數(shù)字式搶答器課程設(shè)計--數(shù)字式競賽搶答器

1、<p><b>　　數(shù)字電子系統(tǒng)</b></p><p><b>　　設(shè) 計 報 告</b></p><p>　　題目名稱：數(shù)字式競賽搶答器 </p><p><b>　　2014年12月</b></p><p><b>　　一、摘要</b>

2、</p><p>　　數(shù)字式競賽搶答器主要由74 系列集成電路組成。該搶答器除具有基本的搶答功能外, 還具有定時、報警和第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復(fù)位并發(fā)出搶答指令后，若參賽者按搶答開關(guān)，則該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的組別，同時揚聲器發(fā)出聲音持續(xù)2～3s。此時，電路具備自鎖功能，使別組的搶答開關(guān)不起作用。若在規(guī)定的時間無人搶答或者提前搶答，系統(tǒng)中的蜂鳴器發(fā)響，并由組別電路顯示出犯規(guī)

3、組別，提示主持人本輪搶答無效, 以此實現(xiàn)報警功能。計分電路中，每組在開始時預(yù)制成100分，搶答后由主持人計分，答對一次加10分，否則減10分。</p><p>　　【關(guān)鍵詞】 集成；蜂鳴器；鎖存</p><p><b>　　二、設(shè)計目的</b></p><p>　　有許多比賽活動中，為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設(shè)置一臺搶答器，通

4、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(shè)置記分、犯規(guī)及獎懲記錄功能。</p><p>　　(1). 了解搶答器的設(shè)計原理</p><p>　　(2). 掌握其外圍電路的設(shè)計與主要性能參數(shù)測試方法</p><p>　　(3). 掌握搶答器的設(shè)計方法與電子線路系統(tǒng)的裝調(diào)技術(shù)</p><p>　　三、設(shè)計要求內(nèi)容和步驟</

5、p><p><b>　　1、設(shè)計要求</b></p><p>　　（1）、設(shè)計一個可容納六組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)置一個搶答按鈕供搶答者使用。</p><p>　　（2）、電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復(fù)位并發(fā)出搶答指令后，若參賽者按搶答開關(guān)，則該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的組別，同時揚聲器發(fā)出聲音持續(xù)2～3s

6、。此時，電路應(yīng)具備自鎖功能，使別組的搶答開關(guān)不起作用。</p><p>　?。?）、設(shè)置計分電路。每組在開始時預(yù)制成100分，搶答后由主持人計分，答對一次加10分，否則減10分。</p><p>　?。?）、設(shè)置犯規(guī)電路，對提前搶答和超時搶答的組別鳴喇叭示警，并由組別電路顯示出犯規(guī)組別。</p><p>　?。?）、要求設(shè)計出電路，并撰寫成果說明書。</p&g

7、t;<p><b>　　2、設(shè)計步驟</b></p><p>　　1. 擬定定時搶答器的組成框圖。</p><p>　　2. 設(shè)計并安裝各單元電路（要求設(shè)計布線整齊，美觀，便于級聯(lián)調(diào)試）。</p><p>　　3. 測試定時搶答器的邏輯功能，以滿足設(shè)計功能的要求。</p><p>　　4. 畫出定時搶答器的

8、邏輯電路。</p><p>　　5. 寫出設(shè)計性實驗報告。</p><p>　　四、電路的基本功能要求及原理方框圖</p><p><b>　　1、基本功能要求</b></p><p>　?。?）：設(shè)計一個智力搶答器搶答器，能同時供6名選手或6個代表隊比賽，他們的編號分別是1，2，3，4，5，6各用一個按紐，按紐編號與選

9、手的編號相對應(yīng)，分別用6個按鈕S1-S6表示。</p><p>　?。?）: 給主持人設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答開始的控制開關(guān)S。</p><p>　　（3）：搶答器具有鎖存與顯示功能。即搶答開始后，若選手按動按鈕，鎖存器立即鎖存相應(yīng)的選手編號，并在LED數(shù)碼管上顯示選手的編號（1-6），同時揚聲器發(fā)出聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，禁止其他選手搶答，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)

10、清除為止。</p><p>　?。?）：搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間為30秒，當(dāng)主持人啟動"開始"鍵后，定時器立刻倒計時，若30秒時間內(nèi)有選手搶答，則顯示器顯示倒計時時間，并顯示，保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p>　　（5）：參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答有效，超過時間搶答無效，定時器停止工作，定時顯示器顯示00。</p><

11、p>　?。?）：計分電路，與搶答電路相互獨立，每組在開始時預(yù)置成100分，答對一次加10分，否則減10分，由主持人計分。</p><p><b>　　2、原理框圖</b></p><p><b>　　原理框圖</b></p><p>　　工作原理：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清零"狀態(tài)，搶答器處

12、于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示00；主持人將開關(guān)閉合即“開始”狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時器計時，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、揚聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示時間。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(guān)。</p><p><b>　　五、 搶

13、答器電路</b></p><p>　　當(dāng)電路接上電源后，整個電路都處于工作狀態(tài)．當(dāng)主持人開關(guān)打開時，電路處于清零狀態(tài)．此時，各個觸發(fā)器的Q非端輸出都為１，假設(shè)芯片編碼器74LS148處于工作狀態(tài)，此時，輸入的都是高電平，而兩輸出使能端EO和GS的輸出狀態(tài)分別為0和１，GS端與個JK觸發(fā)器的JK端相連，即各輸入端均為1，所以只要當(dāng)R端為無效電平“1”時，同時有效脈沖邊沿過來時觸發(fā)器就能翻轉(zhuǎn)。當(dāng)主持人閉合

