六人搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 概 述1</b></p><p><b>　　1.1前言1</b></p><p>　　第2章 總體方案設(shè)計(jì)3</p><p>　　2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案3</p><p&

2、gt;　　2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖3</p><p>　　第3章 單元電路設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.1總電路的設(shè)計(jì)4</p><p>　　3.2秒脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.3搶答電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　3.4定時(shí)電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.5控制電路

3、設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.6報(bào)警電路設(shè)計(jì)8</p><p>　　3.7譯碼、顯示電路設(shè)計(jì)9</p><p>　　第4章 電路的仿真10</p><p><b>　　總 結(jié)14</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)15</b></p>&

4、lt;p>　　附 錄 元器件清單16</p><p><b>　　第1章 概 述</b></p><p><b>　　1.1前言 </b></p><p>　　搶答器在知識(shí)競(jìng)賽、文體娛樂(lè)活動(dòng)（搶答賽活動(dòng)）中，能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出搶答者的座位號(hào)。傳統(tǒng)搶答器只是大概判斷出搶答成功或犯規(guī)選手臺(tái)號(hào)，無(wú)法顯示出每個(gè)選手

5、的搶答時(shí)間。而今搶答器可以通過(guò)數(shù)據(jù)來(lái)說(shuō)明裁決結(jié)果的準(zhǔn)確性、公平性。使比賽大大增加了娛樂(lè)性的同時(shí)，也更加公平、公正。</p><p>　　本課程設(shè)計(jì)主要設(shè)計(jì)一個(gè)六人搶答器電路。此搶答器需要滿足在搶答過(guò)程中的實(shí)際功能。首先我們必須了解一下在一般比賽中的搶答規(guī)則。在主持說(shuō)開始搶答后（題目已公布），選手開始搶答，第一名搶答的選手有效，其余的在搶答無(wú)效，在回答對(duì)問(wèn)題后給于相應(yīng)的加分。如在規(guī)定的時(shí)間后沒(méi)有人搶答，則需要說(shuō)搶答

6、超時(shí)，即在搶答無(wú)效。若主持人沒(méi)有說(shuō)搶答開始，就開始搶答則屬于犯規(guī)行為，搶答無(wú)效，并且一般還要給于提醒或扣分處罰。</p><p>　　所以我們將電路的功能設(shè)計(jì)如下：</p><p>　　在主持人說(shuō)開始搶答后，即主持人打開搶答開關(guān)后，如果有選手按鍵，則顯示選手號(hào)碼，并且鎖存，當(dāng)然要保證，在此之后其他選手再次按鍵搶答器則不再顯示選手號(hào)碼，即在第一名選手按鍵后的其他選手再按鍵無(wú)效。若在主持人說(shuō)開

7、始搶答后在一定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有人按鍵搶答則要有報(bào)警，以示時(shí)間超時(shí)，此時(shí)主持人可以將搶答機(jī)會(huì)交給現(xiàn)場(chǎng)的其他觀眾。而在主持人沒(méi)有說(shuō)搶答開始，有人按鍵則電路報(bào)警，同時(shí)顯示犯規(guī)選手的號(hào)碼。當(dāng)主持人將開關(guān)由開始搶答打到關(guān)閉搶答時(shí)，要將電路復(fù)位。</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中要求如下：</p><p>　　1、具有搶答開始后20秒倒計(jì)時(shí)，20秒倒計(jì)時(shí)后無(wú)人搶答顯示超時(shí)，并報(bào)警；</p>

8、<p>　　2、能顯示超前搶答臺(tái)號(hào)并顯示犯規(guī)報(bào)警；</p><p>　　3、系統(tǒng)復(fù)位后進(jìn)入搶答狀態(tài)，當(dāng)有一路搶答鍵按下，該路搶答信號(hào)將其余各路搶答信號(hào)封鎖，同時(shí)鈴聲響起，直至該路按鍵松開，顯示牌顯示該路搶答臺(tái)號(hào)。</p><p>　　在了解搶答器電路要完成的功能之后，我通過(guò)翻閱《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》、《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)用教程》、《電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)

