1、1设计题目： 智力竞赛电子抢答器设计要求及技术指标:1、抢答器电路分为抢答电路设计和必答电路设计。2、抢答电路设计具体要求： （1）抢答组数分为四组，序号为14。（2）优先判断与指示电路设计。（3）主持人清除上次抢答结果的电路设计。（4）主持人给选手打分电路与选手得分累计显示电路设计。3、必答电路设计具体要求：（1）30秒必答倒计时电路设计。（2）超时短暂报警。第 1 章 电路设计简介1 原理电路设计：1.1 电路总体工作框图四路选手抢搭按钮四路锁存抢答电路开关计时电路 数码管显示555 定时器主持人按钮声音警示电路选手积分电路图 1：课程设计的总体框图2整个电路框图如上图所示，主要可分为三个
2、部分，第一部分为四路选手抢搭电路，这部分电路主要采用了四个 74LS595来实现四位选手仅选可选通一路的功能实现，并结合使用多个四路与非门(即 74LS10)来实现其对计时电路的控制。第二部分为计时电路，其通过两个级联的 74LS161与 555定时器来实现计时功能，并通过其对于声音警示电路控制。第三部分为选手计分电路，需用了可加可减的 74LS192来实现对于选手的加减积分功能。整个电路在学校提供的开发板上，其中所需使用的 LED灯、按钮按照开发板作相应的调整。第 2 章 硬件电路的组成1 电路工作原理当第一位选手按下按钮，74LS373 锁存器构成的选通电路就会将低电平传至二极管 led
3、的负极，此时若有其他选手再按下按钮，其会导致 74LS373 处于锁存数据状态，从而使已经亮的小灯不会受到其他选手按钮的影响，另一方面已经选通一路会通过锁存器阻止其他路数据的传入。另一方面四位按钮通过控制 74LS161 来实现对计时电路的控制，以使得当有选手按下按钮时计时才开始。计时电路由两个异步清零的模十计数器构成，对其清零通过对于其清零端与使能端置低电平完成，而两位已内置好 74LS48 的数码管通过与 74LS161 的输出管脚来实现时间的显示。因为电路要求 30 秒计时，所以使用计时十位的74LS161 的低两位作为是否到达 30s 的判断信号，当 Q1、Q0 均为 1 的时候就是到
4、达 30s，此时通过与非门输出来控制扬声器以及停止计时。选手计分电路通过使用可加可减的 74LS192 来完成，当其 5 管脚为上升沿是，其数值加一；而当 4 管脚为上升沿时，其数值减一。而上升的产生则通过使用电源、地与一个按钮完成。选手分数的显示通过使 74LS192 的输出管脚与已内置好 74LS48 的数码管相连来完成。总体电路的设计思路如上，后期搭建电路过程中依据实际情况做了小幅调整，当整体思路未变。1.1 总体电路原理图如下:3图 2：电路工作原理图2 单元电路设计及芯片简介2.1 抢答器控制电路设计抢答器控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：（1）当参赛选手按动抢答键时
5、，灯泡发光，并显示相应的组号，抢答电路封锁和定时电路开始工作。 （2）当设定的答题时间到，答题人不准再答题并且将按钮弹上。图 3：抢答器控制电路474LS373 简介：图 4：74LS373 资料概括起来：(1)：1 与 11管脚均置低时，74LS373 起到所存数据作用，保存内部数据组织外部数据的进入。(2)：当 1管脚置低，11 管脚置高时，74LS373 会将输入端的数据传至输出端。而我就是使用 74LS373这两种工作功能的转换来实现四路选一的抢答功能2.2 计时电路设计2.2.1显示部分计时电路由两个异步清零的模十计数器构成，通过低位 Q3、Q1 的与或门产生低电平，并且用此低电平作
6、为自身个位的清零信号以及下一位十位的计数信号。对其清零通过对于其清零端与使能端置低电平完成，而两位已内置好 74LS48的数码管通过与 74LS161 的输出管脚来实现时间的显示。在显示电路中还有一5些与非，这些与非门是用于实现对 30s 的控制，计数的开始、清零，报警声音的产生与主持人复位电路的实现。图 5：计时电路图 6：74LS161 资料2.2.2计时部分由 555定时器产生时间脉冲，参赛选手按动抢答键时，即出现正脉冲，定时时间 15S，当第一次出现低电平时灯泡熄灭，表示答题时间到，然后主持人即可按复位。6图 7:555定时电路它基本原理是，由于电容 C的两端的电压不能突变，定时器的
7、2端电压低触发端为低电平，输出端 3为高电平。电源经过 R1、 R2给电容 C充电，当电容的电压充到电源电压的 2/3时，555 内部的 MOS管导通，输出为低电平。接着电容通过 R2和已经导通的 MOS管放电，当电容的两端电压下降到低于 1/3的电源电压时，MOS 管截止电容放电停止，此时电源通过 R1、 R2再次向电容充电，如此反复，形成震荡，从而在 3端得到时钟脉冲源输出，根据公式：周期 T=（R1+2R2）Cln2=0.7（R1+2R2）C 。高电平：0.7（R1+R2）C取：R20=1k (实际因找不到 1k的，所以选用 1.2k)R7=71k C4=0.01UfC3=10uF2.3
8、 选手计分电路设计选手计分电路通过使用可加可减的 74LS192 来完成，当其 5 管脚为上升沿是，其数值加一；而当 4 管脚为上升沿时，其数值减一。而上升的产生则通过使用电源、地与一个按钮完成。选手分数的显示通过使 74LS192 的输出管脚与已内置好 74LS48 的数码管相连来完成。具体来说管脚 9、10、1、15 四管脚7悬空，3、2、6、7 四个管脚与数码管的 Qa、Qb、 Qc、Qd 相连，清零端置高，载入数据端置低。图 8:选手积分电路8图 9：74LS192 资料从真值表中我们可以看出其计数脉冲为上升沿有效，对于 4、5 管脚的脉冲依次会产生减数、加数功能，而 Load端口可以
