畢業(yè)論文--數(shù)字搶答電路課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　課題： 數(shù)字搶答電路課程設(shè)計(jì)</p><p>　　班級(jí)： 信息1031</p><p>　　專 業(yè)： 信息工程</p><p><b>　　姓 名： </b></p><

2、;p>　　2012年 09月 12日</p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多競(jìng)爭(zhēng)場(chǎng)合要求有快速公正的競(jìng)爭(zhēng)裁決，例如證券、股票交易以及各種智力競(jìng)賽等。在現(xiàn)代社會(huì)生活中，智力競(jìng)賽更是作為一種生動(dòng)活潑的教育形式和方法能夠引起觀眾極大地興趣。而在競(jìng)賽中往往分為幾組參加，這是針對(duì)主持人提出的問(wèn)題，各組

3、一般要進(jìn)行必答和搶答，對(duì)必答一般有時(shí)間限制，倒是有聲響提示；對(duì)于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。本文介紹了一種利用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。</p><p>　　數(shù)字搶答器有主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽組的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開(kāi)關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能。搶答開(kāi)始后

4、，若有選手安東強(qiáng)大按鈕，編號(hào)立即鎖存，并數(shù)碼管上顯示選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出聲音提示；同時(shí)封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】智力搶答，數(shù)字搶答器，鎖存器</p><p>　　The "Summary" as the cause of our economic and cultural de

5、velopment, compete in many occasions require a quick and fair competition decisions, such as securities, stock trading, as well as various intellectual competitions and so on. In modern life, lively quiz is as a form of

6、education and methods can cause greatly interested the audience. Often divided into several groups in the competition to participate in, this is in response to questions raised by the moderator, each group generally mand

7、at</p><p>　　"Key words" Intelligence Res digital vie, latch</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　緒論1</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求1</p>&l

8、t;p>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)：1</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)要求：1</p><p>　　二、方案設(shè)計(jì)與論證1</p><p>　　2.1 搶答器的基本工作原理：1</p><p>　　2.2 系統(tǒng)框圖1</p><p>　　2.3 方案比較：2</p><p>　　三、

9、 單元電路設(shè)計(jì)2</p><p>　　3.1 搶答器控制電路2</p><p>　　3.2 編碼器電路的設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.3 定時(shí)電路4</p><p>　　3.4 復(fù)位電路5</p><p>　　3.5 譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)6</p><p>　

10、　四、總電路工作原理及元器件清單7</p><p>　　4.1 總電路原理圖：7</p><p>　　4.2 元件清單7</p><p>　　五、硬件電路的調(diào)試8</p><p>　　5.1 仿真軟件簡(jiǎn)介8</p><p>　　5.2仿真結(jié)果：8</p><p><b>　

11、　六、結(jié)論與心得9</b></p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)9</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　基于數(shù)字電子技術(shù)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新看起來(lái)似乎永無(wú)止境，而且它們也的的確確在方方面面日益完善和豐富著我們每個(gè)人的日常生活和工作。隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)

12、品設(shè)計(jì)越來(lái)越注重產(chǎn)品的易使用型，人機(jī)界面一定要良好。聲音、圖象等作為人類交往的最重要手段，也被體現(xiàn)在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。采用一顆語(yǔ)音芯片，讓產(chǎn)品開(kāi)口說(shuō)話，可以起到強(qiáng)化宣傳品牌、指導(dǎo)用戶使用、故障緊急提示、娛樂(lè)等功能，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)新穎實(shí)用、先聲奪人、出奇制勝。</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)<

13、;/b></p><p>　　設(shè)計(jì)一臺(tái)可供4名選手參加比賽的智力競(jìng)賽搶答器。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1) 四組參賽者進(jìn)行搶答，當(dāng)搶答組按下?lián)尨鸢粹o時(shí)，搶答器能準(zhǔn)確的判</p><p><b>　　出搶答者。</b></p>&l

