數(shù)電四路搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p>　　電子科學(xué)系電子信息科學(xué)與技術(shù)</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p>　　課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) </p><p>　　課題題目： 四路智能搶答器</p><p>　　專 業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù)</p><p><b>　　

2、姓 名： </b></p><p><b>　　學(xué) 號(hào)： </b></p><p><b>　　指導(dǎo)教師： </b></p><p>　　課題題目：四路智能搶答器</p><p><b>　　一、課程設(shè)計(jì)目的</b></p><

3、p>　　本次課程設(shè)計(jì)主要是配合《模擬電子技術(shù)》和《數(shù)字電子技術(shù)》理論課程而設(shè)置的一門實(shí)踐性課程，起到鞏固所學(xué)知識(shí)，加強(qiáng)綜合能力，培養(yǎng)電路設(shè)計(jì)能力，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)，啟發(fā)創(chuàng)新思想的效果。</p><p><b>　　二、初始條件：</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)，要求用集成電路：74LSl48，74LS192,74LS175，74LS160,74LS00，74

4、LS04，74LS20,74LS48,74LS32,555定時(shí)器和其它器件等，實(shí)現(xiàn)四路定時(shí)搶答功能。 </p><p>　　三、要求完成的主要任務(wù): </p><p>　　1、 可同時(shí)供4名選手（或代表隊(duì)）參賽，其編號(hào)分別是1到4，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)。給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零(編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈

5、)和搶答的開始。</p><p>　　2、搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，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。</p><p>　　3、搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間為10秒。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，要求定時(shí)器立即進(jìn)行加計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示。 </p><p&

6、gt;　　4、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,</p><p>　　顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止；如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，而沒(méi)有選手搶答時(shí)，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，定時(shí)顯示器上顯示0。</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　1 功能介紹…………

7、………………………………………3</p><p>　　1.1主要功能介紹…………………………………………3</p><p>　　1.2擴(kuò)展功能介紹…………………………………………3</p><p>　　2總體方案設(shè)計(jì)………………………………………….. …3</p><p>　　3單元模塊設(shè)計(jì)………………………………………….. …4<

8、/p><p>　　3.1搶答器控制端電路功能介紹…………………………………4</p><p>　　3.2定時(shí)時(shí)間電路………………………………………………. …5</p><p>　　3.3控制電路和報(bào)警電路………………………………………. …5</p><p>　　3.4振蕩電路………………………………………………………….6</p>

9、<p>　　4主要芯片介紹 ………………………………………………74.1 優(yōu)先編碼器 74LS148……………………………………7</p><p>　　4.2 計(jì)數(shù)器74LS192…………………………………………8</p><p>　　5四人搶答器仿真………………………………………. ……9</p><p>　　6系統(tǒng)調(diào)試 …………………………………

10、…………... …9</p><p>　　7參考文獻(xiàn)……………………………………………….. …11</p><p><b>　　1功能介紹</b></p><p>　　1.1主要功能介紹 （1）搶答器最多可供4名選手參賽，編號(hào)為1~4號(hào)，各隊(duì)分別用一個(gè)按鈕（分別為J1、J2、J3、J5）控制，并設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清零和搶答控制開關(guān)J4,J7，該開

11、關(guān)由主持人控制。 （2）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能,并將鎖存數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來(lái)，直到主持人清零。 （3）開關(guān)J4作為清零及搶答控制開關(guān)（由主持人控制），當(dāng)開關(guān)J4被按下時(shí)搶答電路清零，當(dāng)開關(guān)J7松開后則允許搶答。輸入搶答信號(hào)由搶答按鈕開關(guān)J1、J2、J3、J5實(shí)現(xiàn)。 （4）有搶答信號(hào)輸入（開關(guān)J1、J2、J3、J5中的任意一個(gè)開關(guān)被按下）時(shí)，并顯示出相 對(duì)應(yīng)的組別號(hào)碼。此時(shí)再按其他任何一個(gè)搶答器開關(guān)均無(wú)效，指示燈依舊“保持”

12、第一個(gè)開關(guān)按下時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)不變。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　1.2擴(kuò)展功能介紹 </p><p>　?。?）搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間為3秒。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示。</p><p>　?。?）參加選手在未開始搶答時(shí)按下

13、搶答鍵，則犯規(guī)。顯示器上顯示并閃爍選手的編號(hào)。 </p><p>　　（3）參加選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)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)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 </p><p>　　（4）如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器上顯示并閃爍0。</p><p>&l

14、t;b>　　2總體方案設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　?。?）主持人有開始鍵和復(fù)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(duì)號(hào)，如果犯規(guī)則閃爍顯示隊(duì)號(hào)。</p><p>　?。?）如果3秒內(nèi)沒(méi)有搶

15、答，則說(shuō)明該題超時(shí)作廢，用0閃爍表示。</p><p>　　（4）復(fù)位鍵用于恢復(fù)犯規(guī)或超時(shí)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?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置;開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，

16、搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示。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"開始"狀態(tài)開關(guān)。</p><p><b>　　圖1</b></p><p>　　3單元模塊設(shè)計(jì) </p><p>　　3．1搶答器控制端電路功能介紹&l

17、t;/p><p>　　設(shè)計(jì)電路見圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS175來(lái)完成。</p><p>　　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，</p><p>　　其按鍵操作無(wú)效。工作過(guò)程：開關(guān)自上而下，分別是J1,J2,J3

