課程設(shè)計(jì)報(bào)告---八路智力競(jìng)賽搶答器

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告書(shū)</b></p><p>　　題目: 八路智力競(jìng)賽搶答器 </p><p>　　課 程：電子線(xiàn)路課程設(shè)計(jì)</p><p>　　專(zhuān) 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　2

2、012 年 10 月 24 日 </p><p>　　信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　八路智力競(jìng)賽搶答器是一個(gè)可供八個(gè)參賽組進(jìn)行智力競(jìng)賽的電路裝置, 該裝置由主體電路與擴(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)

3、警電路, 以上兩部分組成主體電路。通過(guò)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。本文詳細(xì)介紹了搶答器的設(shè)計(jì)方案、功能及在設(shè)計(jì)過(guò)程中所做的改進(jìn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 搶答電路;定時(shí)電路; 報(bào)警電路;時(shí)序控制</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 任務(wù)提出與方案論證6</p&g

4、t;<p>　　1.1 設(shè)計(jì)功能要求6</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)步驟要求6</p><p>　　1.3 方案設(shè)計(jì)與論證7</p><p><b>　　2 總體設(shè)計(jì)8</b></p><p>　　2.1 總體框架設(shè)計(jì)及總電路圖8</p><p>　　3 單元電路設(shè)計(jì)

5、10</p><p>　　3.1搶答電路設(shè)計(jì)10</p><p>　　3.2定時(shí)電路設(shè)計(jì)12</p><p>　　3.2 報(bào)警電路設(shè)計(jì)13</p><p>　　3.2時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)14</p><p><b>　　4 總結(jié)16</b></p><p><b

6、>　　參考文獻(xiàn)18</b></p><p>　　1 任務(wù)提出與方案論證</p><p>　　1.1 設(shè)計(jì)功能要求</p><p>　　( 1)搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽, 分別用8個(gè)按鈕S0~ S7表示。</p><p>　　( 2)設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān)S, 該開(kāi)關(guān)由主持人控制。</p>

7、<p>　　( 3)搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕, 鎖存相應(yīng)的編號(hào), 并在LED數(shù)碼管上顯示, 同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存, 優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p>　　( 4)搶答器具有定時(shí)搶答功能,且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定(如30秒)。當(dāng)主持人啟動(dòng)/ 開(kāi)始0鍵后, 定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí), 同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響, 聲響持續(xù)的時(shí)間0. 5

8、秒左右。</p><p>　　( 5)參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答,搶答有效, 定時(shí)器停止工作,顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間, 并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p>　　( 6)如果定時(shí)時(shí)間已到, 無(wú)人搶答,本次搶答無(wú)效, 系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答, 定時(shí)顯示器上顯示00。</p><p>　　1.2 設(shè)計(jì)步驟要求</p><p>

9、;　?。?）、擬定電路的組成框圖，要求能實(shí)現(xiàn)所有功能，使用的元器件少，成本低。</p><p>　?。?）、設(shè)計(jì)并安裝電路，要求布線(xiàn)整齊、美觀，便于級(jí)聯(lián)和調(diào)試。</p><p>　　（3）、測(cè)試所設(shè)計(jì)搶答器的邏輯功能，滿(mǎn)足各項(xiàng)功能要求。</p><p>　　（4）、畫(huà)出整機(jī)邏輯電路圖。</p><p>　?。?）、寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告。</p&

10、gt;<p>　　1.3 方案設(shè)計(jì)與論證</p><p><b>　　方案一: </b></p><p>　　1.30秒定時(shí)器可由一片74LS161來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)74LS161輸出為1111時(shí)通過(guò)與非門(mén)將脈沖信號(hào)截止顯示器停留在30上。 2. 搶答器部分由8位選手的開(kāi)關(guān)及自己根據(jù)實(shí)際情況用與非門(mén)連接成的簡(jiǎn)單譯碼器輸出接七段譯碼器七段