14、t;p>　　2）搶答器應(yīng)具有互鎖功能，即某組搶答后能自動(dòng)封鎖其他各組進(jìn)行搶答。</p><p>　　3）搶答器應(yīng)具有限時(shí)功能，即限制搶答時(shí)間、答題時(shí)間等，要求顯示時(shí)間</p><p><b>　　數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　4）系統(tǒng)具有一個(gè)總的復(fù)位開(kāi)關(guān)。</p><p><b>　　二、方案設(shè)計(jì)與

15、論證</b></p><p>　　2.1 搶答器的基本工作原理</p><p>　　整個(gè)電路框圖如上圖所示，主要分為兩部分，一個(gè)是計(jì)時(shí)部分，一個(gè)是搶答電路，其中搶答器電路由，編碼器電路，RS觸發(fā)電路，譯碼器電路，數(shù)碼管顯示電路組成，封鎖電路由三個(gè)或門(mén)組成，其作用是只讓先按下的有效，而后按下的無(wú)效，主持人按鈕用來(lái)將電路復(fù)位，并將輸出清零和編碼電路解除封鎖，譯碼電路用來(lái)譯出編碼，數(shù)

16、碼顯示部分用來(lái)顯示按下的選手號(hào)碼，556定時(shí)電路用來(lái)定答題的時(shí)間。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)框圖 </p><p>　　當(dāng)主持人宣布開(kāi)始，定時(shí)電路開(kāi)始秒脈沖電路的作用而進(jìn)行倒記時(shí)，并通過(guò)譯碼器在顯示器中顯示。報(bào)警電路給出聲音提示。當(dāng)選手首先按某一開(kāi)關(guān)鍵時(shí)，可通過(guò)觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)并鎖存，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開(kāi)關(guān)電平信息，同時(shí)為防止其它開(kāi)關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂，最先產(chǎn)生的輸出電平變化又

17、反過(guò)來(lái)將觸發(fā)電路鎖定。然后在譯碼器中譯碼，將觸發(fā)器輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)。最后在顯示電路中顯示出所按鍵選手的號(hào)碼。若有多個(gè)開(kāi)關(guān)同時(shí)按下時(shí)，則在它們之間存在著隨機(jī)競(jìng)爭(zhēng)的問(wèn)題，結(jié)果可能是它們中的任一個(gè)產(chǎn)生有效輸出。如圖2.1</p><p><b>　　圖2.1系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　1、當(dāng)主持人按下“開(kāi)關(guān)”按鈕后，選手可以通過(guò)按按鈕的快慢來(lái)決

18、定由誰(shuí)來(lái)回答，按得快的選手的編號(hào)顯示在電子顯示管上。</p><p>　　2、此后選手輸入被鎖住，如果主持人按下復(fù)位鍵則編號(hào)顯示處不作任何顯示。</p><p>　　3、然后選手開(kāi)始作答，作答的時(shí)間少于30秒，以倒數(shù)的方式進(jìn)行，而且通過(guò)顯示屏把時(shí)間顯示出來(lái)。</p><p>　　4、主持人按下開(kāi)關(guān)，所有的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)以便進(jìn)行下一次答題。</p&g

19、t;<p><b>　　2.3 方案比較</b></p><p>　　方案1：采用CD4511芯片作為搶答信號(hào)的觸發(fā)、鎖存和譯碼輸出。這樣雖然比較簡(jiǎn)便，但實(shí)際在實(shí)現(xiàn)鎖存功能時(shí)比較繁瑣難實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　方案2：采用JK觸發(fā)器和譯碼器來(lái)完成搶答部分。雖然元件較多，但在實(shí)現(xiàn)鎖存功能時(shí)可以簡(jiǎn)單的實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　經(jīng)過(guò)

20、對(duì)比兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用搶答信號(hào)鎖存簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)的方案2。然后利用軟件proteus來(lái)進(jìn)行仿真調(diào)試，再進(jìn)行逐步改進(jìn)。</p><p><b>　　單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 搶答器控制電路</p><p>　　搶答器控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下功能：</p><p>　?。?）當(dāng)參賽選手