18、 J4,J5，J5是控制清零端，當(dāng)J5閉合（清零）時(shí)，計(jì)時(shí)模塊74LS160的MR端和搶答模塊74LS175的MR端都置1，使整個(gè)模塊處于等待工作狀態(tài)；當(dāng)J5斷開時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如按下J2），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)，4Q3Q2Q=010,經(jīng)譯碼顯示為“2”。此外，MR＝1，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中2號(hào)端）＝1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵

19、的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為CTR＝1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端為1，所以74LS148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J5開關(guān)重新置“清零”然后才可能進(jìn)行。 </p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　3．2定時(shí)時(shí)間電路功能介紹 原理及設(shè)計(jì)：</p&g

20、t;<p>　　該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)器74LS160、十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器74LS192、74LS48譯碼電路和1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。一塊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。74192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，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)， 輸出低電平

21、到時(shí)序控制電路，之后選手搶答無(wú)效。</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　3．3控制電路和報(bào)警電路 由555 芯片構(gòu)成多諧振蕩電路 ,555 的輸出信號(hào)再經(jīng)或門控制時(shí)序。控制電路包括時(shí)序和報(bào)警兩個(gè)電路 ,如圖3所示。控制電路需具有以下幾個(gè)功能： 主持人閉合開關(guān),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) ,搶答電路和計(jì)</

22、p><p>　　時(shí)電路停止工作; 搶答時(shí)間到 ,無(wú)人搶答 ,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作</p><p><b>　　3.4振蕩電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)需要產(chǎn)生頻率為500KHZ的脈沖信號(hào)，用于觸發(fā)器的CP信號(hào)，及頻率為1HZ信號(hào)用于計(jì)時(shí)電路。以上電路可用555定時(shí)器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過(guò)分頻得到。</p>

23、;<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(jìn)制編碼器真值表 </p><p>　　74LS148工作原理

24、如下： 該編碼器有8個(gè)信號(hào)輸入端，3個(gè)二進(jìn)制碼輸出端。此外，電路還設(shè)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(biāo)志GS。 當(dāng)EI=0時(shí)，編碼器工作；而當(dāng)EI=1時(shí)，則不論8個(gè)輸入端為何種狀態(tài)，3個(gè)輸出端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)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(lái)有效的情況。當(dāng)EI為0，且至少有一個(gè)輸入端有編碼請(qǐng)求信號(hào)（邏輯0）時(shí)，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志G

25、S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(gè)輸入端均無(wú)低電平輸入信號(hào)和只有輸入0端（優(yōu)先級(jí)別最低位）有低電平輸入時(shí)，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(dāng)GS＝1時(shí)，表示8個(gè)輸入端均無(wú)低電平輸入，此時(shí)A2A1A0=111為非編碼輸出；GS＝0時(shí)，A2A1A0=111表示響應(yīng)輸入0端為低電平時(shí)的輸出代碼（編碼輸出）。EO只

26、有在EI為0，且所有輸入端都為1時(shí)，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(jí)別的次為7，6，……，0。輸入有效信號(hào)為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級(jí)別高的輸入端無(wú)低電平輸入時(shí)，輸出端才輸出相對(duì)應(yīng)的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級(jí)別比它高的輸入6和輸入7均為1時(shí)，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原

27、理</p><p>　　4.3 計(jì)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><p>　?、郾３郑?CR=0，LD=

28、1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài) </p><p>　?、芗佑?jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計(jì)數(shù) </p><p>　?、轀p計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計(jì)數(shù)</p><p>　　74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。 </p>

29、<p>　　CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。</p><p>　　LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。 </p><p>　　CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。 </p><p>　　CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出 </p><p>　　BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。</p>

30、<p>　　圖4.3. 74LS192管腳引線圖</p><p><b>　　5四人搶答器仿真</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(jìn)行連接，然后啟動(dòng)開關(guān)觀察。下面，我們分兩部分對(duì)設(shè)計(jì)出的電路進(jìn)行proteus7.5仿真。我們將各部分電路在proteus7.5上連接好后，為各個(gè)電阻和電容選取適當(dāng)值，為各個(gè)

31、開關(guān)設(shè)置好適當(dāng)?shù)逆I盤打開數(shù)值（例如，為某一開關(guān)設(shè)為1連接，則啟動(dòng)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)字以及二極管的亮滅情況來(lái)判斷電路設(shè)計(jì)是否成功。</p><p>　　6系統(tǒng)調(diào)試 把上面所設(shè)計(jì)的單元電路連接起來(lái)可得到整機(jī)電路。</p><p>　　7.1搶答顯示功能測(cè)試（圖4）<

32、/p><p>　　7.2清零功能測(cè)試（圖5）</p><p>　　7.3倒計(jì)時(shí)功能測(cè)試(圖6)</p><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　圖5</b></p><p><b>　　圖6</b></p><p&g

33、t;<b>　　7參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】 閻 石. 數(shù)字電子電路. 北京：高等教育出版社. 2007</p><p>　　【2】 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）. 北京：高等教育出版社. 2000</p><p>　　【3】 任為民. 數(shù)字電子電路學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo). 北京：廣播電視大學(xué)出版社. 1992</