南 京 晓 庄 学 院
综 合 电 子 设 计 报 告
设计题目：四路数字竞赛抢答器的设计与实现
学生姓名：
学 号：
专 业：电子信息科学与技术
所在院系：物理与电子工程学院
指导教师：
时 间：2012年10月至2012年12月
目录
目录 - 1 -
1、设计目的 - 2 -
2、设计要求 - 2 -
3、设计方案 - 2 -
3.1 总体设计 - 2 -
3.2 系统的硬件电路设计及原理分析 - 3 -
4、 系统单元电路模块功能分析 - 4 -
4.1 抢答模块及主要功能分析 - 4 -
4.3 单稳态触发电路模块主要功能分析 - 6 -
4.4 时基电路模块功能分析 - 6 -
5、 元件清单 - 7 -
设计心得 - 7 -
参考文献 - 8 -
1、设计目的
本设计为四路数字竞赛抢答器，其特点是简单易制，同时可扩展为五路，六路同等原理相同的抢答器，可实现优先抢答，音响提醒和数字显示分数功能，具有制作成本低，线路简单，选材及制作容易等特点，可广泛用于各种智力抢答等娱乐活动中。
2、设计要求
（1）可有四个竞赛组进行抢答。
（2）用七段LED数码显示器显示抢答成功的竞赛组组号。
（3）抢答成功有声音提示，同时开始倒计时，倒计时结束声音提示结束。
（4）当有一组抢答成功，即封锁其余各组的抢答。
（5）自动清零；计时显示。
3、设计方案
3.1 总体设计
本电路主要由四路抢开关、八D锁存器、LED显示声音提示、8~3优先编码器、七段译码器、三输入与非门、振荡器、四位同步可逆计数器，组号显示、倒计时显示等组成，系统原理框图如图3-1所示。 图3-1 四路竞赛抢答器原理框图
3.2 系统的硬件电路设计及原理分析
本电路原理图如图3-2所示，其原理是：当任意一路抢答按钮按下时，八D锁存器74LS373（IC1）工作，与输入端相对应的输入输出为低电平，则LED1~LED4中与输入对应的那路发光二级管（LED）发光指示并发出声音提示。锁存器输出的低电平经8~3八位优先编码器74LS148（IC2）编码输出的A0~A2成为与输入信号相对应的三位二进制码，而8~3八位优先编码器74LS148（IC2）15脚的输出电平由低变高，输入到七段译码驱动器74LS47（IC3）的二进制码在其4脚为高电平时输出的译码信号驱动七段LED数码显示器显示与抢答按钮相对应的那一路数字。另外，8~3八位优先编码器74LS148（IC2）的15脚输出的高电平不仅使IC4-1 10脚输出至IC1 11脚的信号翻转为低电平，从而锁存了八D锁存器74LS373（IC1）的状态；而且还使振荡器NE555（IC6）的3脚输出触发脉冲至四位二进制同步可逆计数器74LS193（IC7）进行减计数，该四位二进制码的信号经由七段译码驱动器74LS47（IC8）显示出来；当倒计时结束时，自动清零，声音提示结束。
图3-2 四路竞赛抢答器原理图
4、 系统单元电路模块功能分析
4.1 抢答模块及主要功能分析
抢答电路如图4-1所示,它主要由锁存器74LS373、8~3优先编码器74LS148等组成。
图4-1 抢答电路
● 锁存器74LS373其主要功能有：
(1) OE :输出使能，低电平有效；
OE=1时，三态门关闭，输出呈高阻状态。
(2) G :赵兰兴数据锁存控制端；
G=1时，锁存器输出端同输入端；
G由‘1’到‘0’时，数据输入锁存器中。
● 8~3优先编码器74LS148其主要功能有：
(1)EI :选通输入端，低电平有效；
(2)GS : 宽展端，低电平有效；
(3)EO ：选通输出端，高电平有效；
(4)A0~A2 :编码输出端，低电平有效；
(5)D0~D7 :编码输入端，低电平有效。
74LS148功能表如表3-1所示：
表3-1 74LS148功能表
EI | D0 | D1 | D2 | D3 | D4 | D5 | D6 | D7 | A2 | A1 | A0 | GS | EO |
1 | X | X | X | X | X | X | X | X | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 |
0 | X | X | X | X | X | X | X | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
0 | X | X | X | X | X | X | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 | 0 | 1北京百泰克 |
0 | X | X | X | X | X | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 0 | 1 |
