4路搶答器課程設計

1、<p>　　電子技術課程設計報告</p><p>　　設計課題:數字搶答器</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　設計目的</b></p><p><b>　　設計任務與要求</b></p><p><b&

2、gt;　　方案設計</b></p><p><b>　　主要元器件原理</b></p><p><b>　　單元電路設計</b></p><p>　　總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　PCB設計制作</b></p><p>&

3、lt;b>　　實物制作</b></p><p><b>　　設計結論與心得體會</b></p><p><b>　　4路數字搶答器</b></p><p><b>　　一、設計目的</b></p><p>　　1.掌握4路數字搶答器電路的設計、組裝與調試方法。

4、</p><p>　　2.熟悉數字集成電路的設計和使用方法。</p><p><b>　　二、設計任務與要求</b></p><p><b>　　1、設計任務</b></p><p>　　設計一臺可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器。 用數字顯示搶答倒計時間，由“9”倒計到“0”時，無人搶答，蜂鳴器

5、連續(xù)響1秒。選手搶答時，數碼顯示選手組號，同時蜂鳴器響1秒，倒計時停止。</p><p><b>　　2、設計要求</b></p><p>　　(1)4名選手編號為：1，2，3，4。各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應，也分別為1，2，3，4。</p><p>　　(2)給主持人設置一個控制按鈕，用來控制系統(tǒng)清零（搶答顯示數碼管滅燈）和

6、搶答的開始。</p><p>　　(3)搶答器具有數據鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，該選手編號立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號，同時揚聲器給出音響提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　　(4)搶答器具有定時（9秒）搶答的功能。當主持人按下開始按鈕后，定時器開始倒計時，定時顯示器顯示倒計時間，若無

7、人搶答，倒計時結束時，揚聲器響，音響持續(xù)1秒。參賽選手在設定時間（9秒）內搶答有效，搶答成功，揚聲器響，音響持續(xù)1秒，同時定時器停止倒計時，搶答顯示器上顯示選手的編號，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　　(5)如果搶答定時已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警（音響持續(xù)1秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0。</p>

8、<p>　　(6)可用石英晶體振蕩器或者555定時器產生頻率為1Hz的脈沖信號，作為定時計數器的CP信號。</p><p><b>　　三、方案設計</b></p><p><b>　　1、設計方案</b></p><p>　　搶答器具有鎖存、定時、顯示和報警功能。即當搶答開始后，選手搶答按動按鈕，鎖存器鎖存

9、相應的選手編碼，同時用LED數碼管把選手的編碼顯示出來，并且開始搶答時間的倒計時，同時用LED數碼管把選手的所剩搶答時間顯示出來。而在選手按鍵搶答以及搶答時間倒計時到時的時候都有報警以提醒主持人和選手。搶答時間設定9秒，報警響聲持續(xù)1秒。接通電源后，主持人將開關撥到“清除”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；主持人將開關置“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內搶

10、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。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主持人再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關。</p><p><b>　　2、系統(tǒng)框圖 </b></p><p>　　當主持人宣布開始，定時電路開始秒脈沖電路的作用而進行倒記時，并通過譯碼器在顯示器中顯示。報警電路給出聲音提示。當

11、選手首先按某一開關鍵時，可通過觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)并鎖存，在輸出端產生相應的開關電平信息，同時為防止其它開關隨后觸發(fā)而產生紊亂，最先產生的輸出電平變化又反過來將觸發(fā)電路鎖定。然后在譯碼器中譯碼，將觸發(fā)器輸出的數據轉換為數碼管需要的邏輯狀態(tài)。最后在顯示電路中顯示出所按鍵選手的號碼。若有多個開關同時按下時，則在它們之間存在著隨機競爭的問題，結果可能是它們中的任一個產生有效輸出。如圖1.</p><p><b>

12、;　　圖1系統(tǒng)框圖</b></p><p><b>　　3、方案比較</b></p><p>　　方案1：采用CD4511芯片作為搶答信號的觸發(fā)、鎖存和譯碼輸出。這樣雖然比較簡便，但實際在實現鎖存功能時比較繁瑣難實現。</p><p>　　方案2：采用D觸發(fā)器和譯碼器來完成搶答部分。雖然元件較多，但在實現鎖存功能時可以簡單的實現。&

13、lt;/p><p>　　經過對比兩方案的優(yōu)缺點，決定采用搶答信號鎖存簡單實現的方案2。然后利用軟件Multisim來進行仿真調試，再進行逐步改進。</p><p><b>　　四、主要元器件原理</b></p><p><b>　　1.74LS175</b></p><p>　　74LS175為上升沿4

14、D觸發(fā)器</p><p>　　其引腳圖及功能表分別如下所示：</p><p>　　工作原理：1腳為0時，所有Q輸出為0，Q非輸出為1；9腳位時鐘輸入端，9腳上升沿將相應的觸發(fā)器D的電平，鎖存入D觸發(fā)器。</p><p><b>　　2、74LS48</b></p><p>　　74LS48為BCD七段數碼管顯示譯碼器&l

15、t;/p><p>　　其引腳圖及功能表分別如下所示：</p><p><b>　　3、74LS192</b></p><p>　　74LS192為一雙時鐘四位二進制同步計數器</p><p>　　其引腳圖及功能表分別如下所示：</p><p>　　4.NE555定時器</p><p

16、>　　NE555定時器的應用非常廣，再次應用于構成多諧振蕩器，為電路提供持續(xù)穩(wěn)定的矩形脈沖。</p><p><b>　　五、單元電路設計</b></p><p><b>　　（1）搶答電路 </b></p><p>　　電路如圖2所示。該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖定74LS175的功能真值表即

