數(shù)電課程設計---搶答器

1、<p>　　電子技術(shù)課程設計報告</p><p>　　課程名稱：電子技術(shù)課程設計 </p><p>　　課題題目：六人搶答器</p><p>　　專業(yè)班級：智能科學與技術(shù)1002</p><p><b>　　姓 名： </b></p><p><b>　　學 號：

2、 </b></p><p><b>　　指導教師： </b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 功能介紹………………………………………………………….2</p><p>　　1.1主要功能介紹…………………………………………….….2</p>

3、<p>　　1.2擴展功能介紹…………………………………………….….2</p><p>　　2總體方案設計………………………………………………….....3</p><p>　　3單元模塊設計………………………………………………….....4</p><p>　　3.1搶答器控制端電路功能介紹……………………………….4</p><

4、p>　　3.2定時時間電路…………………………………………….…6</p><p>　　3.3控制電路………………………………………..…………..7</p><p>　　3.4報警電路…………………………………………………....7</p><p>　　4主要芯片介紹 ……………………………………….…………84.1 優(yōu)先編碼器 74LS148………………

5、………………..…..8</p><p>　　4.2 計數(shù)器74LS192……………………………………....….10</p><p>　　5六人搶答器仿真……………………………………………..…11</p><p>　　6系統(tǒng)調(diào)試 …………………………………………..................15</p><p>　　7電路原理圖……

6、…………………………………....................16</p><p>　　8元件清單…………………………………………....................17</p><p>　　9參考文獻……………………………………………………......17</p><p>　　課題題目：六人搶答器</p><p><b>

7、　　1功能介紹</b></p><p>　　1.1主要功能介紹 1）有多路搶答，搶答臺數(shù)為6；</p><p>　　2）具有搶答開始后20秒倒計時，20秒倒計時后無人搶答顯示超時，并報警：</p><p>　　3）能顯示超前搶答臺號并顯示犯規(guī)報警：</p><p>　　2、系統(tǒng)復位后進入搶答狀態(tài)，當有一路搶答按鍵按下，該路搶答信

8、號將其余各路搶答信號封鎖，同時鈴聲想起，直至該路按鍵松開，顯示牌顯示該路搶答臺號。</p><p>　　1.2擴展功能介紹 </p><p>　?。?）搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間為20秒。當節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示。</p><p>　?。?）參加選手在未開始搶答時按下?lián)尨疰I，則犯規(guī)。顯示器上顯示選手的編號,并

9、報警。 </p><p>　?。?）參加選手在設定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 </p><p>　?。?）如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。</p><p><b>　　2總體方案設計</b></p&

10、gt;<p><b>　　設計要求</b></p><p>　?。?）主持人有開始鍵和復位鍵，按下開始鍵后才能開始搶答，否則犯規(guī)。</p><p>　?。?）用數(shù)碼管顯示，正常搶答后顯示搶到的隊號，有鈴聲響起,如果犯規(guī)則顯示隊號,并報警。</p><p>　?。?）如果20秒內(nèi)沒有搶答，則說明該題超時作廢。</p>

11、<p>　　（4）復位鍵用于恢復犯規(guī)或超時狀態(tài)</p><p>　　如圖1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清零"狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關(guān)置;開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時器倒計時。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示。當一輪搶答之后，定時

12、器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　3單元模塊設計 </p><p>　　3．1搶答器控制端電路功能介紹</p><p>　　設計電路見圖2所示。

13、電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 ,74LS48,LED數(shù)碼管和鎖存器 74LS279來完成。</p><p>　　該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，</p><p>　　其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)從左到右，分別是1,2,3,4,5,6,7.7是控制清零端，當7斷

14、開（清零）時，如果1到6開關(guān)有閉合的,數(shù)碼管會顯示閉合開關(guān)的編號；當7閉合時，搶答器處于工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下1），74LS148的輸出經(jīng)74LS48譯碼器接到七段顯示電路處于工作狀態(tài)，1Q2Q3Q=001,經(jīng)譯碼顯示為“2”。此外，4Q＝1，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）＝1，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開時， 此時由于4Q仍為1，使優(yōu)先編碼工作標志端為1，所以74LS148仍處于

15、禁止狀態(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將7開關(guān)重新置“清零”然后才可能進行。 </p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　3．2定時時間電路功能介紹 該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制可逆計數(shù)器74LS192、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74

16、LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預置數(shù)控制端由主持人控制實現(xiàn)預置數(shù)，當主持人端為低電平時,74ls192置數(shù);當主持人端為高電平時,電路開始倒計時。當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，之后選手搶答無效,并報警。</p><p><b>　　圖3</b&g

17、t;</p><p>　　3．3控制電路 具體電路如圖3所示的控制部分和報警部分。</p><p>　　倒計時部分的控制電路</p><p>　　由555 芯片構(gòu)成多諧振蕩電路 ,74ls192的TCD端經(jīng)反相器的輸出信號與555 的輸出信號相或，輸出的信號再與74ls148的15號管腳的輸出信號或非。當TCD端經(jīng)反相器的輸出信號和74ls148的15號管腳的輸

18、出信號都為低電平時，74ls192的輸入脈沖根據(jù)555 的輸出信號變化；當TCD端經(jīng)反相器的輸出信號和74ls148的15號管腳的輸出信號都為高電平時，74ls192的輸入脈沖被鎖定在低電平，由于74ls192是由上升沿觸發(fā)，當為低電平時，電路停止工作。</p><p><b>　　搶答部分的控制電路</b></p><p>　　搶答部分的控制電路由兩個輸入信號組成，

