 业 自动化 班 级 自动化072 学生姓名 学 号 070817215 6 月 15 日至 6 月 19 日 共 1 周指导教师(签字) 系 主 任(签字) 2009年 6月5日一、设计内容及要求设计内容：（1）四组参赛者在进行抢答时（用4组彩灯代表），当抢先者按下面前的按钮时，抢答器能准确地判断出抢先者，并以声、光为标志。要求声响、光亮时间为9秒后自动熄灭。（2）抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。（3）抢答器应具有限时（抢答时、回答问题时）功能。限时档次分别为30秒、60秒、90秒；时
2、间到时应发出声响。同时，时间数据要用数码管显示出来。（4）抢答者犯规或违章时，应自动发出警告信号，以提示灯光闪为标志。（5）系统应具有一个总复位开关。要求：对设计中所用的电子元器件完成选型，进行原理图设计，对性能指标进行计算分析。使用相应软件例如PROTELL99绘制相应的电路原理图，并进一步对电路仿真。二、设计原始资料本课程设计的核心为抢答模块，其由四个触发器组成。抢答模块的功能是互锁。主要元件D触发器、分频电路、多谐振荡器、CP时钟脉冲源。三、设计完成后提交的文件和图表1计算说明书部分电路原理图中元件的参数计算，电压、电流的计算。2图纸部分：电路原理图的设计，仿真结果四、进程安排教学内容学
3、时地点备注集中学习1天教室资料查阅与学习，讨论1天图书馆、实验室分散设计2天实验室成果验收1天实验室五、主要参考资料1.模拟电子技术基础华成英，高等教育出版社2.protel电路设计指南王彦平等，清华大学出版社3. 阎石，数字电子技术基础，高等教育出版社20034. 康华光，电子技术基础（数字部分），高等教育出版社2004成 绩 评 定 表姓 名周开华学号070817215设计题目智能竞赛抢答器 设计要求 （1）四组参赛者在进行抢答时（用4组彩灯代表），当抢先者按下面前的按钮时，抢答器能准确地判断出抢先者，并以声、光为标志。要求声响、光亮时间为9秒后自动熄灭。（2）抢答器应具有互锁功能，某组抢
4、答后能自动封锁其他各组进行抢答。（3）抢答器应具有限时（抢答时、回答问题时）功能。限时档次分别为30秒、60秒；时间到时应发出声响。同时，时间数据要用数码管显示出来。（4）抢答者犯规或违章时，应自动发出警告信号，以提示灯光闪为标志。（5）系统应具有一个总复位开关。要求：对设计中所用的电子元器件完成选型，进行原理图设计，对性能指标进行计算分析。使用相应软件例如PROTELL99绘制相应的电路原理图，并进一步对电路仿真。教师评语成绩 目录1、 课程设计任务书22、 成绩评定表53、 摘要84、 论文 1、智能抢答器的设计9 2、设计体会12 3、今后的修改意见13四、参考文献13摘要智能抢答器智能
5、抢答器的设计主要分为两个部分：抢答器和计时器。抢答器的互锁功能可以用D触发器和或非门来实现。四个选手抢答时，若抢答成功，则抢答成功者面前的二极管灯变亮（四个选手面前的灯亮时的颜色各不相同），蜂鸣器发出响声；若抢答违规，则灯泡会变亮，以示警告。计时器主要由计数器和译码显示器构成。9s计时器可以用一个计数器74LS160来实现，而30s、60s、90s计时器则需要利用两片计数器串联来实现。30s、60s、90s计时器的连接方法相似，都是利用使能控制输入端EP、ET来控制计时的时间长短。由于计数器的输出端和显示器的输入端均为四管脚，故无需外加译码器，进行码制转换。 关键词：触发器 或非门 计数器 串
6、联论文一、智能竞赛抢答器的设计智能竞赛抢答器的设计，按照设计的要求，可以分为两个部分来设计和完成：抢答部分和计时部分。抢答部分是智能竞赛抢答器的主要部分。如图1.1所示，O为总复位开关，A、B、C、D四个开关分别为四个选手的抢答按钮，开关1为主持人发布抢答命令开始按钮。 图1.1当总复位开关合上后，若主持人没有合上开关，选手却合上了开关，即抢答打了。设其中一个选手抢答了，则或门U13的输入端存在高电平，从而输出端为高电平。由于主持人没有合上开关，与非门U9A的输入端为低电平，故输出端为高电平。即U35与门的输入端均为高电平，从而输出端也为高电平，电灯泡变亮，以示警告。即实现了设计内容及要求（4
7、），抢答者犯规或违章时，应自动发出警告信号，以提示灯光闪为标志。若主持人合上开关后，选手A最先按下按钮，则D触发器U10的输入端D为高电平，输出端Q为高电平。 图1.2由于A合上了开关，从而或门U13输出高电平，又由于主持人合上了开关，故U36与门的输入端均为高电平，从而输出高电平，进而U8计数器74LS160的预置数端和置零端均无效计数器开始从零计数，当计数计到9时，与非门U12 的输入端均为高电平，从而输出低电平。U12输出的低电平作用于计数器的使能控制开关EP、ET，计数停止。在计数的过程中，由于计数器与译码显示器相连，故计数器每计数一次，显示器就加以，从19，9秒后，计时停止。在计时过