21、按動(dòng)搶答鍵時(shí)，燈泡發(fā)光，并顯示相應(yīng)的組號(hào)，搶答電路封鎖和定時(shí)電路開(kāi)始工作。 </p><p>　?。?）當(dāng)設(shè)定的答題時(shí)間到，即燈泡第一次熄滅表示時(shí)間到，答題人不準(zhǔn)再答題。</p><p>　　3.2 編碼器電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　編碼器采樣74ls148作為編碼芯片，將輸入的信號(hào)進(jìn)行編碼，然后輸出2二進(jìn)制碼，輸出接到74279上，A0 ，A1 ，A

22、2 均分別接到74279的S上，當(dāng)輸出均為高時(shí)表示無(wú)選手按下，Ｓ為無(wú)效電平，RS觸發(fā)器輸出為低，即無(wú)編碼輸出。</p><p>　　74ls148芯片圖3.1及真值表3.1如下：</p><p>　　圖3.1 74LS148</p><p><b>　　表3.1 真值表</b></p><p><b>　　3.

23、3 定時(shí)電路</b></p><p>　　由555定時(shí)器產(chǎn)生時(shí)間脈沖，參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，即出現(xiàn)正脈沖，定時(shí)時(shí)間15S，當(dāng)?shù)谝淮纬霈F(xiàn)低電平時(shí)，表示答題時(shí)間到，然后主持人即可按復(fù)位。</p><p>　　555定時(shí)器如圖3.2</p><p>　　圖3.2 555定時(shí)器</p><p>　　它基本原理是，由于電容C的兩端的電壓不

24、能突變，定時(shí)器的2端電壓低觸發(fā)端為低電平，輸出端3為高電平。電源經(jīng)過(guò)R1、R2給電容C充電，當(dāng)電容的電壓充到電源電壓的2/3時(shí)，555內(nèi)部的MOS管導(dǎo)通，輸出為低電平。接著電容通過(guò)R2和已經(jīng)導(dǎo)通的MOS管放電，當(dāng)電容的兩端電壓下降到低于1/3的電源電壓時(shí)，MOS管截止電容放電停止，此時(shí)電源通過(guò)R1、R2再次向電容充電，如此反復(fù)，形成震蕩，從而在3端得到時(shí)鐘脈沖源輸出。</p><p><b>　　3.4

25、 復(fù)位電路</b></p><p><b>　　圖3.3復(fù)位電路</b></p><p>　　JK觸發(fā)器功能表如下：</p><p>　　表3.2 JK觸發(fā)器的功能表</p><p>　　JK邊沿觸發(fā)器。將兩個(gè)的輸出端通過(guò)異或非門(mén)作為輸入，送到JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)端CLK，因?yàn)槿绻?jì)時(shí)器一旦輸出“00”，異

26、或非門(mén)的輸出剛好為1，而觸發(fā)器的CLK從0到1，接收到一次上升沿的時(shí)鐘信號(hào)，因而JK觸發(fā)器此時(shí)Q輸出為1，再把Q送到兩個(gè)芯片的MR端，此時(shí)芯片就不再處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，因而可以做出來(lái)到“00”停止計(jì)時(shí)的效果。</p><p>　　3.5 譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　搶答部分和倒計(jì)時(shí)部分的譯碼器均采用74ls48芯片，而數(shù)碼管則選擇與之相對(duì)應(yīng)的7段共陰數(shù)碼管搭配，為避免電

27、流過(guò)小，可在譯碼器與數(shù)碼管間接上拉電阻以增大電流，上拉電阻選用1k的9針排阻。譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)如下圖3.4：</p><p>　　圖3.4 譯碼電路和顯示電路</p><p><b>　　表3.3</b></p><p>　　四、總電路工作原理及元器件清單</p><p>　　4.1 總電路原理圖：<