19、一是74ls279的4Q端輸出信號，二是74ls192的TCD端經(jīng)反相器的輸出信號。兩個信號中，只要有一個信號為高電平，電路就停止工作。當?shù)褂嫊r到零還沒人搶答時，74ls192的TCD端輸出一個電平，經(jīng)反相后，為高電平，電路停止工作。當?shù)褂嫊r還沒到零時，有人搶答，74ls279的4Q端輸出高電平信號，電路停止工作。</p><p><b>　　3.4報警電路</b></p>

20、<p>　　由555 芯片構(gòu)成輸出一定頻率的多諧振蕩電路，555芯片的4號管腳作為控制端，當4號管腳為高電平時，蜂鳴器發(fā)出聲音；當4號管腳為高電平時，蜂鳴器不發(fā)聲。主持人端的輸出信號與74LS148的15號管腳輸出端信號相或非再與74ls192的TCD端經(jīng)反相器的輸出信號相或。當?shù)褂嫊r到零還沒人搶答時，74ls192的TCD端輸出一個電平，經(jīng)反相后，為高電平，輸入555的4號管腳，蜂鳴器發(fā)聲；當主持人端還沒開始，有人搶答，0或

21、非0為1，高電平使蜂鳴器發(fā)聲。</p><p>　　4主要芯片介紹 4．1 優(yōu)先編碼器 74LS148</p><p>　　74LS148為8線－3線優(yōu)先編碼器，表4.1.1為其真值表，表4.1.2為其功能表,圖4.1.1為其管腳圖。</p><p>　　74LS148管腳圖 表4.1.2 74LS148 8線—3線二進制編碼器真值表 </p>

22、<p>　　74LS148工作原理如下： 該編碼器有8個信號輸入端，3個二進制碼輸出端。此外，電路還設置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標志GS。 當EI=0時，編碼器工作；而當EI=1時，則不論8個輸入端為何種狀態(tài)，3個輸出端均為高電平，且優(yōu)先標志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出也為低電來有效的情況。當EI為0，且至少有一個輸入端有

23、編碼請求信號（邏輯0）時，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標志GS為0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為1。</p><p>　　由功能表可知，在8個輸入端均無低電平輸入信號和只有輸入0端（優(yōu)先級別最低位）有低電平輸入時，A2A1A0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由GS的狀態(tài)加以區(qū)別，當GS＝1時，表示8個輸入端均無低電平輸入，此時A2A1A0=111為非編碼輸出；GS＝0時，A2A1A0=111表示響應

24、輸入0端為低電平時的輸出代碼（編碼輸出）。EO只有在EI為0，且所有輸入端都為1時，輸出為0，它可與另一片同樣器</p><p>　　件的EI連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編碼器。 從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級別的次為7，6，……，0。輸入有效信號為低電平，當某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端無低電平輸入時，輸出端才輸出相對應的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級別比它高的輸入6和輸入7均為

25、1時，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理</p><p>　　4.2 計數(shù)器74LS192</p><p>　　74LS192具有下述功能： </p><p>　?、佼惒角辶悖篊R=1，Q3Q2Q1Q0=0000 </p><p>　?、诋惒街脭?shù)：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0</p>&

26、lt;p>　?、郾３郑?CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài) </p><p>　?、芗佑嫈?shù)：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計數(shù) </p><p>　?、轀p計數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計數(shù)</p><p>　　74LS192是雙時鐘方

27、式的十進制可逆計數(shù)器。 </p><p>　　CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。</p><p>　　LD為預置輸入控制端，異步預置。 </p><p>　　CR為復位輸入端，高電平有效，異步清除。 </p><p>　　CO為進位輸出：1001狀態(tài)后負脈沖輸出 </p><p>　　BO為借位輸出：

28、0000狀態(tài)后負脈沖輸出。</p><p>　　圖4.3. 74LS192管腳引線圖</p><p><b>　　5六人搶答器仿真</b></p><p>　　按照總體電路圖在仿真軟件proteus7.5上一一選擇芯片并進行連接，然后啟動開關(guān)觀察。下面，我們對設計出的電路進行proteus7.5仿真。我們將各部分電路在proteus7.5上連接

29、好后，為各個電阻和電容選取適當值，為各個開關(guān)設置好適當?shù)逆I盤打開數(shù)值（例如，為某一開關(guān)設為1連接，則啟動proteus7.5m仿真按鈕后，在鍵盤上按1則此開關(guān)就由斷開狀態(tài)變?yōu)檫B接狀態(tài)）然后打開proteus7.5的開關(guān)，即可根據(jù)顯示器上顯示的數(shù)字情況來判斷電路設計是否成功。</p><p>　　此圖表示：已開始搶答，但過了13秒后還沒人搶答，系統(tǒng)正在倒計時</p><p>　　此圖表示：開

30、始搶答15秒后，第六組搶答到了此題</p><p>　　此圖表示：已開始搶答，但過了20秒后還無人搶答，報警，系統(tǒng)自動停止，無法再搶答，直到主持人重新開始</p><p><b>　　6、系統(tǒng)調(diào)試</b></p><p>　　搶答電路連接好以后，測試時，發(fā)現(xiàn)電路并不穩(wěn)定。最初，我以為電路鎖存數(shù)據(jù)是在5號管腳為高電平時，數(shù)據(jù)才被鎖存的。以這為理論

