智力競賽搶答器課程設(shè)計報告

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　通過proteus仿真，設(shè)計出一個四人智力競賽搶答器，搶答器由主體電路與擴(kuò)張電路組成，整個搶答過程有主持人進(jìn)行控制，當(dāng)主持人將開關(guān)置于“搶答”狀態(tài)時，參賽者的搶答信號通過優(yōu)先編碼器74LS148進(jìn)行優(yōu)先性判斷，再將優(yōu)先搶答信號通過鎖存器74LS279進(jìn)行鎖存，以確保搶答的優(yōu)先性。同時，其也將帶動倒計時電路和計分電路的工作，如果

2、倒計時時間到了，沒有選手搶答，報警電路將發(fā)出警告信息。當(dāng)主持人將開關(guān)置于“清零”狀態(tài)時，此時，搶答信號失去作用，倒計時器和計分電路不能工作，若此時有人搶答，音響將發(fā)出報警信息，提示主持人對其進(jìn)行扣分處理。</p><p>　　關(guān)鍵詞：優(yōu)先性判斷； 鎖存；報警；proteus；74LS148；74LS192 </p><p><b>　　目錄</b></p>

3、;<p><b>　　1引言1</b></p><p>　　1.1設(shè)計的目的和意義1</p><p><b>　　1.2電路要求1</b></p><p><b>　　1.3擴(kuò)展功能1</b></p><p><b>　　2 系統(tǒng)設(shè)計1<

4、/b></p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計1</p><p>　　2.2 具體電路設(shè)計2</p><p>　　2.2.1 搶答電路的設(shè)計3</p><p>　　2.2.2 報警電路的設(shè)計4</p><p>　　2.2.3 倒計時電路的設(shè)計4</p><p>　　2.2

5、.4 計分電路的設(shè)計5</p><p>　　2.2.5 控制電路的設(shè)計6</p><p>　　2.3總體電路設(shè)計圖8</p><p>　　2.4系統(tǒng)主要元器件功能介紹9</p><p>　　2.5系統(tǒng)所用元器件14</p><p><b>　　3 總結(jié)15</b></p>

6、;<p>　　3.1本系統(tǒng)的優(yōu)缺點15</p><p>　　3.2心得體會15</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)17</b></p><p><b>　　1引言</b></p><p>　　1.1設(shè)計的目的和意義</p><p>　　智力競賽搶答器在現(xiàn)

7、實生活中很常見，尤其是隨著各種益智電視節(jié)目的不斷發(fā)展，越來越多的競賽搶答器被用在了其中，這種搶答器的好處不僅能夠鍛煉參賽選手的反應(yīng)能力，而且還能增加節(jié)目現(xiàn)場的緊張、活躍氣氛，讓觀眾看得更有情趣?？梢姄尨鹌髟诂F(xiàn)實生活中確實很實用，運用前景非常廣。同時，智力競賽也是一種生動活潑的教育形式和方法，通過搶答和必答兩種方式能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短時間內(nèi)，使人們增加一些科學(xué)知識和生活常識。</p><p>

8、<b>　　1.2電路要求</b></p><p>　　1、設(shè)計一個可容納4組參賽者的數(shù)字式搶答器的電路，每組設(shè)置一個搶答按鈕供參加競賽者使用。</p><p>　　2、電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能，在主持人發(fā)出搶答指令（以輸出按鍵信號為準(zhǔn)）之后，搶答有效，否則扣分。</p><p>　　3、設(shè)計計分電路，計分電路要求：每組在開始時預(yù)置

9、成100分，搶答后由主持人計分，答對一次加10分，打錯或提前搶答一次扣10分。</p><p>　　4、用七段譯碼顯示器和音響發(fā)生器觀察仿真結(jié)果。</p><p><b>　　1.3擴(kuò)展功能</b></p><p>　　為了活躍競賽現(xiàn)場氛圍，增加比賽的挑戰(zhàn)性，對電路又?jǐn)U展了倒計時功能。</p><p><b>