11、譯碼器接數(shù)字顯示器。搶答成功的選手對(duì)應(yīng)的燈亮且數(shù)字顯示其編號(hào)。 3.時(shí)基脈沖選用實(shí)驗(yàn)室提供的信號(hào)發(fā)生器。 4.報(bào)警部分當(dāng)計(jì)時(shí)器計(jì)到30時(shí)輸出一個(gè)高電平使二極管發(fā)光且發(fā)出報(bào)警聲。 </p><p><b>　　方案二: </b></p><p>　　1.30秒定時(shí)器可由兩片74LS192構(gòu)成。當(dāng)?shù)谝黄瑸榱慵摧敵?111時(shí)通過(guò)74LS20將脈

12、沖信號(hào)截止使其顯示為00。 2.搶答器部分由一74LS148優(yōu)先編碼器實(shí)現(xiàn)搶答功能用74LS373將選手代碼鎖存直到主持人清零為止然后用7段譯碼器顯示選手代碼。 3.脈沖產(chǎn)生電路可由一74LS121來(lái)產(chǎn)生提供給定時(shí)電路及聲響電路。 4.報(bào)警部分由一NE555定時(shí)器來(lái)控制當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為零時(shí)產(chǎn)生報(bào)警聲響。 </p><p>　　經(jīng)過(guò)分析及研究我決定用第二種方案因?yàn)樗鼘?duì)我們比較實(shí)際

13、大部分元器件我們已經(jīng)學(xué)過(guò)而且原理較簡(jiǎn)單現(xiàn)在應(yīng)用到設(shè)計(jì)中來(lái)提高我們對(duì)這些元件的記憶加深對(duì)他們的了解為以后的設(shè)計(jì)提供了較好的應(yīng)用。 </p><p><b>　　2 總體設(shè)計(jì)</b></p><p>　　2.1 總體框架設(shè)計(jì)</p><p>　　定時(shí)搶答器的總體框圖（如圖2.1）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

14、答功能，即開(kāi)始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答按鈕時(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><b>　　圖2.1</b></p><p>　　如圖所示為總體方框圖。工作原理為：接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到“清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開(kāi)關(guān)置;開(kāi)始"狀態(tài)，宣布

15、“開(kāi)始”搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開(kāi)始”狀態(tài)開(kāi)關(guān)。</p><p><b>　　總電路圖：</b></p><p><b>　　3 單元電路設(shè)計(jì)</b

16、></p><p><b>　　3.1搶答電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)電路如圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74L373 來(lái)完成。該電路主要完成兩個(gè)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(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無(wú)效。</p>

17、<p><b>　　圖2</b></p><p>　　工作過(guò)程：開(kāi)關(guān)S為高電平時(shí)，74LS373的OE端為高電平，EO控制的LE端為低電平，74LS373處于非工作狀態(tài)。而74LS148的使能信號(hào)EI接地，所以74LS也處于工作狀態(tài)，整個(gè)電路處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)將單刀雙擲開(kāi)關(guān)接低電平時(shí)， </p><p>　　74LS373的OE端為低電平，EO控制的LE

18、端為高電平，74LS373處于工作狀態(tài)。</p><p>　　74LS148也處于工作狀態(tài)，整個(gè)電路等待按鍵的輸入信息。</p><p>　　當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如按下S3），Q5=0，同時(shí)74LS的片選輸出信號(hào)GS和時(shí)能輸出EO電平交換，GS端變?yōu)榈碗娖剑珽O端變?yōu)楦唠娖剑?4LS373的LE端變成低電平，數(shù)據(jù)被鎖存。輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)74LS83加一處理后，傳送至譯碼器74LS48，此

19、時(shí)由74LS148E的EO控制的BI/RBO為高電平，所以74LS48可以工作，將傳來(lái)的信號(hào)經(jīng)譯碼后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼光顯示該數(shù)字?！?lt;/p><p>　　當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為EO＝１，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端LE＝１，所以74LS373仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，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(kāi)關(guān)重新置高電平，然后再進(jìn)行下一輪搶答。74LS148為8線(xiàn)－3線(xiàn)優(yōu)

20、先編碼器，表1為其功能表。</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　3.2 定時(shí)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　節(jié)目主持人根據(jù)搶答器的難易程度，設(shè)計(jì)一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖3。</p>&l

