數(shù)電課程設計---搶答器

1、<p>　　設計題目：數(shù)字電路搶答器</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　在市場上可能有很多智力搶答器，但是本設計從最基本的原理出發(fā)，結(jié)合數(shù)字電路知識設計出的只是利用到了最基本的復位方式。本設計介紹了數(shù)碼顯示六路搶答器的組成、設計及功能，電路采用74系列常用集成電路進行設計，該搶答器具有最基本的搶答功能外，還具有計時和報警功能。

2、主持人通過復位開始，系統(tǒng)自動完成倒計時。若在規(guī)定的時間內(nèi)有人搶答，則計時將自動停止；若在規(guī)定的時間內(nèi)無人搶答，則系統(tǒng)將報警，提示本輪搶答無效。若超過搶答時間，也無效。</p><p>　　本設計中搶答器主要運用了編碼器，譯碼器和鎖存器；它采用74ls148來實現(xiàn)搶答器的選號。采用74ls192實現(xiàn)十進制減法計數(shù)，采用555芯片產(chǎn)生脈沖信號來實現(xiàn)倒計時功能。由555定時器和三極管構(gòu)成報警電路。</p>

3、<p>　　關(guān)鍵詞：搶答器編碼器譯碼器計時報警</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　第1章 摘要 -------------------------------------------- 2</p><p>　　第2章 課程設計任務及要求 -----------------------

4、------- 4 </p><p>　　2.1 設計任務 ----------------------------------------- 4</p><p>　　2.2 設計要求 ----------------------------------------- 4</p><p>　　第3章 系統(tǒng)設計 ----------------

5、------------------------ 5</p><p>　　3.1方案論證 ----------------------------------------- 5</p><p>　　3.2 系統(tǒng)設計 ------------------------------------------ 6</p><p>　　3.2.1 結(jié)構(gòu)框圖及說

6、明------------------------------- 6</p><p>　　3.2.2 系統(tǒng)工作原理 ------------------------------- 6</p><p>　　3.3 單元電路設計--------------------------------------- 9</p><p>　　3.3.1單元電路工作原理-

7、------------------------------ 9</p><p>　　1）搶答器控制端電路功能介紹----------------------- 9</p><p>　　2）定時時間電路功能介紹--------------------------- 10</p><p>　　3）控制電路-----------------------------

8、---------- 12</p><p>　　4）報警電路--------------------------------------- 12</p><p>　　3.3.2元件參數(shù)選擇---------------------------------- 13</p><p>　　1） 優(yōu)先編碼器 74LS148----------------------

9、------ 13</p><p>　　2） 計數(shù)器74LS192------------------------------- 15</p><p>　　軟件仿真------------------------------------------ 16</p><p>　　4.1 仿真電路圖-------------------------------

10、--------- 16</p><p>　　4.2 仿真過程和結(jié)果------------------------------------ 17</p><p><b>　　第5章 安裝調(diào)試</b></p><p>　　5.2 安裝調(diào)試過程</p><p><b>　　5.3 故障分析</b&g

11、t;</p><p><b>　　第6章 結(jié)論</b></p><p>　　第7章 使用儀器設備清單--------------------------------- 21</p><p>　　參考文獻---------------------------------------------------------------------

12、---- 22</p><p>　　收獲、體會和建議------------------------------------------------------------- 22</p><p>　　第2章 課程設計任務及要求 </p><p><b>　　2.1 設計任務</b></p><p>　　在許

13、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>　　2.2設計要求</b></p><p><b>　　基本功能</b><

14、;/p><p>　　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

15、牌顯示該路搶答臺號。</p><p><b>　　擴展功能介紹 </b></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,并報警。 </p>

16、<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>　　重點要求</b></p><p>　?。?

17、）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>　　（2）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>　　（3）如果20秒內(nèi)沒有搶答，則說明該題超時作廢。</p><p>　　（4）復位鍵用于恢復犯規(guī)或超時狀態(tài)</p><p><b>　　第3章

18、系統(tǒng)設計</b></p><p><b>　　3.1方案論證</b></p><p>　　本設計中搶答器主要運用了編碼器，譯碼器和鎖存器；它采用74ls148來實現(xiàn)搶答器的選號，采用74ls373來實現(xiàn)對號碼的鎖存。采用74ls192實現(xiàn)十進制減法計數(shù)，采用555芯片產(chǎn)生脈沖信號來實現(xiàn)倒計時功能。由555定時器和三極管構(gòu)成報警電路。</p>