9、計(jì)》和《電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)》等書，以及到各大學(xué)科網(wǎng)站翻閱資料。</p><p>　　其電路主要包括如下幾部分：</p><p>　　1、輸入搶答鎖定電路、搶答者序號(hào)編碼、譯碼電路和顯示電路；</p><p>　　2、定時(shí)電路、聲光報(bào)警電路；</p><p>　　3、控制邏輯電路、起動(dòng)、復(fù)位電路；</p><p>　　

10、4、犯規(guī)電路、超時(shí)報(bào)警電路等。</p><p>　　通過(guò)課本中的知識(shí)及翻閱資料可知，搶答鎖存電路要用到芯片74LS279（R-S觸發(fā)器），搶答者序號(hào)編碼要用到74LS148（8線-3線優(yōu)先編碼器），譯碼電路要用到74LS48（BCD七段譯碼驅(qū)動(dòng)器），而顯示電路要用到共陰極八段數(shù)碼管，計(jì)時(shí)電路要用到74LS192（同步十進(jìn)制可加\減計(jì)數(shù)器），當(dāng)然要用到一些電阻和電容要通過(guò)計(jì)算獲得。</p><p

11、>　　利用以上芯片在完成各單元主要功能之后，將電路系統(tǒng)的連接起來(lái)，來(lái)完成電路的整體功能。當(dāng)然每一部分電路可以分單獨(dú)完成自己的功能，但不代表當(dāng)將它們連接起來(lái)后就能完成總體功能，需要將其調(diào)試。</p><p>　　第2章 總體方案設(shè)計(jì)</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)具有計(jì)時(shí)、鎖存、顯示、報(bào)

12、警、復(fù)位等基本功能的六人搶答器，主要由編碼譯碼電路（帶鎖存功能）、定時(shí)電路、時(shí)序控制電路、報(bào)警電路等組成。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖</b></p><p>　　圖2-1 六人搶答器系統(tǒng)框圖</p><p>　　如圖2-1為系統(tǒng)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

13、，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置為“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)，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>　　第3章 單元電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　3.1總電路的設(shè)計(jì)</b&

14、gt;</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20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?lián)尨疰I，則犯規(guī)。顯示器上顯示選手的編號(hào),并報(bào)警。 </p><p>　　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

15、到主持人將系統(tǒng)清零為止。 </p><p>　　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。</p><p>　　圖3-1 六人搶答器原理總圖</p><p>　　3.2秒脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)</p><p>　　設(shè)計(jì)電路見圖3-2所示。由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器是數(shù)字鐘的核心部分，需要由它產(chǎn)生C

16、LK信號(hào)控制著計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)。振蕩器的穩(wěn)定性及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計(jì)時(shí)的準(zhǔn)確程度，一般來(lái)說(shuō)555產(chǎn)生出來(lái)的秒脈沖不太穩(wěn)定，所以我們需要在555定時(shí)器的5角處連一個(gè)C（10nf)的電容，達(dá)到精確及保護(hù)電路的作用，用555定時(shí)器組成多諧振蕩器輸出方波脈沖。</p><p>　　圖3-2 555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路圖</p><p><b>　　3.3搶答電路設(shè)計(jì)</b>

17、</p><p>　　設(shè)計(jì)電路見圖3-3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(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，其按鍵操作無(wú)效。工作過(guò)程：開關(guān)從右到右左，分別是J1、J2、J3、J4、J5、

18、J6。最左邊雙向開關(guān)J9，當(dāng)J9一端閉合接地時(shí)，行使的是預(yù)置數(shù)功能，當(dāng)J9一端處于懸空時(shí)，整個(gè)搶答電路開始工作，如果J1到J6開關(guān)有閉合的,數(shù)碼管會(huì)顯示閉合開關(guān)的編號(hào),當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如按下J1），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(biāo)志端（圖中5號(hào)端）＝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(shí)，此

19、時(shí)由于4Q仍為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J9開關(guān)重新置為接地后再懸空，搶答方能再次開始。</p><p>　　圖3-3 搶答電路設(shè)計(jì)電路圖</p><p><b>　　3.4定時(shí)電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　該部分主要由55