21、t;p>　　原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)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74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組

22、成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒(méi)有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)， 輸出

23、低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無(wú)效。</p><p>　　為了準(zhǔn)確地計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)中不能缺少秒脈沖產(chǎn)生電路，即能產(chǎn)生周期為一秒的脈沖的電路。 用555設(shè)計(jì)的秒脈沖產(chǎn)生電路 因?yàn)橹芷跒橐幻?，所以頻率是1赫茲。圖中電容的充放電時(shí)間分別是： t1=R2×C1×ln2≈0.7R2×C.t2=(R1+R2)×C×ln2≈0.7(R1+R2)C.

24、 所以555的3端輸出的頻率為： f=1/(t1+t2)≈1.43/[(2R1+R2)C] 我們采用的電阻和電容值分別是: R1=15KΩ，R2=64KΩ，C1=10uf,滿(mǎn)足上式，即得到的是秒脈沖</p><p><b>　　3.3報(bào)警電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　由555 芯片構(gòu)成多諧振蕩電路 ,555 的輸出信號(hào)再經(jīng)三極管放大 ,從而推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。

25、</p><p>　　控制電路包括時(shí)序和報(bào)警兩個(gè)電路 ,如圖4 所示。控制電路需具有以下幾個(gè)功能。 主持人閉合開(kāi)關(guān)揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,多路搶答器電路和計(jì)時(shí)電路進(jìn)入正常狀態(tài); 參賽者按鍵時(shí) ,揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作; 搶答時(shí)間到 ,無(wú)人搶答 ,揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作</p><p><b>　　圖4</b></p>&

26、lt;p>　　3.4 時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　時(shí)序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><p>　　主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)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>　　當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。</p><p>&l

27、t;b>　　圖5</b></p><p>　　當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，定時(shí)和定時(shí)電路停止工作。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間。</p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)歷了幾個(gè)星期的查閱資料和理論分析，終于完成了課程設(shè)計(jì)的仿真和論文。經(jīng)歷了這次課程設(shè)計(jì)，

28、大大的提高了我的動(dòng)手能力以及分析問(wèn)題的能力，從中也學(xué)到了很多書(shū)面上所沒(méi)有搞清楚的問(wèn)題，也熟悉學(xué)會(huì)了應(yīng)用protues這個(gè)軟件來(lái)設(shè)計(jì)仿真電路。 這次課程設(shè)計(jì)讓我學(xué)到了很多有用的知識(shí)和能力，這對(duì)以后的學(xué)習(xí)和工作都是非常有益的。下面對(duì)本設(shè)計(jì)的思路進(jìn)行總結(jié)：</p><p>　　1、數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成</p><p>　　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

29、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。 </p><p>　　3、通過(guò)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。 </p><p>　　4、經(jīng)過(guò)仿真，數(shù)字搶答器成形。 這次課程設(shè)計(jì)的電路是比較復(fù)雜的。雖然以前在模電中接觸過(guò)一些電子電路，但在初期還是感到無(wú)從下手。這是我仿真使用的是protues軟件，感覺(jué)它比靈活易用，熟練以后十分

30、順手。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過(guò)程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通多次對(duì)電路的改進(jìn)，上機(jī)仿真調(diào)試，終于使整個(gè)電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計(jì)過(guò)程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過(guò)程很可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長(zhǎng)時(shí)間設(shè)計(jì)出來(lái)的電路還是需要重做，那時(shí)心中未免有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成

31、功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 實(shí)驗(yàn)階段我們遇到的問(wèn)題有：對(duì)軟件不熟悉；因?yàn)楦鱾€(gè)模塊是分開(kāi)做而后又組裝到一起的，能融合為一個(gè)整體，部分工作能行但是接到一起就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題;針對(duì)以上幾個(gè)問(wèn)題我們作出了以下的“對(duì)策”:軟件不熟悉，就借來(lái)參考書(shū)，一步一步的對(duì)著學(xué)，而且老師給的資料上也有軟</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)&