31、依據(jù)，我認為電路不穩(wěn)定是因為5號管腳在到達高電平時，需要一段時間，由于在這段時間內(nèi)，74ls279的s端是不確定的，電路不穩(wěn)定，就是在這段不確定的時間內(nèi)造成的。我想了很多辦法，使當有人搶答時，縮短5號管腳為高電平的時間，結(jié)果電路還是不穩(wěn)定。我又仔細的想一想電路的鎖存原理，發(fā)現(xiàn)我最初的想法是錯的，輸入信號并不是在5號管腳為高電平時鎖存的，而是在當搶答者按下開關(guān)彈起時，由于此時無編碼輸入Y0,Y1,Y2端為高電平，保存了輸入的編號。后來我在

32、輸入端加上電阻，電路就變穩(wěn)定了。</p><p>　　最初，我以為當74ls192的減法計數(shù)到0時就輸出低電平，所以我用兩片74ls192的TCD輸出端或非后的輸出信號來控制輸入脈沖，倒計時電路連接好以后，測試時，發(fā)現(xiàn)到00時，電路并不停止，仍從99開始，后來我發(fā)現(xiàn)，低電平的輸出并不是在0時，而是在0變?yōu)?時，所以只需用第二片74ls192的TCD輸出端控制輸入脈沖，我還發(fā)現(xiàn)，由于74ls192是上升沿觸發(fā)，用來

33、控制輸入脈沖的信號，必須使脈沖變?yōu)榈碗娖健?lt;/p><p><b>　　7、電路原理圖</b></p><p><b>　　8、元件清單</b></p><p><b>　　六人搶答器元器件表</b></p><p><b>　　9、參考文獻</b><

34、;/p><p>　　陳明義. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ). 中南大學出版社</p><p>　　陳明義 宋學瑞. 電工電子實驗教程. 中南大學出版社</p><p>　　何希才. 常用集成電路簡明速查手冊. 國防工業(yè)出版社</p><p><b>　　實例一：</b></p><p><b>　　數(shù)

35、字電子技術(shù)基礎(chǔ)</b></p><p><b>　　課 程 設 計</b></p><p>　　重慶大學電氣工程學院</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　一.概述1</b></p><p><b>

36、;　　1.內(nèi)容摘要1</b></p><p>　　2.設計內(nèi)容及要求2</p><p>　　3.總體方案系統(tǒng)框圖2</p><p>　　二. 單元電路設計及其工作原理3</p><p><b>　　2.時鐘電路4</b></p><p><b>　　3.計時電路5

37、</b></p><p>　　4.提示報警電路7</p><p>　　5.小組提示燈電路7</p><p><b>　　6.計分電路8</b></p><p>　　三.完整電路圖(見附頁)8</p><p><b>　　四.個人總結(jié)9</b></p

38、><p><b>　　原件清單9</b></p><p><b>　　參考文獻9</b></p><p>　　電子技術(shù)課程設計報告</p><p>　　——六人數(shù)字式競賽搶答器</p><p><b>　　一.概述</b></p><

39、p><b>　　1.內(nèi)容摘要</b></p><p>　　智力競賽是一種生動活潑的教育方式，而搶答就是智力競賽中非常常見的一種答題方式。搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學知識和生活常識。但是，在這類比賽中，對于誰先誰后搶答，在何時搶答，如何計算答題時間等等問題，若是僅憑主持人的主觀判斷，就很容易出現(xiàn)誤判。所以，我們就需要一種具備自動鎖存，置位

40、，清零等功能智能搶答器來解決這些問題。</p><p>　　在本次課程設計中，將主要設計一個供六人使用的定時搶答器。他要實現(xiàn)以下主要功能：</p><p>　?。?）為6位參賽選手各提供一個搶答按鈕，分別編號S0、S1、S2、S3、S4、S5；</p><p>　?。?）主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開始，選手成績加分與減分。</p><p>

41、;　　（3）搶答器要有數(shù)據(jù)鎖存與顯示的功能。搶答開始后，若有任何一名選手按動搶答按鈕，則要顯示其編號至系統(tǒng)被主持人清零，搶答成功后揚聲器發(fā)出嘀嘟聲提示，同時其他人再按對應按鈕無效；</p><p>　　（4）搶答器要有定時功能，一次搶答時間為30秒。當主持人啟動“開始”鍵后，定時器自動計時，當計時30秒搶答時間到后停止，同時揚聲器上發(fā)出短暫低頻聲響；</p><p>　?。?）參賽選手只有

42、在設定時間內(nèi)搶答方為有效搶答。若搶答有效，則定時器停止工作，同時答題計時器開始工作 </p><p>　?。?）若在搶答時間內(nèi)無選手進行搶答（按對應按鈕），則系統(tǒng)短暫報警，并且禁止選手超時搶答。</p><p>　?。?）若搶答后選手答題的時間超過2分鐘，則系統(tǒng)發(fā)出嘀嘟聲提示答題結(jié)束。</p><p>　　優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸

43、出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動計時與報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過搶答隊伍編號鎖存電路和數(shù)據(jù)分配電路實現(xiàn)對每組計分電路的控制，有主持人開關(guān)控制加減計分，以上構(gòu)成拓展電路。</p><p>　　利用本次設計出的電路制造成的定時搶答器，即可輕松實現(xiàn)在6人或6個代表隊之間進行的搶答比賽中進行控制，使得這一活動更加趣味、公平。</p><p><b>　　2.設計內(nèi)容及要求<