28、/p><p>　　圖4.1 總電路原理圖</p><p><b>　　4.2 元件清單</b></p><p><b>　　表4.1 元件清單</b></p><p><b>　　五、硬件電路的調(diào)試</b></p><p>　　5.1 仿真軟件簡(jiǎn)介</

29、p><p>　　Proteus 是英國(guó)Labcenter公司開(kāi)發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：</p><p>　　①實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動(dòng)態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤(pán)和LCD系統(tǒng)仿真

30、的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號(hào)發(fā)生器等。</p><p>　?、谥С种髁鲉纹瑱C(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多種外圍芯片。</p><p>　　③提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀

31、態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2、MPLAB等軟件。</p><p>　?、芫哂袕?qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。</p><p>　　proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具,真的很不錯(cuò)?？梢苑抡?1系列、AVR,PIC等常用的M

32、CU及其外圍電路（如LCD,RAM,ROM,鍵盤(pán),馬達(dá),LED,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件...）</p><p>　　其實(shí)proteus 與 multisim比較類似,只不過(guò)它可以仿真MCU！</p><p><b>　　5.2仿真結(jié)果：</b></p><p><b>　　六、結(jié)論與心得</b><

33、/p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)對(duì)于我的課題的要求基本上實(shí)現(xiàn)了。這次課程設(shè)計(jì)時(shí)間有點(diǎn)匆忙，雖然大部分的功能都實(shí)現(xiàn)了，但是還是會(huì)存在不完美的地方，實(shí)在是時(shí)間有點(diǎn)緊，沒(méi)辦法做長(zhǎng)時(shí)間的修改。</p><p>　　設(shè)計(jì)進(jìn)行地比較成功，對(duì)常用的芯片無(wú)論是從功能上，還是構(gòu)造上都在了更深的了解，更重要的是鍛煉了我們的動(dòng)手能力，平時(shí)看書(shū)都能看得明白，但是到了仿真的時(shí)候還是會(huì)出現(xiàn)很多的問(wèn)題，有時(shí)候一個(gè)小失誤致使整

34、個(gè)電路工作狀態(tài)出現(xiàn)錯(cuò)誤，但是還是能過(guò)一次次的調(diào)試，一次次地去修改最后得出了成品。也學(xué)了一個(gè)新的軟件，這也是很重要的。</p><p>　　這一課程設(shè)計(jì)使我們將課堂上的理論知識(shí)有了進(jìn)步的了解，并增強(qiáng)了對(duì)數(shù)字電子技術(shù)這門(mén)課程的興趣。了解了更多電子元件的工作原理，如： 74LS48、74ls191等。但同時(shí)也暴露出我在知識(shí)上掌握不足等缺點(diǎn)。其次在此次設(shè)計(jì)過(guò)程中由于我們頻繁的使用一電子設(shè)計(jì)軟件如：Multisim等，因此

35、使我熟悉了軟件的使用，同時(shí)在電腦的電子設(shè)計(jì)和繪圖操作上有了進(jìn)一步提高。加上在設(shè)計(jì)過(guò)程中遇到了一些問(wèn)題，使得我得查找相關(guān)資料，從而增長(zhǎng)知識(shí)的同時(shí)增強(qiáng)解決問(wèn)題和動(dòng)手的能力，鍛煉我做事細(xì)心、用心、耐心的能耐。這一課程設(shè)計(jì)，使我向更高的精神和知識(shí)層次邁向一大步。所以在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會(huì)努力學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自己獨(dú)立思考的能力，積極參加多種設(shè)計(jì)活動(dòng)，培養(yǎng)自己的綜合能力，從而使得自己成為一個(gè)有綜合能力的人才而更加適應(yīng)社會(huì)。</p><

36、;p>　　反正這次課程設(shè)計(jì)收獲也不少，但是如果時(shí)間能夠再充分一點(diǎn)，我相信自己能夠做得更好。</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1、閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1989.</p><p>　　2、張乃國(guó).電子測(cè)量.北京：人民郵電出版社，1985.</p><p>