10、　　2 系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p>　　2.1 總體方案設(shè)計</p><p>　　根據(jù)系統(tǒng)的要求，搶答器具有鎖存、定時、顯示和報警功能。即當(dāng)搶答開始后，選手搶答按動按鈕，鎖存器鎖存相應(yīng)的選手編碼，同時，用LED數(shù)碼管把選手的編碼顯示出來，并且開始搶答時間的倒計時，同時，用LED數(shù)碼管把選手的所剩搶答時間顯示出來。而在選手按鍵搶答以及搶答時間倒計時到時的時候都有報警以提醒主

11、持人和選手，。搶答時間設(shè)定9秒，報警響聲持續(xù)1秒。接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)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，若不等主持人按下“開始”按鈕，選手進(jìn)行搶答，主持人將對其進(jìn)行扣分懲罰。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在規(guī)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、指示燈、揚聲器提示，同時，主持人根據(jù)選手答題情況，進(jìn)行加減分處理。當(dāng)

12、一輪搶答之后，定時器和搶答器停止工作，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)，才能進(jìn)行新一輪工作。由此，確定系統(tǒng)總體方案如圖1：</p><p>　　圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計方案</p><p><b>　　2.2具體電路設(shè)計</b></p><p>　　2.2.1 搶答電路的設(shè)計</p><p>　　該

13、電路完成兩個功能：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，指示燈和音響工作；二是禁止其他選手按鍵操作無效。</p><p>　　工作過程：當(dāng)主持人開關(guān)置于“清除”端時，74LS279的R端均為0，其輸出將為0，使數(shù)碼管顯示為0。當(dāng)主持人開關(guān)置于“開始搶答”時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手按鍵時（如一號選手搶答），74LS148的輸出經(jīng)74LS279鎖存后，使74LS279輸

14、出為1Q2Q3Q4Q=0011,經(jīng)譯碼后顯示為“1”，這時含有一號顯示燈的電路導(dǎo)通，一號燈發(fā)光，也將給一號音響電路一個高電平，使其工作。同時,4Ｑ＝１,使74LS148的EI＝１，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開時，此時仍有4Ｑ＝１，仍使74LS148的EI＝１，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(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。如要進(jìn)行第二次搶答，則需由主持人將Ｓ開關(guān)重新置于“清零”狀態(tài)后，才可以進(jìn)行下一

15、輪搶答。此外，如果當(dāng)主持人未宣布搶答開始時，某選手進(jìn)行搶答，此時該組的指示燈燈和音響將工作，提示主持人對此選手進(jìn)行懲罰。其工作電路圖如圖2：</p><p><b>　　圖2</b></p><p><b>　　報警電路的設(shè)計</b></p><p>　　該報警電路有門電路和音響組成，只有當(dāng)四個輸入端的輸入全部為低電平時，

16、經(jīng)過或非和與門后才能輸出高電平，此高電平經(jīng)三極管放大后推動音響工作，發(fā)出報警信息，其工作電路圖如圖3：</p><p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　倒計時電路的設(shè)計</b></p><p>　　根據(jù)要求，其設(shè)計的電路如圖4： </p><p><b>　　圖4&l

17、t;/b></p><p>　　該電路有555定時器提供定時脈沖信號，74LS192實現(xiàn)倒計時功能，并經(jīng)譯碼器譯碼后，在數(shù)碼管上顯示。其中，74LS192可預(yù)置數(shù)，由主持人控制。當(dāng)主持人開關(guān)置于清零端時，PL置低電位，進(jìn)行預(yù)置數(shù)，輸入端D0、D1、D2、D3的1001送至輸出，在數(shù)碼管上顯示數(shù)字9；當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_關(guān)后，PL置高電位，倒計時開始，計時由9-0開始計時。如果在規(guī)定的時間內(nèi)，沒有選手搶答，74

18、LS192的輸出端將通過門電路給出一個高電平信號作用于報警電路，此時報警電路將發(fā)出聲響，通知主持人此次搶答無效。</p><p>　　2.2.4 計分電路的設(shè)計</p><p>　　該計分器電路有兩個74LS192和一個D觸發(fā)器構(gòu)成，其電路如圖6：</p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　圖中74