44、;/b></p><p>　　在許多比賽活動中，為了準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設置一臺搶答器，通過數(shù)顯、燈光及音響等多種手段指示出第一搶答者。同時還可以設置記分、犯規(guī)及獎勵記錄等多種功能。該設計就是針對上述各種要求設計出的供6名選手參賽使用的數(shù)字式競賽搶答器。 </p><p><b>　　本題要求是：</b></p><p&

45、gt;　?。?）．設計制作一個可容納六組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設計一個搶答按鈕供搶答者使用。</p><p>　?。?）．電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復位并發(fā)出搶答指令后，若參賽者按搶答開關(guān)，則該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的組別，同時揚聲器發(fā)出“嘀－嘟”的雙音音響持續(xù)2～3秒。此時，電路應具備自鎖功能，使別組的搶答開關(guān)不起作用。</p><p>　?。?/p>

46、3）．設置記分電路。每組在開始時預置成100分，搶答后由主持人記分，答對一次加10分，否則減10分。</p><p>　　（4）．設置定時電路。30秒時仍無人搶答，則報警電路工作表示搶答時間耗盡并禁止搶答。</p><p>　?。?）．設置犯規(guī)電路。對提前搶答和超時搶答的組別鳴喇叭示警，并由組別電路顯示出犯規(guī)組別。</p><p>　　3.總體方案系統(tǒng)框圖</

47、p><p>　　搶答器工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到”清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器置零；主持人將開關(guān)置撥至開始”狀態(tài)，宣布”開始”，搶答器工作。搶答定時器30秒倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示等功能。如果再次搶答必須由主持人再次操作”清除”和”開始”狀態(tài)開關(guān)。</p><p>　　二.

48、單元電路設計及其工作原理</p><p><b>　　1.搶答電路</b></p><p>　　該電路完成兩個主要功能：</p><p>　　一是在主持人按下開始開關(guān)后，分辨出選手按鍵的先后，并有正常搶答鎖存電路鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示該編號并禁止其他選手搶答，使其按鍵操作無效；</p><p>　　二

49、是在主持人未按下開關(guān)時，若有人提前搶答則由提前搶答電路鎖存提前搶答這的編號，同時譯碼顯示器顯示該編號，并輸出提前搶答信號驅(qū)動報警電路報警。</p><p>　　工作過程：開關(guān)S置于”清零”端時，輸出清零信號(低電平，是電路中所有計數(shù)器的清零信號)，正常搶答鎖存RS觸發(fā)器的 端均為0，其4個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的，使之處于工作狀態(tài)，此時提前搶答鎖存RS觸發(fā)器端均為1，若此時有人按下?lián)尨鸢粹o，其組別編號將

50、被提前鎖存電路鎖存同時由數(shù)碼管顯示，并輸出提前搶答信號(高電平)。當開關(guān)S置于”開始”時(提前搶答鎖存RS觸發(fā)器的端均為0,被清零)，輸出搶答開始信號(高電平)，提示搶答開始的發(fā)光二級管發(fā)光，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鈕按下時（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后輸出101給74LS48，經(jīng)譯碼數(shù)碼管顯示為”5”。此外，，經(jīng)過鎖存后輸入1至74LS148的，使74LS148處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵

51、松開即按下時，74LS148的 ,此時由于輸入的仍為鎖存后的信號為，所以74LS148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置于“清除”端，然后再進行下一輪搶答。</p><p><b>　　2.時鐘電路</b></p><p>　　時鐘電路為555構(gòu)成的周期為1s的多諧振蕩器，為整個計時電路提供時鐘信號

52、</p><p><b>　　3.計時電路</b></p><p>　　(1）搶答計時及揚聲器計時電路1</p><p>　　搶答計時電路為兩片74LS160組成的同步計數(shù)器，輸入脈沖為時鐘信號，有開始信號A啟動，當計數(shù)滿30(即30秒)或者有正常搶答信號B時停止。計數(shù)滿30時U56的QA=QB=1，ENT=(QA·QB=1為無人搶答

53、信號)，計數(shù)器停止計數(shù)。有正常搶答型號 ENP=，停止計數(shù)。</p><p>　　當有正常搶答信號，或前搶答信號，或無人搶答信號輸入時揚聲器計時電路開始工作，計數(shù)滿3時(即3秒)停止，停止原理同搶答計時器計數(shù)滿30時停止類似，在計數(shù)期間輸出揚聲器控制信號(高電平)，計數(shù)結(jié)束后控制信號為低電平，以此來控制揚聲器的發(fā)聲時間。</p><p>　　(2)答題計時器及揚聲器計時電路2<

54、/p><p>　　答題計時器由3片74LS160計數(shù)器組成，有正常答題信號啟動，計滿120(即120秒)停止，并且輸出答題時間到信號(高電平)停止原理同搶答計時器。由于連接了數(shù)碼管與譯碼器，答題者回答所用去的時間可以實時顯示。、</p><p>　　揚聲器計時電路2有答題時間到信號啟動，其工作原理同揚聲器計時電路1</p><p><b>　　4.提示報警電路

55、</b></p><p>　　報警電路由正常信號，或提前搶答信號，或無人搶答信號，或答題超時信號啟動。當輸入為正常搶答信號或答題超時信號時，在一個時鐘脈沖周期內(nèi)，時鐘信號為低電平時低頻振蕩器工作高頻振蕩器不工作，時鐘信號為高電平時則相反，因此揚聲器發(fā)出嘀嘟的提示聲音。當輸入為無人搶答信號時，只有低頻振蕩器工作，揚聲器發(fā)出低頻報警音。當輸入為提前搶答信號時，只有高頻振蕩器工作，揚聲器發(fā)出高頻報警音。&l