20、5定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192、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3-4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。74LS192的預(yù)置數(shù)控制端由主持人控制開關(guān)J9實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，當(dāng)主持人端為低電平時(shí),74LS192置數(shù);當(dāng)主持人端為高電平時(shí),電路開始倒計(jì)時(shí)。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

21、計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，輸出低電平到時(shí)序控制電路，之后選手搶答無(wú)效,并報(bào)警。</p><p>　　圖3-4 定時(shí)電路設(shè)計(jì)電路圖</p><p><b>　　3.5控制電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　控制電路如圖3-5所示，控制電路由定時(shí)電路和搶答電路共同構(gòu)成。</p><p>　　定時(shí)部分的控制電路：由555芯片構(gòu)成多諧振蕩

22、電路 ,74LS192的借位端經(jīng)反相器的輸出信號(hào)與555的輸出信號(hào)相或，輸出的信號(hào)再與74LS148的15號(hào)管腳的輸出信號(hào)或非。當(dāng)借位端經(jīng)反相器的輸出信號(hào)和74LS148的15號(hào)管腳的輸出信號(hào)都為低電平時(shí)，74LS192的輸入脈沖根據(jù)555的輸出信號(hào)變化；當(dāng)借位端經(jīng)反相器的輸出信號(hào)和74LS148的15號(hào)管腳的輸出信號(hào)都為高電平時(shí)，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(dāng)為低電平時(shí)，電路停止工作。&l

23、t;/p><p>　　搶答部分的控制電路：搶答部分的控制電路由兩個(gè)輸入信號(hào)組成，一是74LS279的4Q端輸出信號(hào)，二是74LS192的借位端經(jīng)反相器的輸出信號(hào)。兩個(gè)信號(hào)中，只要有一個(gè)信號(hào)為高電平，電路就停止工作。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)到零還沒(méi)人搶答時(shí)，74LS192的借位端輸出一個(gè)電平，經(jīng)反相后，為高電平，電路停止工作。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)還沒(méi)到零時(shí)，有人搶答，74LS279的4Q端輸出高電平信號(hào)，電路停止工作。</p>&l

24、t;p>　　圖3-5 控制電路設(shè)計(jì)電路圖</p><p><b>　　3.6報(bào)警電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　如圖3-6所示，由三極管、LED以及蜂鳴報(bào)警器共同構(gòu)成報(bào)警電路，當(dāng)外界給予一個(gè)報(bào)警信號(hào)，由三極管控制LED發(fā)光和蜂鳴報(bào)警器的鳴叫報(bào)警。</p><p>　　圖3-6 報(bào)警電路設(shè)計(jì)電路圖</p><p&g

25、t;　　3.7譯碼、顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　該部分是由譯碼器74LS48和一個(gè)共陰極7段顯示器組成，主要完成數(shù)字的顯示和譯碼功能，直觀的反應(yīng)電路的搶答器功能。通過(guò)顯示管的顯示，從而判斷電路的工作狀況，其工作狀況如3-7原理圖所示。</p><p>　　圖3-7 譯碼顯示電路圖</p><p><b>　　第4章 電路的仿真</b>&l

26、t;/p><p>　　啟動(dòng)Multism仿真軟件，對(duì)該電路進(jìn)行仿真，從圖4-1可以看到整體的電路結(jié)構(gòu)，由于此時(shí)仿真沒(méi)有開始，所有電路都處于關(guān)閉狀態(tài)。</p><p>　　圖4-1總體電路仿真圖</p><p>　　如圖4-2所示，J9開關(guān)撥向接地端，搶答并未開始，倒計(jì)時(shí)始終顯示20秒，此時(shí)J4開關(guān)閉合處于超前搶答，LED1發(fā)光蜂鳴器報(bào)警，并且搶答電路顯示器顯示超前搶答號(hào)

27、數(shù)“4”。</p><p>　　圖4-2 電路超前搶答報(bào)警，顯示超強(qiáng)搶答組數(shù)</p><p>　　如圖4-3所示，將J9開關(guān)撥向懸空端，六人搶答器此時(shí)可以搶答且倒計(jì)時(shí)開始，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)顯示到第17秒時(shí)，因?yàn)闆](méi)有人搶答，所以搶答器繼續(xù)工作，倒計(jì)時(shí)繼續(xù)。</p><p>　　圖4-3 已開始搶答，但過(guò)了3秒后還沒(méi)人搶答，系統(tǒng)正在倒計(jì)時(shí)</p><p>

