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课程设计报告

课程设计名称： 四路智能抢答器 专 业 班 级 ：

学 生 姓 名 ： 学 号 ： 指 导 教 师 ： 课程设计时间：

上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 四路智能抢答器

一．设计任务及要求

1. 四组参赛者在进行抢答时，当抢答者按下面前的按钮时，抢答器都能准确的判断出抢先者，并显示相应的组号。

2. 抢答器具有互锁功能，某组抢答后能自动封锁其它各组进行抢答。 3. 形同应具有一个总复位开关。 4. 安装自己的设计电路。 5. 通电调试。

提高部分

1. 抢答器应具有限时功能，抢答时限为10秒。

二．设计方案

1.原理图设计 2.芯片及元件

74LS175，74LS148，74LS48，74LS160，555定时器，74LS00，74LS20，74LS02，74LS04，二极管，0.01uf 10uf的电容，8k和50k的电阻，蜂鸣器，Led，数码管，开关

三．模块设计与参数计算

1. 根据要求，我们设计的抢答器的模块结构框图如下所示：

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 抢答按钮 触发器 锁定电路 译码电路 主持人控制开关 控制电路 报警电路 显示电路 秒脉冲产生电路 定时电路 译码电路 显示电路

2．四组智能抢答器的设计 1）.cp脉冲信号发生器

R18k8U10QDC37cp(out)R5CVVCC4R28k2GNDTRTH6C20.01u1555D61N4148D51N4148C110u 555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路

2）.抢答模块的设计电路

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 U5:D11131274LS02LED-REDD1U5:C89D210LED-RED74LS02U5:B56D34LED-RED74LS02U5:A23D41LED-RED374LS0474LS02U4:B4U1451213D0D1D2D3Q0Q0Q1Q1Q2Q2Q3Q32376101115149101213U3:B81U4:A274LS0491CLKMR74LS17574LS20U2:A13274LS006U3:A74LS201245CP(IN) 如图所示。该电路完成两个功能一是分辨出选手按键的先后并锁定74LS175的功能真值表即优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示选手编号；二是要使其他选手随后的按键操作无效。 其工作原理为：由于主持人控制的开关是复位开关，当主持人未按开关时，允许编码端为高电平，允许编码端无效。但由于没有脉冲故选手依然不能抢答。当主持人按下复位开关一瞬间优先编码器（74ls148）允许编码端为低电平，使优先编码器被强制清零，同时有脉冲进入D触发器74LS175的9号引脚，选手可以进行抢答。一旦有选手抢答则对应的灯会亮，同时蜂鸣器也会响，还有通过时序控制电路的脉冲会消失，选手不能继续抢答。直到主持人重新按下“开始”开关优先编码器允许编码同时又有抢答脉冲进来，选手可以进行第二轮抢答。

3）.显示电路模块

U6101112131234501234567EI74LS148174LS04A0A1A2GS9761451311U4:CU4:DU4:E674LS0474LS0474LS04U77126453ABCDBI/RBORBILT74LS48QAQBQCQDQEQFQG13121110915141210EO15U13:A2 4 上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 这一模块，主要由优先编码器（74ls148）和译码器（74ls48）以及共阴数码管，主要可以实现两个功能：当有选手按下抢答键时，显示对应的选手的组号，还有就是由主持人控制的复位开关，有优先编码器的5号引脚引出，主要是利用了优先编码器在低电平时可以编码，高电平无效，然后进行复位。实现下一轮的抢答。 4）.1HZcp信号发生电路 R3850kU11QDC5CV37RVCC4R450kC40.01u2GNDTRTH6C355510u1 5）.倒计时模块 U83456710291D0D1D2D3ENPENTCLKLOADMR74LS1609U12Q0Q1Q2Q3RCO14131211157126453ABCDBI/RBORBILT74LS48QAQBQCQDQEQFQG1312111091514U4:F74LS048U2:B56474LS00 74LS160是中规模集成同步十进制加法计数器，具有异步清零和同步预置数的功能。使用74LS160通过置零法或置数法可以实现任意进制的计数器。

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 6）.蜂鸣电路 U2:C981074LS0074LS001374LS00U2:D1211U9:A231BUZ1BUZZER 3.四路智能抢答器原理图

