智力競(jìng)賽搶答器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　~ 2011-2012 學(xué)年 第 二學(xué)期</p><p>　　《 數(shù)字電子技術(shù) 》</p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　題 目： 智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì) </p><p>

2、　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b&

3、gt;　　電氣工程系</b></p><p><b>　　年 月 日</b></p><p><b>　　1、任務(wù)書</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　數(shù)字電路與模擬電路相比有顯而易見的穩(wěn)定性。近年來，數(shù)字電路又有了巨

4、大的發(fā)展?？删幊踢壿嬈骷≒AL、GAL等）的發(fā)展和普及最終使IC的設(shè)計(jì)面向了用戶（這是模擬電路無法做到的），而這毫無疑問會(huì)給用戶帶來巨大的便捷，從而奠定它在電子電路中的地位。 </p><p>　　隨著集成技術(shù)的進(jìn)一步提高，各種新技術(shù)的出現(xiàn)和應(yīng)用，人類歷史橫跨數(shù)碼時(shí)代向更進(jìn)一步發(fā)展已出現(xiàn)在各大型相關(guān)企業(yè)的宏偉藍(lán)圖中。新世紀(jì)里誰掌握了新技術(shù)誰就得到了獲勝的資本，也僅僅是資本而矣。新世紀(jì)里電子行業(yè)的發(fā)展速度令人窒息

5、，聞名的摩爾定律更把許多人威嚇在門外?？梢哉雇?，由數(shù)字構(gòu)成的新世界即將出現(xiàn)。將是人類文明的又一飛躍。</p><p>　　隨著廣播電視節(jié)目的發(fā)展，在綜藝節(jié)目或社會(huì)服務(wù)類節(jié)目中智力搶答器逐漸得到廣泛應(yīng)用。智力搶答器的應(yīng)用體現(xiàn)了游戲的公平性，并方便了主持人與嘉賓之間的溝通。</p><p>　　數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)張電路組成.優(yōu)先編碼電路,鎖存器,譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出:

6、用控制電路和主持人的開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路,以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能,構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)過布線,焊接,調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成型。</p><p>　　搶答器四周有安裝孔,可以方便的安裝在操作臺(tái)上,外接搶答按鈕接入相應(yīng)的接線端子,如果需要外接電鈴或指示燈,則接入繼電器端子,安裝完畢后就可以上電了,搶答器的電流輸入為5V直流輸入。</p>&l

7、t;p>　　搶答器通上電后,蜂鳴器響,三個(gè)數(shù)碼管都顯示0,按下復(fù)位按鈕后進(jìn)入正常工作狀態(tài),這時(shí)可以設(shè)定搶答倒計(jì)時(shí)間,只要按動(dòng)10進(jìn)制編碼 按鈕分別對(duì)時(shí)間的十位和個(gè)位設(shè)定,設(shè)定的時(shí)間在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)的顯示出來。設(shè)定的時(shí)間范圍為:0~30秒,設(shè)定完時(shí)間后,就可以按動(dòng)開始按鈕,表示搶答開始,這時(shí)蜂鳴器響0.1秒,提示各位選手,搶答已經(jīng)開始,同時(shí)倒計(jì)時(shí)器開始從設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)。</p><p>　　若在搶答時(shí)間內(nèi)

8、有人搶答,則第三個(gè)數(shù)碼管立即顯示搶答位號(hào),倒計(jì)時(shí)間停止倒計(jì)時(shí),所用掉的時(shí)間就是搶答的時(shí)間,同時(shí)蜂鳴器響2秒,繼電器吸合2秒,表示有人搶答,在這個(gè)按鍵之后按下的按鍵除了復(fù)位鍵外,其他按鍵均無效,只有主持人按下復(fù)位鍵后,可以進(jìn)入下一輪搶答。</p><p>　　若在搶答時(shí)間內(nèi)均無人搶答,則在倒計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)到0的時(shí)候,第三個(gè)數(shù)碼管顯示0,表示無人搶答,蜂鳴器響2秒,繼電器吸合2秒,這時(shí)除了復(fù)位鍵外,其他鍵均無效, 只有主