19、LS192是一個同步十進(jìn)制加減計數(shù)器，PU為加計數(shù)端，PD 為減計數(shù)端，當(dāng)PU輸入高電平時，進(jìn)行加分，當(dāng)PD輸入高電平時，進(jìn)行減分。D觸發(fā)器主要使個位始終顯示0，由于搶答開始時，每位選手顯示100分，因此百位的74LS192置為1，十位的置為0。此外，為了適應(yīng)不同場合的需要，還對其進(jìn)行了預(yù)置分?jǐn)?shù)擴(kuò)展，此過程有主持人開關(guān)對百分位的PL端口進(jìn)行控制，其工作過程如下：</p><p>　　假如開始搶答時，當(dāng)有選手回答正

20、確時，主持人按下加分按鈕，U20接受到一個脈沖（U20的預(yù)置數(shù)為0，即D0D1D2D3=0000），此時U20輸出變?yōu)镈0D1D2D3=1000，即相當(dāng)于給選手加上10分，當(dāng)該選手再次回答正確時，主持人再次按下加分按鈕，U20再次接受到一個脈沖，此時U20輸出變?yōu)镈0D1D2D3=0100，即相當(dāng)于給再次選手加上10分，以此類推。</p><p>　　當(dāng)?shù)谑畟€脈沖到來時，U20的輸出端D0D1D2D3變?yōu)?101

21、，同時U20將給出一個進(jìn)位脈沖，作用于U18，此時U18的輸出端將輸出0100，即百位的數(shù)碼管顯示為2，此時該選手的得分為200分。</p><p>　　減分的工作過程和加分的相同，這里不再敘述。</p><p>　　2.2.5 控制電路的設(shè)計</p><p>　　控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能：1、主持人開關(guān)與倒計時電路的同步，其電路如圖7：

22、</p><p><b>　　圖7</b></p><p><b>　　其工作原理如下：</b></p><p>　　對于倒計時電路：主持人通過控制倒計時電路的74LS192的PL端口來控制計時的開始，當(dāng)主持開關(guān)處于“清零”狀態(tài)時，PL接低電平，此時74LS192將被預(yù)置成9，等待計時開始。如果主持人開關(guān)置于“搶答”狀態(tài)，

23、PL接高電平，計時開始。</p><p>　　對于計分電路：當(dāng)主持開關(guān)處于“清零”狀態(tài)時，百分位的74LS192的PL端口將接低電平，百分位被置成1，完成預(yù)置100分的要求。當(dāng)主持人開關(guān)置于“搶答”狀態(tài)時，其PL接高電平，此時進(jìn)入計分工作狀態(tài)。同時，還可以對其進(jìn)行分?jǐn)?shù)預(yù)置。</p><p>　　2、參賽者按鈕與倒計時電路同步，其電路如圖8：</p><p><

24、b>　　圖8</b></p><p>　　工作原理：當(dāng)主持人開關(guān)置于“搶答”狀態(tài)時，當(dāng)無選手搶答時，圖中的門電路輸入為0000，其輸出為低電平，作用于計時器74LS192的MR端口，計時器正常工作。此時如果有選手搶答，當(dāng)其按下按鈕時，門電路輸出將變?yōu)楦唠娖?，作用于MR，使計時器停止工作。</p><p>　　3、倒計時電路與報警電路的同步，其電路如圖9：</p>

25、;<p><b>　　圖9</b></p><p>　　工作原理：當(dāng)計時時間到，計時器顯示0，此時74LS192輸出0000，經(jīng)門電路后輸出高電平，使音響工作，發(fā)出報警信息。</p><p>　　2.3總體電路設(shè)計圖</p><p>　　根據(jù)設(shè)計要求，按照邏輯控制電路，將上述電路模塊組合在一起，設(shè)計出系統(tǒng)總體電路如圖：</p

26、><p><b>　　（待打印粘貼）</b></p><p>　　2.4總體電路設(shè)計圖</p><p>　　1 . 74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中，下面我就給大家介紹一下這個元件的一些參數(shù)與應(yīng)用技術(shù)等資料。</p><p>　　2 . 74LS279中文資料.:

27、</p><p>　　279為四個/R-/S 鎖存器，共有 54/74279 和 54/74LS279 兩種線路結(jié)構(gòu)型式,其主要電器特性的典型值如下(不同廠家具體值有差別):54279/74279 12ns 90mW54LS279/74LS279 12ns 19mW四個鎖存器中有 2 個具有 2 個置位端（/SA,/SB）。當(dāng)/S 為低電平，/R 為高電平時，輸出端 Q 為高電平。當(dāng)/S 為高電平，/R

28、為低電平時，Q 為低電平。當(dāng)/S 和/R 均為高電平時，Q 被鎖存在已建立的電平。當(dāng)/S 和/R 均為低電平時，Q 為不穩(wěn)定的高電平狀態(tài)。對/SA和/SB，/S的低電平表示/SA和/SB只要有一個為低電平，/S的高電平表示/SA和/SB均為高電平。引出端符號：1Q~4Q 輸出端/1S~/4S 置位端（低電平有效）/1R~/4R 復(fù)位端（低電平有效）</p><p>　　3 . 74LS148<

29、;/p><p>　　在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時輸入兩個以上編碼信號。不過在設(shè)計優(yōu)先編碼器時，已經(jīng)將所有的輸入信號按優(yōu)先順序排了隊。在同時存在兩個或兩個以上輸入信號時，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級高的輸入信號編碼，優(yōu)先級低的信號則不起作用。74148是一個八線-三線優(yōu)先級編碼器。</p><p>　　74148優(yōu)先編碼器為16腳的集成芯片，除電源腳VCC(16)和GND(8)外，其余輸入、輸出腳的作用

30、和腳號如圖中所標(biāo)。其中I0—I7為輸入信號，A2,A1,A0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號，IE是使能輸入端，OE是使能輸出端，GS為片優(yōu)先編碼輸出端。</p><p>　　由74148真值表可列輸出邏輯方程為：</p><p>　　A2 = (I4+I5+I6+I7)IE</p><p>　　A1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)·IE</p

31、><p>　　A0 = (I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)·IE</p><p>　　使能輸出端OE的邏輯方程為： </p><p>　　OE =I0·I1·I2·I3·I4·I5·67·IE </p><p>　　當(dāng)使能輸入IE=1時，禁止編碼、輸出

32、(反碼)： A2,A1,A0為全1。(如表5.1.2第一行所示。)</p><p>　　當(dāng)使能輸入IE=0時，允許編碼，在I0～I(xiàn)7輸入中，輸入I7優(yōu)先級最高，其余依次為：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等級排列。</p><p>　　OE為使能輸出端，它只在允許編碼(IE=0)， 而本片又沒有編碼輸入時為0。如表5.1.2中第二行所示)。</p><p>

33、　　擴(kuò)展片優(yōu)先編碼輸出端GS的邏輯方程為： </p><p>　　GS = (I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7)·IE</p><p>　　GS為片優(yōu)先編碼輸出端，它在允許編碼(IE=0)，且有編碼輸入信號時為0(如表5.1.2中第三至第十行)；若允許編碼而無編碼輸入信號時為1(如表5.1.2第二行)；在不允許編碼(IE=1)時，它也為1(如表5.1.2第一行)。G

34、S = 0表示“電路工作，而且有編碼輸入” </p><p>　　74148優(yōu)先編碼器真值表</p><p>　　用兩片74148優(yōu)先編碼器擴(kuò)展為十六線-四線優(yōu)先編碼器的連線圖</p><p>　　4 . 十進(jìn)制可逆計數(shù)器74LS192引腳圖管腳及功能表</p><p>　　74LS192是同步十進(jìn)制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清

35、除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：</p><p>　　圖3-4 74LS192的引腳排列及邏輯符號</p><p>　?。╝）引腳排列 (b) 邏輯符號</p><p>　　圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)端，為減計數(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為計數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、

36、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。</p><p><b>　　其功能表如下：</b></p><p>　　74LS192的功能表</p><p>　　5 . 555定時器</p><p>　　555定時器，它基本原理是，由于電容C的兩端的電壓不能突變，定時器的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R1、R2給