9、将预设值传入输出端口。而 Clear作为清零端口，低电平有效。第 3 章 硬件电路的调试1. 仿真软件简介Proteus 是英国 Labcenter 公司开发的电路分析与实物仿真软件。它运行于 Windows 操作系统上，可以仿真、分析(SPICE)各种模拟器件和集成电路，该软件的特点是：实现了单片机仿真和 SPICE 电路仿真相结合。具有模拟电路仿真、数字电路仿真、单片机及其外围电路组成的系统的仿真、RS232 动态仿真、I2C 调试器、SPI 调试器、键盘和 LCD 系统仿真的功能；有各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器等。支持主流单片机系统的仿真。目前支持的单片机类型有：ARM
10、7(LPC21xx)、 8051/52 系列、 AVR 系列、PIC10/12/16/18 系列、 HC11 系列以及多种外围芯片。提供软件调试功能。在硬件仿真系统中具有全速、单步、设置断点等调试功9能，同时可以观察各个变量、寄存器等的当前状态，因此在该软件仿真系统中，也必须具有这些功能；同时支持第三方的软件编译和调试环境，如 Keil C51 uVision2、MPLAB 等软件。具有强大的原理图绘制功能。总之，该软件是一款集单片机和 SPICE 分析于一身的仿真软件，功能极其强大。proteus6.5 是目前最好的模拟单片机外围器件的工具 ,真的很不错。可以仿真 51 系列、AVR,PIC
11、 等常用的 MCU 及其外围电路（如 LCD,RAM,ROM,键盘,马达,LED,AD/DA,部分 SPI 器件 ,部分 IIC 器件,.）其实 proteus 与 multisim 比较类似,只不过它可以仿真 MCU！当然,软件仿真精度有限, 而且不可能所有的器件都找得到相应的仿真模型,用开发板和仿真器当然是最好选择,可是估计初学者有的可能性比较小吧？如果你在学 51 单片机 ,如果你想自己动手做做 LCD,LED,AD/DA,直流马达,SPI,IIC,键盘,.的小实验的话 ,试一下吧,不会让你失望的！用 51 不管你是用汇编或是 C 编程当然要用 keil 啦（那个 medwin 实在不怎
12、么样）,uvisoin3 有不少新特性呢！使用 keil c51 v7.20 + proteus 6.5 可以像使用仿真器一样调试程序 ,一般而言, 微机实验中用万利仿真器+ 电工系自己做的实验板的实验都可以做得到吧！仿真结果：2. 电路调试过程整机电路安装、调试（1）安装因为设计电路图时，为将芯片个数考虑进去，所以该设计方案用到了较多的芯片，而开发板上仅仅提供了 14 个槽位，所以我安装的思路是小模块安装10在面包板上，主模块安装在开发板上，两者相连的与非门、非门都安装在开发板上。在安装前先要测试一下开发板上数码管的好坏，采用将数码管的四个管教全部接高电平的方法，观察数码管是会否显示为 8，
13、如果是则数码管是好的，反之则数码管坏了。安装调试的先后顺序如下，先安装选手积分电路部分，原因在于此电路与其他电路相对独立，可以将电路搭在面包板上，这样就只需与开发板连接电源就可以使用，既方便调试又可使连线清楚。然后搭建 555 计时器电路，其是计时电路的基础。先使用1.2K、50K、21K 的电阻，0.01uF、10uF 电容搭建于面包板上。而后搭建由两个 74LS192 构成的计时电路，先让其与 555 定时器相连可以显示数字 030s 的变化，而后再接周边的几个与非门，实现清零、报警、复位功能。这样逐步进行搭建可以较快发现并改正搭建过程中产生的问题。最后安装选手抢答电路，之所以将这部分内容
14、放在最后，其一在于其功能的测试需要通过计时电路才能实现，其二在于选手抢答电路所需芯片较多，电路接法最为复杂，在前面电路接完后，把握会比较大。最后部分选用搭建四路中的一路，先将一路的功能实现，余下的三路就好搭建的多了。选手抢答电路四路具有极大的相似性，且芯片管脚的利用率也较低，接线方便。（2）调试1.选手积分电路调试选手积分电路设计上要实现对于选手加减分功能，但在实际使用中出现了一种情况，按下按钮会使计数一次加二或一次减二。进过分析，我觉得这是因为我使用的是按钮中的铁片抖动造成的，我想通过 RS 触发器来搭建个防抖动电路，来消除抖动造成的连续加数。2.计时电路调试在搭建过程中，发现 74LS19
15、2 的 1 与 15 管脚不需相连，相连后回造成进位问题；并且在数值由 19 向 20 进位的时候会出现问题，进位后并不显示 20，显示出 10，但是由 9 进位为 10 的时候并未发生问题，这个问题当时并未得到解决。第二天其自动好了。在使用十位的低两位作为停止计时与报警的输入信号，发现一个与非门连出两条线无法实现，可能是因为电流不足，无法驱动其两个功能的电路，所以我采用了两个与非门分别实现。3.选手抢答电路调试选手抢答电路设定使用的是共阳极的数码管，但是开发板上使用的共阴极数码管，所以我在此使用了四路反相器来使设计图与开发板情况相同。3. 总结本电路使用了 74LS373锁存器，74LS48 编码器，555 定时器,译码器数码管
