課程設計--- 多路搶答器的設計

1、<p>　　課 程 設 計 說 明 書</p><p>　　課程名稱：多 路 搶 答 器</p><p>　　專業(yè)班級：1 0 自 動 化 3</p><p>　　學 號：20101547****</p><p>　　姓 名： ***Elena***</p><p><b>　　指導老師

2、： ***</b></p><p>　　2012 年 06 月 22 日</p><p><b>　　多路搶答器的設計</b></p><p><b>　　一 引言</b></p><p>　　當今社會發(fā)展迅速，應用于搶答節(jié)目的智能搶答器早就問世。其功能的實現(xiàn)方式多種多樣，并逐漸趨向于可

3、靠性好、集成度高、制造費用低、功能更加多樣話的一種高效能的產(chǎn)品。本次設計主要利用常見的74LS系列集成電路芯片和一些門電路，并通過劃分功能模塊進行各個部分的設計，最后完成了八路智力競賽搶答器設計。</p><p>　　二 設計任務分析及功能介紹</p><p><b>　　（一）基本功能：</b></p><p>　?。?）搶答器同時供8名參賽

4、選手使用，每個選手控制一個按鈕，用按動按鈕的方式發(fā)出搶答信號；</p><p>　?。?）競賽主持人另有一個按鈕，用于將電路啟動和復位；</p><p>　　（3）搶答器具有鎖存與顯示功能。主持人啟動開關后，開始搶答，當搶答者按動按鈕，鎖存相應的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在七段數(shù)碼管上顯示搶答者號碼。搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止（即按下“復位”后）。

5、</p><p><b>　　（二）設計思路：</b></p><p>　　搶答器使用74HC175(4D觸發(fā)器)記錄第一個搶答者的狀態(tài)</p><p>　　用74HC133（13輸入與非門）控制觸發(fā)器，使得第一個搶答者的狀態(tài)鎖定，其它搶答者搶答無效。</p><p>　?。?）由clock提供時鐘信號</p>

6、;<p>　?。?）用74HC148（優(yōu)先編碼器）編碼</p><p>　　（5）用74HC283（全加器）將編碼加1（0001），使得選手編號由0~7變?yōu)?~8（即由“0000~0111”到“0001~1000”）</p><p>　　用7448（BCD顯示譯碼器）驅(qū)動數(shù)碼管顯示選手編號</p><p><b>　　三 設計過程</b

7、></p><p>　　1 總體框圖設計 </p><p>　　搶答器的整體構成框圖如圖3-1所示。</p><p>　　框圖說明：當選手開始搶答，D觸發(fā)器會將第一個搶答者的信號鎖存，其它搶答者信號無效， 然 后編碼器開始編碼，加法器對編碼加1，得到預期信號，顯示譯碼器顯示出信號。一次搶答結(jié)束后，主持人通過控制“清零端”使系統(tǒng)初始化。<

8、;/p><p><b>　　2 單元電路設計</b></p><p><b>　　2.1搶答電路</b></p><p><b>　　2.1.1電路簡介</b></p><p>　　圖3-2-1所示為搶答電路，有搶答和清零的功能。J開關由主持人控制，一端接地，一端接兩片觸發(fā)器74H

9、C175的清零端，當J閉合后，CLR端接地，觸發(fā)器復位清零。J1~J8為八位選手對應的搶答開關，LED1~LED8為相應八位選手的顯示燈，沒有搶答時八個LED均保持熄滅狀態(tài)。</p><p>　　2.1.2工作原理 </p><p>　　搶答電路利用了觸發(fā)器的工作原理：如果沒有一定頻率的時鐘信號輸入，D觸發(fā)器74HC175就不能正常工作。電路中將觸發(fā)器輸出的八個結(jié)果同時鐘信號一起接入十三

10、與非門74HC133中，多余的引腳接高電平。沒有搶答時LED的陽極為低電平，保持熄滅狀態(tài)，此時74HC133輸出端與時鐘信號同步，比賽開始前，當主持人將J開關閉合，觸發(fā)器均清零，指示燈不亮，當有人搶答時，八個LED燈有一個亮，74HC133一輸入端變成低電平，使輸出端變?yōu)椤?”，時鐘信號不能輸入，相應的觸發(fā)器不能繼續(xù)正常工作，其他人搶答無效。 </p><p>　　2.1.3集成電路邏輯分析</p>

11、;<p><b>　?。?）觸發(fā)器</b></p><p>　　真值表如表2-1-3所示</p><p><b>　　表2-1-3</b></p><p>　　備注：第一片74HC175的輸出對應1Q~4Q,第二片74HC175的輸出對應5Q~8Q</p><p>　　74HC175的

