數(shù)電課程設計---多路智力競賽搶答器的設計

1、<p>　　數(shù) 字 電 路 課 程 設 計 報 告</p><p>　　設 計 題 目 多路智力競賽搶答器的設計 </p><p>　　學生專業(yè)班級 電子信息科學與技術 </p><p>　　學生姓名（學號） </p&

2、gt;<p>　　設計小組其他同學姓名（學號） </p><p>　　指 導 教 師 </p><p>　　完 成 時 間 2012.6.3 </p><p>　　實 習（設

3、計）地點 信息樓245 </p><p><b>　　2012年6月3日</b></p><p>　　多路智力競賽搶答器的設計</p><p><b>　　1設計目的</b></p><p>　　隨著各種智力競賽越來越多，在答題的過程中一般要分為必答

4、和搶答兩種。必答有時間的限制，到時間要警告。而搶答則要求參賽者做好充分的準備，等主持人說完題目，參賽者開始搶答，誰先按鈕，就由這個參賽者答題，但是很難確認誰先按的，因此使用搶答器來完成這一功能是很有必要的。</p><p>　　本設計是一個可供八個人搶答的多路搶答器?？梢燥@示優(yōu)先搶者的序號，幷同時有音響提示。幷具有倒計時功能。當鎖定時間到了的時候會有音響提示。當一次搶答完畢，可由主持人按復位鍵重新開始下一次搶答。

5、</p><p><b>　　2設計要求</b></p><p>　　掌握搶答器的工作原理及其設計方法。</p><p><b>　　1.基本功能</b></p><p>　?。?）設計一個智力競賽搶答器，可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽，他們的編號分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個

6、搶答按鈕，按鈕的編號和選手的編號相對應，分別是S0-S7。</p><p>　?。?）給節(jié)目主持人設計一個開關，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。</p><p>　　（3）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管行顯示出選手的編號，同時揚聲器給出音響提示。此外，要封存輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號

7、一致保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p><b>　　2.擴展功能</b></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主持人設定（如30S）。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，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時間0.5S左右。</p><p>　?。?）參賽選手在設定的

8、時間內搶答，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，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示00。</p><p><b>　　3設計原理及其框圖</b></p><p>　　數(shù)字

9、搶答器工作原理為：接通電源后，主持人將開關置“開始”狀態(tài)，搶答器工作，定時器倒計時。選手在定時時間內搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。具體的說，就是當搶答按鈕按下后，信號通過優(yōu)先編碼電路，從而封鎖其它搶答通道信號，通過譯碼電路后由7段數(shù)碼管顯示。并且，優(yōu)先編碼電路受擴展電路中的定時信號控制，當?shù)褂嫊r為0，則鎖上搶答電路，停止搶答。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由

10、主持人再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關。在擴展電路中，秒脈沖產生的電路通過定時電路控制搶答時間，并且，通過譯碼電路后由7段顯示器顯示。該顯示采用的是倒計時顯示，當?shù)褂嫊r結束后，則產生控制信號鎖上搶答通路。同時，若有搶答信號，則鎖上倒計時電路。時間顯示在7段數(shù)碼管上。</p><p><b>　　圖1總體框圖</b></p><p>　　4單元電路設計 </

11、p><p><b>　　搶答電路</b></p><p>　　此部分電路主要完成的功能是實現(xiàn)8路選手搶答并進行鎖存，同時有數(shù)碼顯示。使用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS279 來完成。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，其按鍵操作無效。工作

12、過程：開關S 置于"清除"端時，RS 觸發(fā)器的 R、S 端均為0，4 個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148 的優(yōu)先編碼工作標志端＝ 0，使之處于工作狀態(tài)。當開關S 置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148 的輸出經RS 鎖存后，CTR=1,RBO =1, 七段顯示電路74LS48 處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經譯碼顯示為“5”。此外，CT

13、R ＝1，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標志端＝１，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開時，74LS148 的 此時由于仍為CTR＝1，使優(yōu)先編碼工作標志端＝1， 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。只要有一組選手先按下?lián)尨鹌鳎?lt;/p><p><b>　　計時電路</b></p><p>　　該部分主要由5

14、55 定時器秒脈沖產生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192 減法計數(shù)電路、2 個 7 段數(shù)碼管即相關電路組成。完成的功能是當主持人按下開始搶答按鈕后，進行30s倒計時。當有人搶答時，計時停止。兩塊74LS192 實現(xiàn)減法計數(shù)， 顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產生電路提供。74LS192 的預置數(shù)控制端實現(xiàn)預置數(shù)30s，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當有人

15、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，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。</p><p><b>　　圖3計時電路</b></p><p>　　(1)秒脈沖產生電路設計：為了準確地計時，設計中不能缺少秒脈沖產生電路，即能產生周期為一秒的脈沖的電路，用555設計的秒脈沖產生電路：</p>