56、t;/p><p>　　由于揚聲器計時電路的控制，揚聲器的提示及報警時間均只有3秒。</p><p><b>　　5.小組提示燈電路</b></p><p>　　小組提示燈電路由74LS138數(shù)據(jù)分配器組成與發(fā)光二極管組成，當有人正常搶答時，組別編碼信號與正常搶答高電平信號輸入74LS138數(shù)據(jù)分配器，74LS138根據(jù)組別編碼將正常搶答的高電平信號

57、取非后輸出到正確的支路上，使相應組別前的搶答提示二極管發(fā)光。</p><p><b>　　6.計分電路</b></p><p>　　計分電路能實現(xiàn)對當前搶答小組加分、減分、預置100分功能。</p><p>　　六個計分小組的十位、百位（個位始終顯示零）分別用計數(shù)器74Ls192、顯示譯碼器74ls48、七段數(shù)碼管構(gòu)成。預置數(shù)都為100，計數(shù)器

58、用異步連接。主持人的置數(shù)開關(guān)同時控制六個計數(shù)器74ls192的置數(shù)端。加分開關(guān)通過數(shù)據(jù)分配器74ls138選擇控制某一個組，其地址變量為當前搶答小組的組號輸入（來自搶答信號），74138輸出端Q1-Q6分別連接十位的計數(shù)器的加法計數(shù)端up。每按動一次加法開關(guān)產(chǎn)生一個上升沿，計數(shù)器十位加1。同理，扣分開關(guān)的數(shù)據(jù)分配器Q1-Q6連接至74ls192的down端，實現(xiàn)減法計數(shù)顯示。</p><p>　　三.完整電路圖

59、(見附頁)</p><p><b>　　四.個人總結(jié)</b></p><p>　　本次電子實驗設計是對《數(shù)字電子技術(shù)》課程的實踐。通過這次電子設計，加深了對課程概念的理解，鍛煉了自己的動手能力。我在本組主要負責計分電路和提示亮燈電路。</p><p>　　在做電子設計的最開始階段，本小組完全處于迷茫的狀態(tài)。本實驗需要實現(xiàn)的功能較多，需要用到的電

60、路知識也比較全面。但是通過在網(wǎng)上搜索近似功能電路、查看老師給的部分電路參考以及盡心設計，基本完成了實驗要求的基本內(nèi)容，并盡可能做到用盡量少的元件完成更完美功能。</p><p>　　在設計電路過程中，遇到了大量概念理解不熟悉的情況，特別是555計時器的相關(guān)知識。通過翻看課本、網(wǎng)絡查詢等方式加深對很多知識的理解。雖然遇到了很多復雜難以解決的問題，但是通過努力解決后會獲得極大的成就感，有次也產(chǎn)生了對本門課程更多得興趣

61、。通過設計也認識了74ls192等課程學習中沒有認識到的功能元件，認識到了自己用一些簡單的元件的組合原來是可以完成很多功能的。</p><p>　　同時，通過這次實踐認識到了自己的不足。有些相當然的設計看似正確，但是仿真卻無法通過。真正的電子設計是需要掌握每一個細節(jié)的，而并非像考試那樣做對一部分就能得一部分的分。所以，學習需要盡心，不能得過且過。</p><p>　　最后，由于我們的知識水

62、平有限，雖盡心設計，但依然會有一些不如意的地方，希望老師見諒并斧正。</p><p><b>　　原件清單</b></p><p>　　共陰極數(shù)碼管×2274LS48N×2274LS279N×274LS148N×1 74LS138N×374LS192N×1274LS160N&

63、#215;774LS08N×374LS02N×274LS00N×4</p><p>　　100Ω電阻×112400Ω電阻×21kΩ電阻×224kΩ電阻×210kΩ電阻×747kΩ電阻×151kΩ電阻×1</p><p>　　10uf

64、電容×310nf電容×3</p><p>　　按鈕×10單刀雙置開關(guān)×1紅色發(fā)光二極管×6藍色發(fā)光二極管×1PNP三極管×1蜂鳴器×1</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，唐治德，科

65、學出版社</p><p>　　《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》，宋衛(wèi)海，楊現(xiàn)德，北京大學出版社</p><p>　　《數(shù)字電子技術(shù)實驗》，夏鳴風，重慶大學電氣工程學院</p><p>　　一 設計任務 </p><p><b>　　數(shù)字式競賽搶答器</b></p><p><b>　　二 設計

66、條件</b></p><p>　　本設計基于學校實驗室Multisim8.0仿真軟件和計算機.</p><p><b>　　三 設計要求</b></p><p>　　設計制作一個可容納4組的數(shù)字式搶答器，每組設置一個搶答按鈕供搶答者使用。</p><p>　　根據(jù)數(shù)字式搶答器的功能和使用步驟，設計搶答者的輸入

67、搶答鎖定電路、搶答者序號編碼、譯碼和顯示電路。</p><p>　　設計定時電路，聲、光報警或音樂片驅(qū)動電路。</p><p>　　設計控制邏輯電路，啟動、復位電路。</p><p><b>　　四 設計內(nèi)容</b></p><p><b>　　1．設計思想</b></p><p