19、<p>　　選擇以555普通振蕩器的方案一。從設計成本和技術(shù)要求出發(fā)，本設計選用第一種方案，即通過一個555時基芯片來產(chǎn)生秒脈沖，在通過幾個記數(shù)器記數(shù)，推動對應的數(shù)碼管驅(qū)動電路驅(qū)動對應的數(shù)碼管來實現(xiàn)記時。這種原理方案簡單明了，結(jié)構(gòu)也相對簡單，比較適合我們設計與制作。</p><p><b>　　3.2 系統(tǒng)設計</b></p><p>　　3.2.1 結(jié)構(gòu)

20、框圖及說明</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，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果

21、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>　　3.2.2 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　定時搶答器包括主題電路和擴展電路兩部分。其中主題電路完成最基本的搶答功能，即主持人按下控制開關(guān)后，在選手按動搶答鍵時，數(shù)碼管顯示選手編號，

22、同時封鎖輸入電路，其他選手搶答無效。擴展電路完成定時搶答功能以及報警功能。圖所示電路工作過程是：接通電源后，主持人將控制開關(guān)置于清楚處，此時搶答器處于靜止狀態(tài)，選手不能進行搶答，定時顯示器顯示時間（20s）,在主持人將開關(guān)置于“開始”處，揚聲器短暫報警，此時搶答器處于工作狀態(tài)，同時定時器開始倒計時，如果選手在定時時間內(nèi)按動搶答按鈕，電路會完成以下功能：</p><p>　　優(yōu)先編碼電路判搶答者的編號，并由鎖存器進

23、行鎖存，最后通過譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號；</p><p>　　控制電路會對其它輸入編碼進行封鎖，禁止其它選手搶答；</p><p>　　揚聲器發(fā)出短暫報警；</p><p>　　控制電路是定時器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時間，當選手回答完后，主持人操作開關(guān)進行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。如果定時時間到了，卻沒有選手搶答

24、時，系統(tǒng)會短暫報警并封鎖輸入電路，禁止選手超市后搶答。</p><p><b>　　圖如圖2</b></p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　3.3 單元電路設計</p><p>　　3.3.1單元電路工作原理</p><p>　　1）搶答器控制端電路

25、功能介紹</p><p>　　設計電路見圖2所示。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

26、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

27、， 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3</b></p><p>　　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、74LS

28、48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74LS192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

29、><p><b>　　圖4</b></p><p><b>　　控制電路</b></p><p>　　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

30、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>

31、<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，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

32、平信號，電路停止工作。</p><p><b>　　4）報警電路</b></p><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

33、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或非0為1，高電平使蜂鳴器發(fā)聲。</p><p>　　3.3.2元件參數(shù)選擇</p><p>　　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

34、其功能表,圖4.1.1為其管腳圖。</p><p>　　74LS148管腳圖 表 74LS148 8線—3線二進制編碼器真值表 </p><p>　　74LS148工作原理：</p><p>　　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

35、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，A2

36、A1A0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

37、，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1時，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理</p><p>　　2） 計數(shù)器74LS192</p><p>　　74LS192具有下述功能： </p><

38、;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=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài) </p><p>　　④加計數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計數(shù) &

39、lt;/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

40、>　　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：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。</p><p>　　圖 74LS192管腳引線圖</p><p><b>　　第4章 軟件仿真</b></p><p&

41、gt;<b>　　4.1 仿真電路圖</b></p><p>　　4.2 仿真過程和結(jié)果</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

42、，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12秒后還沒人搶答，系統(tǒng)正在倒計時</p><p>　　此圖表示：開始搶答14秒后，第五組搶答到了此題</p><p>

43、;　　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>　　第7章 使用儀器設備清單</p><p><b>　　六人搶答器元器件表</b></p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1. 馬學文 李景宏主編，

44、電子技術(shù)實驗教程。北京：科學出版社，2013.03</p><p>　　2.李晶皎，李景宏編著.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng).北京：電子工業(yè)出版社，2012</p><p>　　3.高吉祥，易凡編著.電子技術(shù)基礎實驗與課程設計.北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><p>　　4.陳大欽編著. 電子技術(shù)基礎實驗. 北京：高等教育出版社，2000</p><

45、;p><b>　　收獲、體會和建議</b></p><p>　　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74L

46、S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)

47、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6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