9、持人按下復(fù)位鍵后,可以進(jìn)入下一輪搶。</p><p>　　依據(jù)該課程設(shè)計(jì)的任務(wù)，系統(tǒng)性地進(jìn)行資料的收集、加工與整理，正確使用工具書；培養(yǎng)學(xué)生掌握相關(guān)課程設(shè)計(jì)的程序、方法與技術(shù)規(guī)范。</p><p>　　長期以來，綜合課程設(shè)計(jì)是以理論課教學(xué)、課程實(shí)驗(yàn)和課程設(shè)計(jì)等教學(xué)環(huán)節(jié)構(gòu)成的。我們?cè)诮虒W(xué)實(shí)踐的過程中，結(jié)合理論教學(xué)的進(jìn)程，利用計(jì)算機(jī)的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件Electronics Workbench

10、(虛擬電子工作臺(tái)-EWB)在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行基礎(chǔ)驗(yàn)證模擬仿真實(shí)驗(yàn)，作為教學(xué)的補(bǔ)充。。通過人機(jī)對(duì)話的方式，能使我們每個(gè)人都能親自動(dòng)手搭接電路，進(jìn)行元件接線，參數(shù)設(shè)定。邊連線，邊測(cè)試，邊修改，邊分析，并與理論計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對(duì)照。通過EWB軟件的"Component Properties"(元件屬性)可隨時(shí)調(diào)整和修改元器件參數(shù)，分析各元件參數(shù)對(duì)電路的作用與影響。調(diào)試和測(cè)量過程就是最好的學(xué)習(xí)過程。在這樣的實(shí)驗(yàn)中，把實(shí)驗(yàn)與理論有機(jī)的

11、結(jié)合起來，加深了我們對(duì)理論的認(rèn)識(shí)。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第一章 智力競(jìng)賽搶答器的概述……………………………………………………...5</p><p>　　1.1設(shè)計(jì)題目…………………………………………………………………………………………………5</p><p>　　1.2設(shè)計(jì)目

12、的………………………………………………………………………………………………....5</p><p>　　1.3設(shè)計(jì)要求………………………………………………………………………………………………....5</p><p>　　1.4工作原理………………………………………………………………………………………………....5</p><p>　　第二章 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

13、…………………………………………………...............5</p><p>　　2.1搶答器電路設(shè)計(jì)及相關(guān)元器件………………………………………………………………………………….5</p><p>　　2.2 定時(shí)電路設(shè)計(jì)與相關(guān)元器件………………………………………………………………………………........6</p><p>　　2.3 數(shù)碼管顯示器74

14、LS48…………………………………………………………………….................9</p><p>　　2.4 報(bào)警電路設(shè)計(jì)與相關(guān)元器件 …………………………………………………………………………….........10</p><p>　　2.5時(shí)序控制電路...…………………………………………………………………………………..........................

15、...10</p><p>　　2.6元器件清單……………………………………………………………………………………………………………...11</p><p>　　第三章 電路仿真..........................................................................</p><p>　　第四章 設(shè)計(jì)總結(jié)

16、體會(huì)....................................................................</p><p>　　第五章 參考文獻(xiàn)及附錄………………………………………………………………………………………</p><p>　　第一章智力競(jìng)賽搶答器的概述</p><p><b>　　1.1.設(shè)計(jì)題目</b&

17、gt;</p><p><b>　　智力競(jìng)賽搶答器</b></p><p><b>　　1.2.設(shè)計(jì)的目的</b></p><p>　　1).掌握搶答器的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　2).熟悉鎖存器的應(yīng)用</p><p>　　3).了解觸摸開關(guān)和發(fā)聲原件。</p&g

18、t;<p><b>　　1.3.設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1).可供8人搶答，有人搶答時(shí)，蜂鳴器發(fā)聲，同時(shí)優(yōu)先搶答者對(duì)應(yīng)的指示燈亮，顯示搶答號(hào)碼，而后搶答的指示燈不亮。</p><p>　　2).主持人可以將搶答器進(jìn)行復(fù)位。</p><p>　　3).搶答者和主持人的按鈕采用觸摸開關(guān)。</p><p

19、>　　4.畫出電路原理圖。</p><p>　　5).進(jìn)行電路的仿真和調(diào)試。</p><p><b>　　1.4.工作原理</b></p><p>　　其工作原理為：當(dāng)搶答比賽開始時(shí)，主持人按下觸摸開關(guān)，接通電源，搶答器開始工作，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，如選手在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)搶答，則搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示等一系列動(dòng)作，當(dāng)一輪搶答之后