68、>　　根據(jù)設計的要求分塊設計搶答、鎖存、計時、顯示、和報警功能。</p><p>　?。?）搶答和鎖存電路要求能夠?qū)π盘栠M行存儲和所定，可用觸發(fā)器組成。</p><p>　　（2）對于顯示部分就直接用編碼器、七段數(shù)碼管驅(qū)動譯碼器和七段數(shù)碼管組成。</p><p>　?。?）計時電路是按秒進行倒計時,所以計時電路可以減法計數(shù)器、秒脈沖生成電路、和顯示電路。由于電

69、路對秒脈沖信號的占空比要求的不高所以可以用555定時器構(gòu)成多諧振蕩電路來實現(xiàn).</p><p>　?。?）報警電路，按題目要求可采用聲、光報警，光報警用發(fā)光二極管電路實現(xiàn)聲報警用蜂鳴器來實現(xiàn)。</p><p>　　各個模塊設計好后要把各個模塊組合起來進行調(diào)試,主要是解決題目中要求的多個鎖定問題：</p><p>　　（1）搶答后搶答電路的鎖定功能。</p>

70、;<p>　?。?）搶答后計時器的鎖定功能。</p><p>　?。?）計時結(jié)束后無人搶答時搶答電路的鎖定功能。</p><p>　?。?）計時結(jié)束后無人搶答時計時器的鎖定功能。</p><p>　　2．電路結(jié)構(gòu)與原理圖</p><p>　　根據(jù)設計要求和設計思路畫出搶答器的組成框圖:</p><p>　

71、　圖(1)四人智力競賽搶答器系統(tǒng)框圖</p><p>　?、庞|發(fā)鎖存電路分析:</p><p>　　圖(2)觸發(fā)鎖存電路</p><p>　　圖(3) 74LS175的管腳圖</p><p>　　觸發(fā)鎖存電路主要是由集成寄存器74LS175、四輸入與非門74LS20和二輸入與非門74LS00構(gòu)成.一個4位的集成寄存器74LS175的管腳圖。其

72、中CLR是異步清零控制端。在往寄存器中寄存數(shù)據(jù)或代碼之前，必須先將寄存器清零,否則有可能出錯。1D～4D 是數(shù)據(jù)輸入端,在CP 脈沖上升沿作用下，1D～4D端的數(shù)據(jù)被并行地存入寄存器。輸出數(shù)據(jù)可以并行從1Q～4Q 端引出，也可以并行從～端反碼引出。</p><p>　　開關(guān)J5是裁判開關(guān)，開關(guān)J1～J4是搶答開關(guān).開關(guān)閉合輸入高電平,斷開輸入低電平。當J5斷開時CLR端輸入為低電平對74LS175進行清零，～全為

73、高電平，輸入CLK的脈沖為有效脈沖。當開關(guān)J5閉合后選手可以進行搶答，如果J3閉合3D輸入為1相應的3Q輸出為1 ，輸出為0,而 、 、輸出為1，最后CLK的輸入為1,脈沖信號將無效觸發(fā)器被鎖定.</p><p><b>　　⑵顯示電路分析:</b></p><p>　　顯示電路由8線—3優(yōu)先編碼器74LS148、與非門、集成七段顯示譯碼器7448和七段共陰數(shù)碼管組成

74、。由于74LS148輸出的是反碼所以74LS148輸出的信號首先用反碼器反相后再由譯碼器譯碼并最終在七段數(shù)碼管上顯示出結(jié)果.</p><p><b>　　圖(4) 顯示電路</b></p><p>　　由于74LS148的輸入端低電平有效，所以74LS175的反相輸出端～直接與74LS148的輸入端D0、D1、D2、D3連接。74LS48輸入信號為BCD碼，輸出端為

75、OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG共7線，另有3條控制線、、。端為測試端。在端接高電平的條件下，當=0時，無論輸入端A、B、C、D為何值，OA～OG輸出全為高電平，使7段顯示器件顯示“8”字型，此功能用于測試器件。端為滅零輸入端。在=1，條件下，當輸入A、B、C、D=0000時，輸出OA～OG全為低電平，可使共陰LED顯示器熄滅。但當輸入A、B、C、D不全為零時，仍能正常譯碼輸出，使顯示器正常顯示。端為消隱輸入端。該輸入端具有最高

76、級別的控制權(quán)，當該端為低電平時，不管其他輸入端為何值，輸出端OA～OG均為低電平，這可使共陰顯示器熄滅。另外，該端還有第二功能——滅零信號輸出端，記為。當該位輸入的A、B、C、D=0000且時，此時輸出低電平；若該位輸入的A、B、C、D不等于零，則輸出高電平。若將與配合使用，很容易實現(xiàn)多位數(shù)碼顯示時的滅零控制。例如對整數(shù)部分，將最高位的接地，這樣當最高位為零時“滅零”，同時該位輸出低電平，</p><p>　　7

77、4LS48可直接驅(qū)動共陰極LED數(shù)碼管而不需外接限流電阻。此處要是保持數(shù)碼管不黑屏就將BI/RB0，RBI置1就可以了，是檢查數(shù)碼管的好壞的，如果不需要的話直接接高電平。其他端口按照OA、OB、OC、OD、OE、OF、OG的對應關(guān)系連接好以保證顯示正確，確保接地成功。</p><p>　?、强深A置到計時計時電路分析:</p><p>　　圖(5) 可預置到計時計時電路</p>