4.芯片及元件的选择 ? 74LS175

74LS175的内部结构，和管脚图和其功能表如下

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器

图2.1（1）74SL175内部结构和管脚图

其中RD 复位（清0端）接地，D1，D2，D3，D4分别是输入端，Q1,Q2,Q3,Q4.分别位输出端。CP是脉冲输入端。

图2.1（2）74LS175的功能表

L 代表低电平，H代表高电平 ? 74LS148

74LS148引脚图

I416 15 14 13 12 11 10 VCC Y SYEX9 I I I I Y

3210074LS148 8-3线优先编码 器 ST GND I5I6I7Y2Y11 2 3 4 5 6 7 8 图2. 2 74LS148的符号图和管脚图

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 74LS148芯片的功能表 输入 ST I0 I1 I2 I3 I4 I5 I6 I7 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 X X X X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 X X X X X X X 0 X X X X X X 0 1 X X X X X 0 1 1 X X X X 0 1 1 1 X X X 0 1 1 1 1 X X 0 1 1 1 1 1 X 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 表2.1. 74LS148功能表

输出 Y2 Y1 Y1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 YEX Ys 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 优先编码器是8线输入3线输出的二进制编码器,其作用是将输入 I0至I7 ，8个状态分别编成8个二制码输出.其功能如真值表所示.由表可以看出74LS148R的输入低有效.优先级别从 I7至I0递降.另外它有输入使能/ST,输出使能/YS和/YEX；

a. /ST=0允许编码,/ST=1禁止编码,输出/Y2 /Y1/Y0=111;

b. /YS主要用于多个编码器电路的级联控制，即/YS总是接在优先级别低的相

邻编码器的/ST端，当优先级别高的编码器允许编码，而无输入申请时，/YS =0，从而允许优先级低的相邻编码器工作，反之若优先级高的编码器有编码时，/Y S=1，禁止相邻级别低的编码器工作

c. /YEX=0表示 /Y2/Y1/Y0是编码输出，/Y EX=1表示/Y2/Y1/Y0不是编码输出 /YEX为输出标志位。单片74LS148组成8-3进制输出的编码器，其输出8421BCD。由表中不难看出，在

电路正常工作状态下，允许

当中同时有几个输入

时，

端为低电平，即有编码输入信号。的优先权最高，的优先权最低。当

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 无论其余输入端有无输入信号（表中以X表示），输出端只给出

。当

输出为? 74LS48

。

、

的编码，即

编码，

时，无论其余输入端有无输入信号，只对

74LS48芯片是一个十进制（BCD）译码器，可用来驱动共阴极的发光二极管显示器。74LS48的内部有升压电阻，因此无需外接电阻（可直接与显示器相连接）。74LS48其引脚图如下图，其功能表如下表

16 VCCYe 15 Y Y Y Y Y Y 74LS48 4-7译码器/驱动器 f14 13 12 11 b10 9 gacdA1 A2 LT BI/RBO RBI A3 A0 GND 8 1 2 3 4 5 6 7 图2.4 74LS48引脚图

74LS48的功能表如下表所示。其中，A3A2A1A0为8421BCD码输入端，a~g为7段译码输出端。 功能或数字 LTRBI 输 入 A3A2A1 A0 BI/RBO 输 出 显示 a b c d e f g 字型 灭 灯 × × × × × × 0（输入） 0 0 0 0 0 0 0 灭灯 试 灯 0 × × × × × 1 1 1 1 1 1 1 1 8 动态灭零 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 灭灯 0 1 2 3 4 5 6 7 8

1 1 1 × 1 × 1 × 1 × 1 × 1 × 1 × 1 × 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 9

1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 9 1 × 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 9 表2.3 74LS48的功能表

? 74LS160

74LS160是中规模集成同步十进制加法计数器，具有异步清零和同步预置数的功能。使用74LS160通过置零法或置数法可以实现任意进制的计数器。其引脚图见图4-9-1。

先对74LS160的基本功能进行测试，并将计数器的工作状态填入表4-9-1中。 ①异步清零：当RD＝0时，Q 0＝Q1＝Q2＝Q3＝0。

②同步预置：当LD＝0时，在时钟脉冲CP上升沿作用下，Q 0＝D0，Q1＝D1，

Q2＝D2，Q3＝D3。

③锁存：当使能端EP?ET＝0时，计数器禁止计数，为锁存状态。 ④计数：当使能端EP＝ET＝1时，为计数状态。

表4-9-1 74LS160的逻辑功能表

时钟CP × ↑ × × ↑ 异步清除RD 同步置数LD EP ET × × × × 0 1 × 0 1 1 工 作 状 态 0 1 1 1 1 × 0 1 1 1