12、相應邏輯電路圖和功能表如下圖2-1-3所示。</p><p>　　分析真值表可知，八個輸入狀態(tài)沒有優(yōu)先級之分，且輸出高低電平要保存下來。這里就要用到觸發(fā)器。由上面的真值表分析可知選用D觸發(fā)器74HC175可以滿足要求</p><p>　　(2)74HC133十三與非門</p><p>　　當電路中沒有搶答信號時，十三輸入與非門74HC133的選手信號輸入端都為高電平

13、。時鐘信號輸入端為500kHZ的方波，有效電壓為5V。多余的三個輸入端連接5V電源，作為閑置端。</p><p>　　當沒有搶答信號時，輸出為Q。</p><p>　　Q=（1Q'2Q'3Q'4Q'5Q'6Q'7Q'8Q'（Clk））'=Clk</p><p>　　在t'時刻加入搶答信號

14、后輸出為Q*。例如當四號選手第一個搶答時，1Q'=0</p><p>　　Q*=（1Q'2Q'3Q'4Q'5Q'6Q'7Q'8Q'（Clk））'= 1</p><p>　　2.2 聲音提示電路</p><p><b>　　2.2.1電路圖</b></p>

15、<p>　　工作電路如圖2-2-1所示</p><p><b>　　2.2.2工作原理</b></p><p>　　當電路中沒有搶答信號時，十三輸入與非門74HC133的選手信號輸入端都為高電平。時鐘信號輸入端為1kHZ的方波，有效電壓為5V。多余的三個輸入端連接5V電源，作為閑置端，揚聲器不發(fā)出聲音。當電路中有搶答信號時，十三輸入與非門74HC133的

16、選手信號輸入端有低電平。經(jīng)過十三輸入與非門，得到高電平，在時鐘信號輸入端為1kHZ脈沖作用下，經(jīng)過74HC00，使得揚聲器發(fā)出聲音。</p><p><b>　　2.3譯碼顯示電路</b></p><p><b>　　2.3.1電路圖</b></p><p><b>　　如圖2-3-1所示</b>&l

17、t;/p><p>　　2.3.2電路設計分析</p><p>　　為了將鎖存的信號顯示在數(shù)碼管上，需要先將8個高低電平信號編譯成二進制碼，再通過顯示譯碼器驅(qū)動數(shù)碼管顯示?？紤]到經(jīng)過觸發(fā)器后信號不受優(yōu)先級的影響，可以利用優(yōu)先編碼器74HC148對1Q'~8Q'進行編碼。74HC148的功能表如下表所示：</p><p>　　選用顯示譯碼器74LS48作為數(shù)

18、碼管驅(qū)動，相應的真值表如下表所示，A~D為二進制譯碼輸入端，OA~OG為譯碼輸出端，直接連接共陰極數(shù)碼管的對應管腳。 </p><p>　　帶有進位端的編碼器74HC148編碼出的二進制碼與譯碼器74LS48的輸入相差“0001”，因此采用全加器74HC283將編碼的二進制數(shù)同“0001”相加，從而得到合適的二進制碼。</p><p>　　74HC283的功能表如下表所示：</p&g

19、t;<p><b>　　3.元器件清單</b></p><p>　　4總體聯(lián)調(diào)（完整電路原理圖）</p><p><b>　　四 總結(jié)</b></p><p>　　1.總結(jié)與體會 </p><p>　　通過這次課程設計，我學會了許多課本上學不到的東西，同時也加強了我的思考和解決問題

20、的能力，受益匪淺。在課程設計過程中，我覺得是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，同時平時課間又沒有好好的運用額理解個個元件的功能，而且考試的內(nèi)容有限，所以在這次課程設計過程中，我了解很多元件的功能，對其在電路中的使用有更多的認識。從前的學習過程過于浮淺，只是流于表面的理解，而現(xiàn)在要做課程設計，就不得不要求我們對所用到的知識有更深層次的理解。因為課程設計的內(nèi)容比及書本中的理論知識而言，更接近于現(xiàn)實生活，而理論到實踐的轉(zhuǎn)化往往

21、是一個艱難的過程.</p><p>　　在本次課程設計中，我初步接觸、了解、并學會使用了仿真軟件Multisim10.0的部分功能，此軟件結(jié)合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借 Multisim，我們可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫的電路圖，并進行模擬仿真。為今后的進一步學習打下一定的基礎。 </p><p><b>　　2.參考資料<

22、;/b></p><p>　　《數(shù)字電路技術基礎》（第五版）閻石 高等教育出版社</p><p>　　《電工電子技術實驗指導》北京工業(yè)大學出版社</p><p><b>　　74系列芯片資料</b></p><p><b>　　學生：</b></p><p>　　（手寫