78、<p>　　倒計時電路主要由集成計數(shù)器74LS192，秒脈沖電路和顯示電路組成。該部分的顯示電路和搶答顯示電路基本相同這里就不在贅述下面主要分析一下計數(shù)部分和脈沖部分.</p><p>　　首先對74LS192的功能做一下說明:</p><p>　?、佼惒街脭?shù)功能，為異步置數(shù)控制端，低電平有效。當CLR=0、=0時，D3、D2、D1、被置數(shù)，不受CP脈沖的控制。②加減法計數(shù)，當

79、CLR=0和=1，而減數(shù)計數(shù)輸入端CPd為高電平 ，計數(shù)脈沖從加法計數(shù)端CPu輸入時進行加法計數(shù)，③當CPd 和CPu的條件互換時則進行減法計數(shù)。④保持，當CLR=0 =1，且CPd=CPu=1時計數(shù)器處于保持狀態(tài)。</p><p>　　當開關(guān)J5斷開時CLR=O、=0 此時計數(shù)器處于置數(shù)狀態(tài),裁判員可以根據(jù)題目的難易程度通過修改74LS192四個輸入來調(diào)整計時的時間并在計時數(shù)碼管上顯示設定的時間。當J5閉合計

80、時器開始倒計時，要是在計時沒有完成前有選手按下了搶答器的按鍵,搶答器被鎖定的同時主控電路也會把倒計時電路鎖定。鎖定的原理就是把脈沖信號鎖定從而使計時電路處于保持狀態(tài)顯示搶答時的時間。如果計時結(jié)束仍然沒有選手搶答，74LS192四個輸出端輸出的信號分別經(jīng)過非門后再經(jīng)過一個與非門74LS20,</p><p>　　74LS20的輸出信號同時把74LS192和74LS175的CP脈沖信號鎖定使計時器顯示為0不變使搶答電

81、路被鎖定搶答無效。</p><p>　　用555集成電路組成多諧振蕩電路為計時系統(tǒng)提供脈沖。</p><p>　　用555定時器構(gòu)成多諧振蕩器的電路和工作波形如下圖所示:</p><p>　　（a）多諧振蕩器電路 （b）工作波形</p><p>　　圖(6) 多諧振蕩器電路和工作

82、波形</p><p>　　接通電源后，假定是高電平，則T截止，電容C充電。充電回路是VCC—R1—R2—C—地，按指數(shù)規(guī)律上升，當上升到2/3VCC時（TH、端電平大于2/3VCC），輸出翻轉(zhuǎn)為低電平。是低電平，T導通，C放電，放電回路為C—R2—T—地，按指數(shù)規(guī)律下降，當下降到1/3VCC時（TH、端電平小于1/3VCC），輸出翻轉(zhuǎn)為高電平，放電管T截止，電容再次充電，如此周而復始，產(chǎn)生振蕩，經(jīng)分析可得<

83、/p><p><b>　　輸出高電平時間 </b></p><p><b>　　輸出低電平時間 </b></p><p><b>　　振蕩周期 </b></p><p><b>　　⑷報警電路分析:</b></p><p>　　圖

84、(7)聲音報警電路</p><p>　　聲音報警電路采用單穩(wěn)觸發(fā)器驅(qū)動蜂鳴器來實現(xiàn)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的工作特點是：只有一個穩(wěn)定狀態(tài)，即無信號觸發(fā)時，電路處于穩(wěn)定狀態(tài)；在外來觸發(fā)脈沖作用下，可從穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到暫穩(wěn)態(tài)，經(jīng)過一段時間后又自行回到穩(wěn)定狀態(tài)。  </p><p>　　圖(8) 門電路單穩(wěn)觸發(fā)器</p><p>　　圖(8)所示與非門組成的微分型單穩(wěn)態(tài)觸

85、發(fā)電路。Rd、R的取值足以保證觸發(fā)器處于G1導通、G2截止的穩(wěn)定狀態(tài)，此時，電容C兩端沒有電壓。當負極性觸發(fā)脈沖UI加至由Cd、Rd構(gòu)成的微分電路后，就產(chǎn)生出負的尖脈沖，致使G1門截止，U1為高電平，因C上電壓不能突變，所以此時uR也為高電平，G2門飽和，觸發(fā)器轉(zhuǎn)入到暫穩(wěn)狀態(tài)。即使觸發(fā)脈沖過去，電路也還保持這一狀態(tài)暫時不變。此后，Vo1通過C、R回路對C充電，uR的電平隨之降低。一旦uR低于門電路的關(guān)門電平，G2門截止U2為高電平，于是

86、，G1導通，U1為低電平。暫穩(wěn)狀態(tài)結(jié)束，電容C開始放電，經(jīng)短暫時間，放電完畢，電路完全恢復到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。待下一個觸發(fā)脈沖來到，再次重復以上過程。該電路各點電壓波形，。微分電路 R、C決定暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時間。</p><p>　　光報警電路采用發(fā)光二極管電路，當開關(guān)閉合時對應的二極管就會發(fā)光，如果J5還沒有閉合其他開關(guān)就閉合的話他們的二極管就會發(fā)光進行報警裁判就可以知道是那位選手提前按了搶答按鍵。當計時器顯示到0

87、還沒有選手搶答的話顯示器顯0的同時紅色發(fā)光二極管就會發(fā)光提醒選手和裁判時間已經(jīng)到了。</p><p>　　圖(9)完整仿真電路圖</p><p>　　3．計算、仿真過程和結(jié)果 </p><p>　　1．對多諧振蕩周期的計算：本設計需要的是秒脈沖所以周期應該為一秒設C=10uF則由 計算出需要電阻的大小</p><p>　　2仿真結(jié)果符合設計