0 | X | X | 环保手电筒X | X | 0 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 1 | 0 | 1 |
0 | X | X | X | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 0 | 1 |
0 | X | X | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
0 | X | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 |
0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 1 | 0 | 1 |
| | | | | | | | | | | | | |
4.2 倒计时显示模块主要功能分析
倒计时显示电路如图4-2所示：
图4-2 倒计时电路原理图
● 四位二进制同步可逆计数器74LS193其主要功能有：
(1) CPU : 减计数，高电平有效；
(2)CPD ：加计数，高电平有效；
74LS193功能表如表4-2所示：
表4-2 74LS193功能表
清零 | 预置 | 时钟 | 预置数据输入 | 输出 |
RD | LD | CPU | CPD | A | B | C | D | QA | QB | QC | QD |
1 | X | X | X | X | X | X | X | 0 | 0 | 0 | 0 |
0 | 0 | X | X | A | B | C | D | A | B | C | D |
0 | 1 | 上升沿 | 1 | X | X | X | X | 加计数 |
0 | 1 调频音箱 | 1 | 上升沿 | X | X | X | X | 无碳小车减计数 |
| | | | | | | | | | | |
4.3 单稳态触发电路模块主要功能分析
单稳态触发电路如图4-3所示：
图4-3 单稳态触发电路
● 三输入与非门CD4023
构成单稳态的CD4023的两个与非门是由RC耦合的，由于RC电路为微分电路形式，故构成微分型单稳态触发器。
4.4 时基电路模块功能分析
时基电路如图4-4所示：
图4-4 时基电路
● NE555定时器
（1）只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。
（2）它的操作电源范围极大，可与TTL，CMOS等逻辑电路配合，也就是它的输出电平及输入触发电平，均能与这些系列逻辑电路的高、低电平匹配。
（3）其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。
（4）它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。
NE555功能表如表4-4所示：
表4-4 NE555功能表
输入 | 输出 |
阈值输入 （6脚） | 触发输入 （2脚） | 复位 （4脚） | 输出 （3脚） | 放电管T （7脚） |
X | X | 0 | 0 | 导通 |
< 2/3 Vcc | < 1/3 Vcc | 1 | 1 | 截止 |
> 2/3 Vcc | > 1/3 Vcc | 1 | 0 | 导通 |
< 2/3 Vcc | > 1/3 Vcc | 1电磁感应采暖炉 | 不变 | 不变 |
| | | | |
5、 元件清单
本电路主要参考元件如表5-1所示：
表5-1 电路参考元件
设计心得
综合课程设计是对四年来所学知识的一个总结，也是对我们的一个考验。通过综合课程设计可以提高我们的动手能力，我们可以从中学到不少有用的东西。
这次综合设计的课题是四位竞赛抢答电路，在设计时首先是要画出原理框图，在框图的基础上画出整体的原理图，在确定了原理图之后再在面包板上进行调试。在调试过程中也遇到了不少的问题，不过经过我们的努力还是顺利完成了。
通过为期两个月的综合电子设计，使我们的基础理论知识和专业知识均得到了切实的巩固，同时提高了我们独立思考问题和分析解决问题的能力。
在理论知识方面，我们把四年来所学的专业知识进行了进一步的强化和巩固。另外通过大量的查阅资料，增强了自已的能力，拓宽了知识面。
在实践方面，利用学校给我们创造的有利条件，自已动手，安装电路，并调试成功。
参考文献
[1].杨碧石.《 模拟电子技术基础》. 北京:电子工业出版社,2006.01
[2].唐华光.《电子技术基础》.北京：高等教育出版社，1987.08
[3].赵淑范、王宪伟.《电子技术实验与课程设计》. 北京:清华大学出版社,2006.08
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