20、，定時(shí)器停止、禁止二次搶答。如在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)仍無人搶答，則計(jì)時(shí)器不會(huì)停止工作，直至?xí)r間結(jié)束時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲音報(bào)警宣告搶答結(jié)束，如果再次搶答必須由主持人再次執(zhí)行上述操作。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)</p><p>　　2.1.搶答器電路設(shè)計(jì)及相關(guān)元器件 </p><p>　　搶答電路的功能有兩個(gè)：一是分辨選手按鍵的先后，并鎖存搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電

21、路用；二.是其他選手的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器,74LS138,74LS279可完成上述功能。譯碼電路選用74LS48芯片具體電路如圖1所示. </p><p>　　其工作原理為：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清除”位置時(shí)，RS觸發(fā)器R為低電平，輸出端（4Q~1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0,顯示器滅燈；74LS148的選通輸入ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存器電

22、路不工作。當(dāng)主持人開關(guān)撥到開“始位”置，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)開始工作，等待輸入信號(hào)I7，···，I0。當(dāng)有選手按下鍵時(shí)，74LS148的輸出Y2Y1Y0=010,Yex=0。經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1,BI=1，74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101。經(jīng)過74LS48譯碼后，顯示器顯示選手編號(hào)。此外，CTR=1，是74LS148的ST為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其他選手按

23、鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后，74LS148的Yes為高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其他選手的輸入不會(huì)被接收，保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。搶答完后主持人使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。電路圖如圖所示: </p><p>　　2.2定時(shí)器電路設(shè)計(jì)與相關(guān)元器件</p><p><b>　　1.定時(shí)器設(shè)計(jì)</b>&

24、lt;/p><p>　　1).定時(shí)搶答器的總體框圖如下圖所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答，擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。</p><p>　　2).定時(shí)搶答器的工作過程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“消除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，當(dāng)

25、定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)；揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，提醒節(jié)目主持人注意；控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答；控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)消零為止，當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操

26、作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。</p><p>　　3).主持人設(shè)定搶答器時(shí)間，通過預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供，可預(yù)置時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)電路選十進(jìn)制同步可逆，計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，倒計(jì)時(shí)到零時(shí)，定時(shí)電路輸出低電平有效的“定時(shí)到信號(hào) ”。如圖所示為八路智力競(jìng)賽搶答器的定時(shí)電路單元圖。 同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體電路如圖所示。

27、 </p><p>　　該倒計(jì)時(shí)顯示電路由兩個(gè)74LS192及兩個(gè)譯碼器及七段顯示器構(gòu)成,高位片置數(shù)1,低位片置數(shù)5,down端接555輸出的脈沖,從而實(shí)現(xiàn)30秒倒計(jì)時(shí).</p><p>　　2.74LS192引腳圖管腳及功能表</p><p>　　74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)

28、數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如下所示：</p><p>　　圖5-4  74LS192的引腳排列及邏輯符號(hào)</p><p>　?。╝）引腳排列                

29、0;      (b) 邏輯符號(hào)</p><p>　　圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3</p><p><b>　　為數(shù)據(jù)輸出端。</b></p><p>　　其功能表如下:

30、 表5-2  74LS192的功能表</p><p>　　2.3.數(shù)碼管顯示器的工作原理及過程</p><p>　　1).七段數(shù)碼管顯示器74LS48的功能</p><p>　　——測(cè)試燈輸入端。=0（低電平有效）且=1時(shí)，Ya-Yg輸出均為1，顯示器七段應(yīng)全亮，否則說明顯示器件有故障。正常譯碼顯示時(shí)，應(yīng)處于高電平，即=1。</p>

31、<p>　　——雙重功能端。此端可作為輸入信號(hào)端又可以作為輸出信號(hào)端。作為輸入端時(shí)是熄滅信號(hào)輸入端，利用端可按照需要控制數(shù)碼管顯示或不顯示。當(dāng)=0時(shí)（低電平有效），無論A3A2A1A0狀態(tài)如何，Ya-Yg均為0，數(shù)碼管不顯示。當(dāng)該端作為輸出端時(shí)是滅零輸出端，當(dāng)=0，且A3A2A1A0=0000時(shí)，=0。</p><p>　　——滅零輸入端。該端的作用是將數(shù)碼管顯示的數(shù)字O熄滅。當(dāng)=0（低電平有效）、