17、優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示選手編號；二是要使其他選手隨后的按鍵操作無效。</p><p><b>　　圖2 搶答電路</b></p><p>　　其工作原理為：當主持人控制開關處于“清除”時，D觸發(fā)器的清零端為低電平，使D觸發(fā)器被強制清零，輸入的搶答信號無效。當主持人將開關撥到“開始”時，D觸發(fā)器Q非端前一狀態(tài)為高電平，四個Q非端與在一起為高電平，再和搶答

18、按鍵信號和借位信號與在一起給D觸發(fā)器的脈沖端，當沒人搶答時，搶答信號為低電平，與門U11輸出端為低電平給D觸發(fā)器脈沖端，當一有人搶答時，搶答信號為高電平，并和U2的輸出信號和借位信號與在一起，使得U11輸出端為高電平給D觸發(fā)器，于是D觸發(fā)器就有一個上升沿，使得搶答信號經D觸發(fā)器觸發(fā)鎖存再經過譯碼器74ls48譯碼，把相應的信號顯示在數碼管上。另外，當選手松開按鍵后，D觸發(fā)器的Q非前一狀態(tài)為低電平，與在一起后給與門U11,使得U11的輸出

19、端為低電平給D觸發(fā)器，則D觸發(fā)器的脈沖輸入端恢復原來狀態(tài)，從而使得其他選手按鍵的輸入信號不會被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性及搶答電路的準確性。當選手回答完畢，主持人控制開關S是搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。 </p><p><b>　　（2）定時電路 </b></p><p>　　節(jié)目主持人通過按復位鍵來進行搶答倒計時。如圖3。定時9秒，把74

20、LS192</p><p>　　對應的9，10，1，15四個端子預置為“1001”。計數器的時鐘脈沖由秒脈沖電路555提供。當復位開關按下時，給74ls192一個低電平，從而開始倒計時，每來一個脈沖信號進行減計數一次。當有選手搶答或借位信號時，就使得74ls192的輸入脈沖變成低電平，從而實現倒計時的停止。再按復位鍵時，再一次倒計時。</p><p>　　圖3 定時電路</p&

21、gt;<p>　　六、總原理圖、仿真結果與元器件清單</p><p><b>　　圖4 總原理圖</b></p><p>　　圖5 仿真結果</p><p><b>　　元器件清單</b></p><p><b>　　七、PCB設計制作</b></p

22、><p>　　具體步驟：1、設置工作環(huán)境</p><p><b>　　2、導入網絡表</b></p><p><b>　　3、布局元器件</b></p><p><b>　　4、布線</b></p><p><b>　　5、補淚滴</b>

23、;</p><p><b>　　6、敷銅</b></p><p><b>　　7、DRC檢查</b></p><p>　　注：網絡表在設計好原理圖之后已生成</p><p>　　圖6 剛生成的PCB文件</p><p>　　圖7 （a）、（b） 布線后的PCB</p

24、><p>　　圖8 敷銅后的PCB</p><p><b>　　八、實物制作</b></p><p>　　由于時間有點緊，，再加上我的焊接技術確實不敢恭維，所以沒有成功，但最起碼我努力過了，最后結果是這般慘不忍睹，我也無能為力了</p><p>　　九 、設計結論與心得體會</p><p><

25、b>　　設計結論</b></p><p>　　本次課程設計總的來說，收獲還是蠻大的。但因為各種原因，最后導致了我的失敗，總結如下：</p><p>　　也是最令我頭疼的問題:我的電腦是win8系統(tǒng)，能采用兼容模式運行，但是庫文件不管是Sch還是Pcb都無法導入，更不要說別人的了。要導入的時候總是會出現什么無法識別的消息。最后的結果是，只能用默認的庫，而又不全，從而加大了我

26、設計的難度。</p><p>　　源文件無法保存，也特讓我糾結。我采用了導出的方法，而最后得到的卻是一開始編輯成功的，而不是修改過后的。</p><p>　　基于以上二點，我只能在寫報告之前現做，或是沿用之前的截屏。其中，，PCB圖并沒有署上我的名字。</p><p>　　焊接技術實在自己都看不下去了。感覺電工實習我混過來的了。然后布線是沒想太多，最后搞得跟亂麻似的

27、。</p><p>　　最后就是時間的問題了。稍微寬裕一點，我想這次我的課程設計就未必會是這個結果了。</p><p>　　我沒有給自己的失敗找借口，我只是總結一下罷了。我不知道別人是否會像我一樣遇到此類種種的問題?；蛟S，他們也遇到了，只是不說或者說不敢正視它的存在而已。另外，這個電路的設計原理的應用是非常廣泛的，如八路甚至任意路搶答器，而且，其中還可以添加報警電路以及分頻電路。此電路也可

28、以用分立元件實現。</p><p><b>　　心得體會：</b></p><p>　　這一課程設計使我們將課堂上的理論知識有了進步的了解，并增強了對數字電子技術這門課程的興趣。了解了更多電子元件的工作原理，如：74LS121、74LS48、74ls192等。但同時也暴露出我在知識上掌握不足等缺點。其次在此次設計過程中由于我們頻繁的使用一電子設計軟件如：protel等

29、，因此使我熟悉了軟件的使用，同時在電腦的電子設計和繪圖操作上有了進一步提高。加上在設計過程中遇到了一些問題，使得我得查找相關資料，從而增長知識的同時增強解決問題和動手的能力，鍛煉我做事細心、用心、耐心的能耐。這一課程設計，使我向更高的精神和知識層次邁向一大步。所以在以后的學習生活中，我會努力學習，培養(yǎng)自己獨立思考的能力，積極參加多種設計活動，培養(yǎng)自己的綜合能力，從而使得自己成為一個有綜合能力的人才而更加適應社會。</p>