28、;　　如圖4-4所示，倒計(jì)時(shí)顯示到15秒時(shí)，J5開關(guān)閉合，第五組搶到該題，因此搶答電路顯示器顯示該組數(shù)“5”，此時(shí)倒計(jì)時(shí)停止，LED1發(fā)光二極管發(fā)光且蜂鳴報(bào)警器發(fā)出蜂鳴聲。</p><p>　　圖4-4 答題開始5秒后，第五組搶到該題，倒計(jì)時(shí)停止</p><p>　　如圖4-5所示，當(dāng)?shù)谖褰M搶到該題時(shí)，電路鎖死，第三組在第五組后雖然也按下?lián)尨鹌靼粹o，但是此時(shí)電路只記憶第五組，故不顯示第三組

29、臺(tái)號(hào)。</p><p>　　圖4-5 第五組搶答后電路鎖死，第三組按下?lián)尨鹌鳠o(wú)效</p><p>　　如圖4-6所示，搶答開始直至倒計(jì)時(shí)結(jié)束也無(wú)人搶答該題，此時(shí)電路顯示報(bào)警，發(fā)光二極管LED1發(fā)光且蜂鳴報(bào)警器發(fā)出蜂鳴聲。</p><p>　　圖4-6 倒計(jì)時(shí)結(jié)束無(wú)人搶答該題，電路報(bào)警</p><p><b>　　總 結(jié)</b&

30、gt;</p><p>　　本次六人搶答器的設(shè)計(jì)，搶答器采用74LS148來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答器的選號(hào)，采用74LS279芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)號(hào)碼的鎖存，采用74LS192實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制的減法計(jì)數(shù)，采用555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)來(lái)共同實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，采用PNP型三極管2N2222來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的輸出。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有復(fù)位、計(jì)時(shí)和報(bào)警功能。主持人通過(guò)開關(guān)開啟20秒倒計(jì)時(shí)開始搶答，系統(tǒng)將完成自動(dòng)倒計(jì)時(shí)。若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)有

31、人搶答，則計(jì)時(shí)將自動(dòng)停止，鎖定當(dāng)前搶答電路，保證搶答的優(yōu)先性；若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無(wú)人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響并且發(fā)光二極管發(fā)光，提示主持人本輪搶答無(wú)效，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，若超過(guò)搶答時(shí)間則搶答無(wú)效。</p><p>　　在用Multisim仿真過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，555芯片產(chǎn)生的秒脈沖信號(hào)并不是特別穩(wěn)定，計(jì)時(shí)準(zhǔn)確性并不是很高，通過(guò)不斷計(jì)算調(diào)整電容和電阻的值，使得多諧振蕩器穩(wěn)定性及頻率的精確度達(dá)到一個(gè)比較優(yōu)的水平，大幅提高了數(shù)

32、字鐘的計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度。最開始的計(jì)劃是將超前搶答報(bào)警顯示用一個(gè)單獨(dú)共陰極七段數(shù)碼管進(jìn)行顯示，但是發(fā)現(xiàn)電路就會(huì)變得特別復(fù)雜，后來(lái)經(jīng)過(guò)不斷精簡(jiǎn)改進(jìn)才取消掉這一電路，用一個(gè)數(shù)碼管能顯示搶答顯示和超前搶答報(bào)警顯示。</p><p>　　本實(shí)驗(yàn)需要實(shí)現(xiàn)的功能較多，需要用到的電路知識(shí)也比較全面。我最開始制定的目標(biāo)便是分塊完成各個(gè)功能，最后再匯總。通過(guò)在網(wǎng)上搜索近似功能電路、查看部分電路參考，我們首先用Multisim對(duì)各分塊電路進(jìn)

33、行仿真，有問(wèn)題一個(gè)一個(gè)突破，保證分支部分不出錯(cuò)誤，在設(shè)計(jì)中加深了對(duì)數(shù)電、模電、Multisim和Altium Designer的應(yīng)用。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)[M].北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[2] 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)

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