8、程中，与非门U12始终输出高电平；由于U10也输出高电平，从而与门U19的输入端均为高电平，蜂鸣器发出响声，发光二极管发出发出蓝色光。9秒时间到了之后，与非门U12输出低电平，从而U10输出低电平，蜂鸣器不响，发光二极管熄灭。选手A按下按钮后，D触发器U10的输出端Q输出高电平，而Q分别为或非门U2、U3、U4的输入端，从而或非门U2、U3、U4的输出端均为为低电平，D触发器U5、U6、U7均被置零，此时选手B、C、D不论谁再按下按钮，都不起作用，即不能使他们面前的蜂鸣器发出响声，发光二极管变亮，这样就实现了互锁功能。从而，实现了设计内容及要求（1)、（2）。选手B、C、D抢答成功时的原理和选
9、手A抢答成功时的原理相同。抢答部分设计完成以后就是计时部分的设计了。计时部分的设计可用两片计数器74LS160的串联来实现。如图1.3所示，将两片计时器的四个输入端和地相连，输出端和译码显示器相连，计时器U14的进位输出端连在U15的使能控制端。当计时器U14从1计数到9时，计数器U15不工作，当计数器U14计数计到10时，U14的进位输出端变为高电平，U15计数一次。U14每进位一次，U15就计数一次。当U15计数到3时，与非门U18的输入端均为高电平，从而输出 图1.3低电平，U14的使能控制端均无效，计数器停止工作。这样，就实现了30进制的计数器的连接。由于计数器和译码显示器相连，计数器
10、每计数一次，显示器显示的数就加一。当输入时钟脉冲信号源为秒脉冲时，就实现了30秒计时的功能。60秒计时器和90秒计时器的设计原理和30秒计时器的设计原理相似，只需将第二片计时器的输出端的QA、QB分别改为QB、QC和QA、QD与与非门相连即可。再加上一个单刀四掷开关，即可实现计时时限的选择。 二、设计体会 这次课程设计的体会颇多，各种各样的感触都有。设计前的不知所措、茫然，设计过程中的着急和烦恼，设计结果出来后的激动与喜悦，构成了这次课程设计的心理变化图。刚一拿到课程设计任务书，真不知道从何下手，就先将从老师那儿下下来的制图软件安上，先熟悉一下软件的环境。Protel99了解了一下，感觉元器件
11、的查找和使用特不方便，就又试了试MULTISIMN,感觉使用起来挺方便的。第一天就这样过去了。第二天，找了一些参考资料书看了看，试着将人家的设计电路图用MULTISIMN做出来，看能否实现。结果，第二天就为了找两个元件而过去了，D触发器和喇叭。最后，D触发器倒是找着了，而喇叭到现在也没找到，只好按老师说的那样，用蜂鸣器来代替。第二天是这五天中最郁闷的一天。这主要是对软件的不熟悉造成的。在通过对MULTISIMN8.0的熟悉和使用的过程中，开始逐渐懂得了向他人学习的重要性了。在生活中也一样，有很多我们不熟悉不了解的东西，我们可以向周围的人请教，如在学校我们可以向老师和同学们请教，我们也可以向书本
12、学习，还可以到的网上去搜索。但别人的东西终究是别人的，要把它吸收了，理解了，再灵活运用，进行加工改造，才能成为自己的东西，否则只不过是一件复制的赝品而已。翻了很多资料书，也在网上下了不少电路图，在MULTISIMN中做出来后，要么就根本运行不出结果来，要么就跟自己的设计要求大相径庭。为了设计出符合设计要求的电路图，只好一点一点的去理解人家的设计思路，而不再是抄袭人家的电路图，再结合自己的设计要求，将设计原理图画出来。设计的思想和原理有了，并不代表就能将它实现，因为理论和现实总是存在差别的。在设计30进制的触发器的时候，我用异步置零法来实现，但运行起来怎么也得不到三十进制，而是十进制。我翻了翻数
13、电课本，感觉没错，但就是运行不出自己想要的接过来。将课本上的连接图用MULTISIMN画出来，也不能运行出来，后来自己又静下来想了想，极有可能是第二片计数器的QA从1变为0，QB从0变为1时，QB已变为1了，而QA还没来得及变为0时就要已经作用于与非门了。因此，只要将QA延时一定时间就可以了。但具体延时多长时间，怎么延时，就显得比较复杂了。考虑到这些，只好另想办法了。最终，通过对使能控制端的作用，将三十进制计数器设计出来了，而不是先前的通过置零输入端来控制。经过五天的努力，通过团队的协作，终于将智能竞赛抢答器给设计出来了，当时的那种快感、成就感，是无法用语言来表达的，因为我们是一路从酸甜苦辣中走过来的。 三、今后的修改意见对于这个电路，其各方面的功能还可以进一步完善，正如胡老师说的一样，若选手抢答违规了，我能不能知道是谁抢答违规了呢？对于这个问题，我们可以将每个选手的抢答按钮后面连上一个灯泡即可解决。还有，9秒计时，我能不能倒计时呢？对于这个问题，可以用计数器74LS190来代替74LS160，将74LS190的脉冲输入端UP置1，UD输入秒脉冲即可实现。总之，该抢答器各方面的功能和性能还可以进一步完善。参考文献 1.protel电路设计指南王彦平等，清华大学出版社 2.数字电子技术基础 阎石， 高等教育出版社2003 3.数字电路与逻辑设计 许莉娅，北京理工大学出版社 13