图4-9-1 74LS160引脚图

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 ? 555定时器

8 7 6 5 VCC DIS TH CO 555定时器 GND TL OUT RD 1 2 3 4 图2.9 555定时器 THVCC是电压控制端 DIS 是放电端

输入 uI1 × ＞2/3VCC ＜2/3VCC ＜2/3VCC

是高电平触发端 CO是使能端

输出 RD GND是接地 OUT是输出端 RD是直接置0端 TL是低电平触发器 uI2 × ＞1/3VCC ＜1/3VCC ＞1/3VCC uO 0 0 1 不变 V状态 导通 导通 截止 不变 0 1 1 1 表2.4 555定时器功能表

? 74LS00 输入与非 真值表：

Inputs输入 A L L H H B L H L H 输出 Y H H H L ? 74LS20

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这个74ls20芯片的功能很简单，就是包含两个4输入与非门，内含两组4与非门 第一组：1,2,4,5输入6输出。 第2组：9,10,12,13输入8输出。 74LS20功能表 A 1 0 X X X B 1 X 0 X X C 1 X X 0 X D 1 X X X 0 Y 0 1 1 1 1 ? 74LS02

Vcc 4y 4b 4a 3y 3b 3a

┌┴─┴─┴─┴─┴─┴─┴┐ 2输入四或非门74ls02 │14 13 12 11 10 9 8│ ___ ） │ y = a+b

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 │1 2 3 4 5 6 7│ └┬─┬─┬─┬─┬─┬─┬┘ 1y 1a 1b 2y 2a 2b gnd 74ls02引脚图

74ls02引脚功能：实现2输入四或非门功能. 真值表

a 0 1 0 1 b 0 0 1 1 y 1 0 0 1 ? 74LS04

真值表 输入 输出 13

上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 A 0 1

? 二极管

Y 1 0 ? 0.01uf 10uf的电容

? 8k和50k的电阻(根据市场上的标准阻值，最终我们选择的8.2k和50.1k的

电阻)

? 有源蜂鸣器（+5V） ? 红色Led灯 ? 共阴数码管

常用的七段显示器件：半导体数码管将十进制数码分成七个字段，每段为一发光二极管。半导体数码管（或称LED数码管）的基本单元是PN结，目前较多采用磷砷化镓做成的PN结，当外加正向电压时，就能发出清晰的光线。单个PN结可以封装成发光二极管，多个PN结可以按分段式封装成半导体数码管，其管脚排列如下图所示。

a 9 8 7 6 f b

gabcdefg(·)hdc(·)hRabcdefg(·)hR

ed234c·h5 14

上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器

半导体显示器管脚排列图 共阴极接线图 共阳级接线图

图2.5

afedbcbceagbdacdcacedafgcdaceacdacdgbfgbfgbfgbfgb

图2.6 七段数字显示器发光段组合

本设计用到的共阴极显示器和74LS48。74LS48可以驱动共阴极的发光显示器，其内部有升压电阻，无需外接电阻（可以直接与显示器相连接）。 为试灯输入： 当 =0时，/

=1时，若七段均完好，显示字形是“8”，

该输入端常用于检查74LS48显示器的好坏; 当 =1时，译码器方可进行译码显示。/

用来动态灭零，当 =1时， 且

=0，输入A3A2A1A0=0000时，则

=0使数字符的各段熄灭； /为灭灯输入/灭灯输出，当 =0时不管 为控制低位灭零信号,当

=1时, 说明

输入如何, 数码管不显示数字；/本位处于显示状态;若

=0, 且低位为零, 则低位零被灭。

四 制作与调试

1.制作PCB 绘制PCB图

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2．电路的焊接安装

根据我们之前制作的pcb板，还有我们的原理图。我们严格按照原理图并且与pcb对应起来，将每个元件放置到对应的位置，并焊接好。 3.电路调试

打开电源之前，先按照系统原理图检查制作好的电路板的通断情况，主要就是检查有没有虚焊或者短路等情况，并取下 PCB 上的集成块，然后接通电源，用万用表检查板上的各点的电源电压值，完好之后再关掉电源，插上集成块。

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 用数字即成电路测试仪检测所用的集成电路。通过查阅集成电路手册，标出电路图中各集成电路输入、输出端的引脚编号。