32、且A3A2A1A0=0000時(shí)，Ya-Yg均輸出0，數(shù)碼管不顯示。 其功能和引腳如圖所示:</p><p>　　2).74LS148優(yōu)先編碼器功能</p><p>　　優(yōu)先編碼器在同一時(shí)間內(nèi),當(dāng)多個(gè)輸入信號(hào)請(qǐng)求編碼時(shí),只對(duì)優(yōu)先級(jí)別高的信號(hào)進(jìn)行編碼的邏輯電路,常用的集成優(yōu)先編碼器有74LS148(8線----3線)其原理圖和功能真值表如圖:</p><p>　　2.

33、4.報(bào)警電路設(shè)計(jì)</p><p>　　由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖所示。555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率f=1.43/(R1+2R2)C。其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器，PR為高電平時(shí)多諧振蕩器工作，否則振蕩器停振。</p><p>　　2.5.時(shí)序控制電路 </p><p>　　搶答器控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：</p&g

34、t;<p>　?、僦鞒秩藢⒖刂崎_關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。</p><p>　　②當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。</p><p>　?、郛?dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。</p><p>　　右圖是聲響時(shí)序控制電路。74LS121

35、為單穩(wěn)態(tài)觸集成發(fā)器，用于控制聲響電路及聲響時(shí)間。主持人將控制開關(guān)撥到“清除”位置時(shí)，B=0，觸發(fā)器輸出Q=0,聲響電路停止工作。主持人將控制開關(guān)從清除撥到開始時(shí)，B=1,搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將建按下時(shí)</p><p><b>　　2.6.元器件清單</b></p><p><b>　　第三章.仿真</b></p><

36、;p>　　第四章.設(shè)計(jì)總結(jié)體會(huì)</p><p>　　經(jīng)過兩周的課程設(shè)計(jì),我學(xué)會(huì)了如何進(jìn)行電路設(shè)計(jì)及豐富了自己的理論知識(shí)和實(shí)踐實(shí)習(xí)能力,在設(shè)計(jì)過程中,加深了對(duì)組合和時(shí)序邏輯電路的掌握情況,同時(shí)也使得學(xué)過的知識(shí)得到了鞏固與復(fù)習(xí),在設(shè)計(jì)搶答器、報(bào)警器、定時(shí)器的過程中，通過翻閱資料，上網(wǎng)搜索等，我對(duì)各電路器件（如：與非門，555定時(shí)器和LED顯像管等）及原理有了更深一層次的認(rèn)識(shí)，既增強(qiáng)了我的理解能力,也使我能更好的

37、運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)。在設(shè)計(jì)之初,并不明白如何用所學(xué)的器件來實(shí)現(xiàn)電路的功能,經(jīng)過老師諄諄教導(dǎo)和小組內(nèi)的激情討論,最終確定了答題的設(shè)計(jì)方案,在設(shè)計(jì)的過程中,不斷的發(fā)現(xiàn)和克服困難,使我明白了,學(xué)習(xí)并非上課認(rèn)真學(xué)習(xí)那么簡(jiǎn)單,我深深的體會(huì)到了,要將所學(xué)的理論知識(shí)轉(zhuǎn)變成事物的重要性,不僅能夠加深對(duì)理論知識(shí)的理解,也能怎家對(duì)本課的興趣和愛好. 兩周的磨練,使我對(duì)本課由最初的懵懂認(rèn)識(shí)到現(xiàn)在的全面了解,總的來說收獲很多.</p><p&g

38、t;　　在此,我要深深的感謝指導(dǎo)老師---xx老師和我的小組成員們給與我的幫助與支持,是他們給予了我堅(jiān)持完成課程設(shè)計(jì)的信心和動(dòng)力,明白了團(tuán)隊(duì)在理論實(shí)踐和創(chuàng)新中的作用,我相信在以后的學(xué)習(xí)和工作過程中,我都將受益匪淺.</p><p>　　第五章. 參考文獻(xiàn)及附錄</p><p>　　電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分） 康光華主編. 高等教育出版社 </p>