16、<p>　　因為周期為一秒，所以頻率是1赫茲。圖中電容的充放電時間分別是：</p><p>　　t1=R2×C1×ln2≈0.7R2×C.t2=(R1+R2)×C×ln2≈0.7(R1+R2)C. </p><p>　　所以555的3端輸出的頻率為： </p><p>　　f=1/(t1+t2)≈1

17、.43/[(2R1+R2)C] </p><p>　　我們采用的電阻和電容值分別是:</p><p>　　R1=15KΩ，R2=64KΩ，C1=10uf,滿足上式，即得到的是秒脈沖</p><p>　　(2)顯示電路設計：七段顯示譯碼器7448輸出高電平有效，用以驅動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設有多個輔助控制端，以增強器件的功能。七段顯示譯碼器一般與七段數(shù)碼顯示

18、器相連，共同構成四輸入端的數(shù)碼顯示電路。</p><p><b>　　(3)報警電路</b></p><p>　　由555 芯片構成多諧振蕩電路 ,555 的輸出信號再經三極管放大 ,從而推動二極管發(fā)亮（因機房電腦故障揚聲器無法發(fā)聲故改用二極管）。控制電路包括時序和報警兩個電路 ,如圖4 所示?？刂齐娐沸杈哂幸韵聨讉€功能。主持人熄滅二極管 ,多路搶答器電路和計時電路進

19、入正常狀態(tài); 參賽者按鍵時 ,二極管發(fā)亮 ,搶答電路和計時電路停止工作; 搶答時間到 ,無人搶答 ,二極管發(fā)亮,搶答電路和計時電路停止工作。</p><p><b>　　圖4報警電路</b></p><p>　　(4)總體電路 </p><p>　　搶答器的使用原理：首先是各個選手分別對應的按鈕編號是S0、S1

20、、S2、S3、S4、S5、S6、S7，搶答后顯示器上顯示的分別是0、1、2、3、4、5、6、7。然后是主持人對整個電路系統(tǒng)清零，將開關置于“清零”的位置，輸出低電平，分為兩路：一路與74LS279的R端相連,搶答部分顯示器滅燈無顯示，實現(xiàn)了清零；另一路低電平輸出到計數(shù)器74LS192的LD端，而CR端也是低電平，所以使得對應顯示器輸出預置的數(shù)據(jù)。接下來主持人根據(jù)題目的難易程度設置搶答時間，此設定可以通過調節(jié)輸入兩片74LS192的四個輸

21、入端D、C、B、A的高低電平來進行（例如要設定時間為30秒,就將十位的74192的D、C、B、A分別置位為0、0、1、1，而將各位的74LS192的D、C、B、A都置于0）。當主持人宣讀完題目說“開始”并將開關置于“開始”位置后，輸出為高電平，此高電平有兩路方向：一路輸出到74LS192的LD端，使其處于高電平而開始減計數(shù)；一路輸出到74LS192的R端。當任意一個選手搶答時，例如7號搶答時，八位優(yōu)先編碼器74LS148編碼輸出的A2～

22、A0成為與輸入信號相對應的三位二進制碼000，作用于RS觸</p><p><b>　　總電路圖</b></p><p><b>　　五．仿真調試過程</b></p><p>　　在仿真調試過程中主要遇到了一下問題：</p><p>　　1、在仿真過程中軟件中74LS279的引腳編號與實際中的引腳編

23、號存在差異，導致74LS279連接錯誤。</p><p>　　解決方案：查閱數(shù)字電子課本，復習基本RS觸發(fā)器的構成，用兩個與非門74LS02搭接基本RS觸發(fā)器，從而實現(xiàn)了仿真中正確顯示搶答選手編號的目的。在實物搭接過程中，選用74LS279，按照實際引腳搭接，將1SA非1SB非連在一起當做公共置位端，3SA非3SA非連在一起當做公共置位端，279輸出引腳接74LS47，從而達到了正確顯示搶答選手編號的目的<

24、/p><p>　　2、在倒計時顯示00的時候，倒計時不會停止。</p><p>　　解決方案：因高位192顯示0的時候，BO2端輸出低電平，故可用此信號通過與門封鎖低位192的秒脈沖輸入信號。</p><p>　　3、在選手搶答上以后，倒計時不會停止。</p><p>　　解決方案：因選手搶答上以后，圖中非門和或門輸出端為高電平，故可用此信號接非

25、門輸出低電平封鎖低位192的脈沖輸入，從而實現(xiàn)倒計時的停止。</p><p>　　4、選手搶答上以后，其他選手能搶答，并輸出搶答信號。</p><p>　　解決方案：對于顯示編號的數(shù)碼管，因選手搶答上以后四輸入與門和非門輸出端為高電平，而74LS148選通輸入端EI非為低電平有效，故可用此高電平信號接EI非，來封鎖其他選手的按鍵輸入。</p><p>　　5、設計過