按电路图连接电路。先在电路板上插好各种器件。在插器件的时候，要注意器件的活口方向，同时要保证各管脚与插座接触良好，管脚不能弯曲或折断。指示灯的正、负极不能接反。在通电以前先用万用表检查各器件的电源接线是否正确。

最后就是检查完一切正常后，接好所有元件，通电进行抢答，抢答完之后看会不会锁存，然后再看复位功能，拨动复位开关，看清零；然后再拨动看能否进行下轮抢答，如果可以则表示一切工作正常。 3.实验及调试过程中遇到的问题

1).在所有元件都严格按照原理图焊接完成之后，通上电后，无法正常显示，直接一通电，4号选手自动抢答成功，同时蜂鸣器出声。

解答：经过我的反复调试，最后我归结为是电源的连接问题，在我没有改变其他元件及接线的情况下，我反复试验电源接线处，就会有出现正常显示的情况，最后我把电源线调试好之后，我又把那里接死了，然后再没出现这种情况。

2).通电之后，显示电路和计时电路都可以正常工作，抢答电路无法实现抢答 解答：由于其他模块电路可以正常工作，所以我对抢答电路部分又做了仔细的检查，几遍检查之后，我终于找到了一处漏焊，焊完之后，问题立马得到解决。

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 4. 成果图

A． 抢答器开始抢答并且计时开始

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 B.第二组在进行到第4秒时成功抢答，同时2号红灯亮，蜂鸣器响起

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 C.抢答结束，抢答器复位，准备下次抢答

五．心得体会

本次课程设计设计的四路智能抢答器基本上实现了所需的要求，抢答，数码管显示组数，复位，报警，计时等功能。我本人呢就喜欢动手操作，所以对于这些课程设计等又实用价值的，需要动手操作的我还是兴趣蛮高的。

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 对于这次课程设计，由于是第一次做，所以还是遇到了很多问题，经过我们查阅图书馆，向指导老师咨询，向学长求教，网上查阅等各种途径，我们小组终于还是制作成功了。虽然当中有很多不熟悉，不熟练，很多的茫然，让我发现自己平时的学习不认真，没学好，但是也正是这么多的不知，才使我们学到了更多，了解了更多，掌握了更多。最起码像经过这次课程设计，我们不仅加深了对proteus仿真的软件的运用，提高了自己对事物的分析能力，而且更锻炼了自己的动手操作能力，简单的说就是“会干活”。所以呢，这次课程设计对我来说收获还是蛮大的，懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。并且学到了很多课本内学不到的东西。对自己今后的工作就业也是很有帮助的。

六．参考文献

1. 陈有卿编著.实用555时基电路300例.北京：中国电力工业出版社，2005 2. 谢自美主编.电子线路设计·试验·测试.武汉：华中科技大学出版社，2003 3. 阎石.数字电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，1998

4. 朱定华,刘玉.单片机原理与接口技术学习辅导.北京：电子工业出版社，2003 5. 康光华.电子技术基础（第五版）.北京：高等教育出版社，2006

6. 张忠全.电子技术基础：实验与课程设计.北京：中国电力工业出版社，1999

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上海工程技术大学课程设计报告 四路智能抢答器 对于这次课程设计，由于是第一次做，所以还是遇到了很多问题，经过我们查阅图书馆，向指导老师咨询，向学长求教，网上查阅等各种途径，我们小组终于还是制作成功了。虽然当中有很多不熟悉，不熟练，很多的茫然，让我发现自己平时的学习不认真，没学好，但是也正是这么多的不知，才使我们学到了更多，了解了更多，掌握了更多。最起码像经过这次课程设计，我们不仅加深了对proteus仿真的软件的运用，提高了自己对事物的分析能力，而且更锻炼了自己的动手操作能力，简单的说就是“会干活”。所以呢，这次课程设计对我来说收获还是蛮大的，懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。并且学到了很多课本内学不到的东西。对自己今后的工作就业也是很有帮助的。

六．参考文献

1. 陈有卿编著.实用555时基电路300例.北京：中国电力工业出版社，2005 2. 谢自美主编.电子线路设计·试验·测试.武汉：华中科技大学出版社，2003 3. 阎石.数字电子技术基础（第四版）.北京：高等教育出版社，1998

4. 朱定华,刘玉.单片机原理与接口技术学习辅导.北京：电子工业出版社，2003 5. 康光华.电子技术基础（第五版）.北京：高等教育出版社，2006

6. 张忠全.电子技术基础：实验与课程设计.北京：中国电力工业出版社，1999

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/4xt6.html