88、的要求下面分別介紹:</p><p>　　圖(10)搶答仿真結(jié)果</p><p>　　(1)該個智力競賽搶答器,可同時供4名選手或4個參賽隊參加比賽,他們的編號分別是1,2,3,4,各用一個搶答按扭,按扭的編號與選手的編號相對應. 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能,搶答開始后,若有選手按動搶答按鈕,編號立即鎖存,并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號,此外還禁止其他選手搶答其他選手再操作時將為無效

89、操作,優(yōu)先搶答選手的編號顯示一直要保持到主持人將系統(tǒng)清零為止.</p><p>　　(2)主持人控制開關(guān)為J5,用來控制系統(tǒng)的清零(編號顯示數(shù)碼管燈滅)和搶答開始計時器的置數(shù)與倒計時開始.當J5斷觸發(fā)鎖存電路清0計時電路置數(shù)，當J5閉合可以進行搶答計時電路開始倒計時并用顯示器顯示。</p><p>　?。?）搶答器具有定時搶答的功能,且一次搶答的時間可以由支持人設定(如9S).裁判啟動&q

90、uot;開始"鍵后,參賽選手在設定的時間內(nèi)搶答,搶答有效,定時器停止工作,顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間,并保持到支持人將系統(tǒng)清零為止. </p><p>　　圖(11)倒計時結(jié)束時無人搶答結(jié)果圖</p><p>　　(4)如果定時搶答的時間已到,卻沒有選手搶答時,本次搶答無效,如圖(11)所示發(fā)光二極管將發(fā)光報警蜂鳴器也將發(fā)出報警警報 ,同時封鎖輸入電路禁止選手超時后搶

91、答如上圖中J3雖然按下但不在顯示,時間顯示器上顯示0。</p><p>　?。?）當每個開關(guān)按下的時候相對應的二極管就會發(fā)光做為光報警。如圖(10)所示開關(guān)J2和J5閉合它們所對應的二極管發(fā)光.</p><p><b>　　4．元器件清單</b></p><p><b>　　5.設計和使用說明</b></p>

92、<p>　　本搶答器為四路搶答器J1、J2、J3、J4分別為搶答開關(guān)，J5為裁判開關(guān)當裁判開關(guān)閉合時可以進行搶答,最先按下開關(guān)的選手對應的號碼將在數(shù)碼管上顯示同時計時電路還記下選手搶答時的時間.計時器的倒計時的時間可有裁判設定最大為9秒.如果9秒之內(nèi)沒有選手搶答此題無效,重新進行下一題的搶答.</p><p><b>　　五、設計心得體會</b></p><p

93、>　　在設計之前，參考了許多相關(guān)的資料，從網(wǎng)絡上下載了原理圖。在設計中又參考了以前講過的四路搶答器的原理圖，有了基本的思路。 但著手設計時，又出現(xiàn)了許多未預料到的問題，例如元件的選擇：在選擇編碼器時，是采用普通編碼器還是優(yōu)先編碼器。普通編碼器中，任何時刻只允許輸入一個編碼信號，否則輸出將發(fā)生混亂。所以選擇了優(yōu)先編碼器。但是74LS系列中眾多不同管腳的類型，選擇哪個作編碼器。經(jīng)過查找，選擇了8線-3線的74LS148，因為想用數(shù)字的

94、形式顯示搶答者的編號，所以選擇了數(shù)碼顯示管，但數(shù)碼顯示管不能直接和74LS148相連，數(shù)碼顯示管需要由TTL或CMOS集成電路驅(qū)動，所以在TTL還是CMOS集成電路上又進行了比較和選擇。最后選擇了專用頻道數(shù)顯譯碼器74LS48，用它將74LS148輸出的二進制代碼經(jīng)過反相后的信號譯成相對應的高、低信號，用其作為數(shù)碼顯示管的驅(qū)動信號，數(shù)碼顯示管顯示出相對應的選手編號。在這次設計中我遇到的最大的困難就是我把各個電路模塊設計好后要如何把他們組

95、合起來，怎樣讓計時電路和主控電路建立起適當?shù)姆答?，使選手搶答時計市時器停止工作，當計時器顯示到0時如果沒有人搶答計時器將顯示并將</p><p>　　通過這次4路搶答器的設計，我發(fā)現(xiàn)了以往學習中的許多不足，也讓我掌握了以往許多掌握的不太牢的知識，感覺學到了很多東西?？傮w來說，這次實習我受益匪淺。在摸索該如何設計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設計思維，增加了實際操作能力。在讓我體會到了設計電

96、路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。</p><p><b>　　六.參考資料</b></p><p>　　1、數(shù)字集成電路應用300例，黃繼昌等主編。，人民郵電出版社</p><p>　　2、第二屆全國大學生電子設計競賽組委會編．全國大學生電子設計競賽獲獎作品選編（1994～1995）．北京：北京理工大學出版社，1997．</

97、p><p>　　3、電子電路設計與實踐，姚福安編著。山東科學技術(shù)出版社</p><p>　　4、電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分），康華光主編。第四版．北京：高等教育出版社.</p><p>　　5、數(shù)字邏輯電路設計與實驗，繩廣基編著。上海交通大學出版社， 1989．</p><p>　　6、中國集成電路大全TTL集成電路，《中國集成電路大全》編寫委員會編