37、電容C充電，當(dāng)電容的電壓充到電源電壓的2/3時，555內(nèi)部的MOS管導(dǎo)通，輸出為低電平。接著電容通過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，MOS管截止電容放電停止，此時電源通過R1、R2再次向電容充電，如此反復(fù)，形成震蕩，從而在3端得到時鐘脈沖源輸出，根據(jù)公式：</p><p>　　周期T=（R1+2R2）×C×ln2=0.7（R1+2R2）C 。<

38、/p><p>　　它由3個阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電BJT以及緩沖器G 組成。</p><p>　　定時器的主要功能取決于比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電BJT T的狀態(tài)。圖中Rd為復(fù)位輸入端，當(dāng)Rd為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出Vo為低電平。因此在正常工作時，應(yīng)將其接高電平。</p><p>　　圖4.4

39、 555結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　由圖可知，當(dāng)5腳懸空時，比較器C1和C2的比較電壓分別為2/3Vcc和1/3Vcc。</p><p>　　當(dāng)VI1>2/3Vcc，VI2>1/3Vcc時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端Vo為低電平。</p><p>　　當(dāng)VI1<2/3Vcc，VI

40、2<1/3Vcc時，比較器C1輸出高電平,比較器C2輸出輸出低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，放電三極管截止，輸出端Vo為高電平。</p><p>　　當(dāng)VI1<2/3Vcc，VI2>1/3Vcc時，基本RS觸發(fā)器R=1、S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路以保持原狀態(tài)不變。</p><p>　　表4.2 555功能表</p><p>　　2.5系統(tǒng)所用元

41、器件</p><p>　　本系統(tǒng)所用的元器件清單如表1所示。</p><p>　　表1本系統(tǒng)所用元器件</p><p><b>　　3總結(jié)</b></p><p>　　3.1本系統(tǒng)的優(yōu)缺點</p><p><b>　　優(yōu)點：</b></p><p>　

42、　該電路系統(tǒng)能滿足小規(guī)模比賽的需要，系統(tǒng)電路運用了集成芯片，大大簡化工作過程；</p><p>　　該電路系統(tǒng)加入了一些增加比賽氛圍的環(huán)節(jié)，能使比賽更加有趣，使比賽充滿挑戰(zhàn)性；</p><p>　　該電路系統(tǒng)加入了一些可預(yù)置功能，可根據(jù)比賽需要進(jìn)行賽前調(diào)節(jié)，提高了其使用范圍。</p><p><b>　　系統(tǒng)需完善的地方：</b></p&

43、gt;<p>　　倒計時電路可以設(shè)成時間脈沖可調(diào)的，可以根據(jù)比賽過程中題目的難易程度進(jìn)行時間調(diào)整；</p><p><b>　　3.2心得體會</b></p><p>　　經(jīng)過兩周的課程設(shè)計,我學(xué)會了如何進(jìn)行電路設(shè)計及豐富了自己的理論知識和實踐實習(xí)能力,在設(shè)計過程中,加深了對組合和時序邏輯電路了解,同時也使得學(xué)過的知識得到了鞏固與復(fù)習(xí),在設(shè)計過程中，通過

44、翻閱資料，上網(wǎng)搜索等，我對各電路器件（如：74LS192、 555定時器和數(shù)碼管等）的功能和工作原理有了更深一層次的認(rèn)識，既增強(qiáng)了我的理解能力,也使我能更好的運用所學(xué)的知識。在設(shè)計的過程中，我也遇到一些問題，尤其在對自己設(shè)計的電路進(jìn)行調(diào)試時，經(jīng)過數(shù)十次的更改，最終還是得不到想要的結(jié)果。此時，我的信心受到了嚴(yán)重的打擊，內(nèi)心一片迷茫。面對這種情況，我曾經(jīng)想過放棄，但當(dāng)看到別的同學(xué)都在努力攻克自己的難題，我仿佛又有了信心。于是，我靜下心來，將

45、整個電路的工作過程重新分析了一遍，“黃天不負(fù)苦心人”，最終，我成功調(diào)試出了結(jié)果?？吹竭@一切，我內(nèi)心非常高興，自己的付出終于得到了回報。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 閻石主編. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）. 北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[2] 童詩白，華成英主編. 模