26、程中，出現(xiàn)了電路錯誤而不知道那里出現(xiàn)錯誤的問題。</p><p>　　解決方案：在電路的連接階段，出現(xiàn)了某個功能無法實現(xiàn)而不知道哪里出現(xiàn)問題的現(xiàn)象，這種情況可以利用導線連接發(fā)光二極管檢查電平的方式進行特殊點的高低電平檢查，從而縮小故障范圍，進而排除故障，使電路正常工作。 </p><p><b>　　六 重要元器件介紹</b></p><p>

27、　　74LS148引腳圖：</p><p>　　74LS148真值表如下圖：</p><p>　　74LS148的輸入端和輸出端低電平有效。~是輸入信號，~為三位二進制編碼輸出信號，＝1時，編碼器禁止編碼，當＝0時，允許編碼。是技能輸出端，只有在＝0，而~均無編碼輸入信號時為0。為優(yōu)先編碼輸出端，在＝0而~的其中之一有信號時，＝0。~各輸入端的優(yōu)先順序為：級別最高，級別最低。如果＝0（有信

28、號），則其它輸入端即使有輸入信號，均不起作用，此時輸出只按編碼，＝000。</p><p>　　74LS279引腳圖：</p><p>　　74LS279真值表：</p><p>　　二進制譯碼器是將輸入的二進制代碼的各種狀態(tài)按特定含義翻譯成對應輸出信號的電路。也稱為變量譯碼器。若輸入端有n位，代碼組合就有2n個，當然可譯出2n個輸出信號。</p>&

29、lt;p><b>　　字符顯示器</b></p><p>　　分段式顯示是將字符由分布在同一平面上的若干段發(fā)光筆劃組成。電子計算器，數(shù)字萬用表等顯示器都是顯示分段式數(shù)字。而LED數(shù)碼顯示器是最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。LED的死區(qū)電壓較高，工作電壓大約1.5~3V，驅動電流為幾十毫安。74LS47譯碼驅動器輸出是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管須采用共陽極接法；而74LS48譯碼驅動

30、器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管須采用共陰極接法。</p><p>　　74LS192是雙時鐘方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><

31、;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：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。</p><p>　　74LS192引腳圖：</p><p>　　74LS192真值表：</p><p>　　74LS48引腳圖：</p><p>　　74LS48真值表：</p>&

32、lt;p><b>　　七 心得體會</b></p><p>　　通過這次課程設計，不僅加深了我對數(shù)字邏輯電路的理解，而且加強了我獨立思考和合作交流及動手能力。掌握了設計中的每個模塊的設計，鞏固了對理論知識的掌握，而且感覺實踐和理論并非同一回事。在這次實踐中，加強了對各種元器件的認識。還認識到多跟同學交流的重要性，這樣不僅可以使自己設計出更好更簡潔的電路，而且能使自己少走彎路，分享彼此通

33、過這次交通燈的課程設計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決現(xiàn)實問題的能力。使我在單片機的基本原理、單片機應用學習過程中，以及在常用編程設計思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為一名合格的應用型人才打下良好的基礎。綜合課程設計讓我把以前學習到的知識得到鞏固和進一步的提高認識，對已有知識有了更深層次的理解和認識。在此，由于自身能力有限，在課程設計中碰到了很多的問題，我通過查閱相關書籍、資料以及和周圍同學交流得到解決。&l

34、t;/p><p>　　光陰似箭，歲月如梭。不知不覺中，兩個周的時間就這樣悄然逝去，這期間有遇到難題時的苦惱，有跟同學們激烈的討論，也有取得成功時的小小喜悅，總之可以說是受益匪淺。我深刻認識到了“理論聯(lián)系實際”的這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明白了學以致用的真諦。短暫而又充實的課程設計已經結束，我將珍藏

35、這段難忘的時光，是她讓我讓我知道，任何一種小小的成績后面，也許就隱藏著許許多多不為人的艱辛。 數(shù)字電子技術是一門實踐性很強的課程，加強工程訓練，特別是技能的培養(yǎng)，對于培養(yǎng)工程人員的素質和能力具有十分重要的作用。</p><p>　　最后，在此，我要感謝給予我們精心輔導的xx老師，還有其他代理課程設計的老師，也向他們表示最衷心的感謝！</p><p><b>　　八 元件清單：&l

36、t;/b></p><p>　　1、芯片 74LS192兩個，74LS148一個，74LS279一個，74F21一個，74F04五個，AND3一個，74AS32一個，555多謝振蕩器一個</p><p>　　2、電容 10uF,100nF各一個 </p><p>　　3、電阻 10 KΩ三個，240Ω,1KΩ各一個</p><p&