14、開關(guān)，宣布可以搶答后，主線燈亮，此時電路為可搶答狀態(tài)，當(dāng)選手按下開關(guān)時，CP脈沖由高電平變?yōu)榈碗娖?，即有一個有效地脈沖邊沿過來，觸發(fā)器發(fā)生反轉(zhuǎn)，此時Q端為1，同時對應(yīng)的燈亮，Q非端輸出為0，此時74LS148的其中一個輸入端輸入信號“0”，OE與GS發(fā)生翻轉(zhuǎn)，OE=1，GS=0。使得觸發(fā)器的JK輸入端輸入“0”，就算其他選手把開關(guān)合上，其對應(yīng)的觸發(fā)器也不會翻轉(zhuǎn)。</p><p><b>　　搶答器電路&

15、lt;/b></p><p><b>　　1、顯示電路</b></p><p><b>　　圖3.2顯示電路</b></p><p>　　當(dāng)其中一個選手按下?lián)尨鹌骱螅?4LS148編碼器其中一個輸入端為0，例如，當(dāng)1號選手按下開關(guān)，則Q1輸入為0，此時Q6Q5Q4Q3Q2Q1為111110，輸出Y2Y1Y0為110經(jīng)

16、過74LS48譯碼器為001,則在七段數(shù)碼管上顯示“1”</p><p>　　表3.1 74LS148芯片真值表</p><p><b>　　七段數(shù)碼管真值表</b></p><p><b>　　2、報警電路</b></p><p><b>　　報警電路</b></p&g

17、t;<p>　　報警電路由兩個555定時器構(gòu)成。由圖中可以看到,接上電源后,當(dāng)信號輸入為高電平時,第一個555連接成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的輸出為低電平,處于穩(wěn)定狀態(tài),這時,右邊的多諧振蕩器的復(fù)位輸入為低電平,所以其輸出也為低電平.揚聲器不發(fā)音.當(dāng)信號輸入為低電平時,單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器被觸發(fā),處于暫穩(wěn)態(tài),此時其輸出為高電平,輸入到多諧振蕩器的復(fù)位端,多諧振蕩工作,輸出為頻率為1.2KHz的脈沖波形.這樣揚聲器就會以1.2KHz的頻率發(fā)出

18、間歇式聲響。要求持續(xù)2~3秒，可調(diào)節(jié)電阻和電容實現(xiàn)。假設(shè)t=3s，電阻分別為20k、273k、0.61k、2.4k，電容分別為100pf、100pf、0.22uf、0.01uf。</p><p><b>　　3、定時電路</b></p><p><b>　　定時電路</b></p><p>　　定時電路由兩片74LS160

19、構(gòu)成，其本身為十進(jìn)制同步計數(shù)器，真值表如下所示：</p><p>　　當(dāng)有效脈沖邊沿過來時，有兩片74LS160構(gòu)成的31進(jìn)制加計數(shù)器，當(dāng)片1輸出為0001，片二輸出為1100，即轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制時是30，此時片1Q0輸出和片二Q0、Q1輸出經(jīng)過三輸入與非門后為“0”，使片1的CET、CEP輸入為0，片1停止工作，所以數(shù)碼管顯示30。</p><p>　　4、 秒脈沖發(fā)生電路</p>

20、;<p><b>　　秒脈沖發(fā)生電路</b></p><p>　　由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器經(jīng)過調(diào)整電阻電容能改變秒沖周期。當(dāng)R1=15K，R2=68K，C1=10uF時，T=1s。</p><p><b>　　5、 計分電路</b></p><p><b>　　計分電路</b>&l

21、t;/p><p>　　預(yù)置分?jǐn)?shù)為100分，最小變量為10，則各位數(shù)保持0不變，所以低位74LS48輸入均為零不變。由于74LS192為BCD十進(jìn)制可逆同步計數(shù)器，真值表如下表所示：</p><p><b>　　表3.4</b></p><p>　　當(dāng)選手答對問題時，撥動開關(guān)S1，則系統(tǒng)給十位進(jìn)1，當(dāng)要進(jìn)位時，則向高位進(jìn)位。答錯時撥動開關(guān)S2，系統(tǒng)給

22、十位減1，若十位為0時，系統(tǒng)會向高位借位。</p><p><b>　　六、 總電路及分析</b></p><p><b>　　總電路</b></p><p><b>　　計分電路</b></p><p>　　七、 供參考選擇的元器件</p><p>　

23、　元器件名稱 數(shù)量</p><p>　　開關(guān) 9個</p><p>　　74LS148 1個</p><p>　　74LS48

24、 6個</p><p>　　74LS192 2個</p><p>　　74LS160 2個</p><p>　　74LS126

25、 1個</p><p>　　CD4023BCM 1個</p><p>　　DM7402N 1個</p><p>　　555定時器 3個</p>&

26、lt;p>　　揚聲器 1個</p><p>　　電容 20個</p><p>　　七段數(shù)碼顯示器 6個</p><p>　　燈泡

27、 7個</p><p>　　八、 設(shè)計心得和體會</p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計，使我在課堂上所學(xué)的知識得到了鞏固，同時又把理論知識應(yīng)用到實際當(dāng)中，鍛煉了我們大動手動腦能力。</p><p>　　在設(shè)計過程中，我們遇到了不少的困難，比如說芯片不認(rèn)識，比較難找，找到了還得花時間花心思去學(xué)習(xí)研究。這個學(xué)期初我們學(xué)過了A

28、ltium designer，正好可以利用這次機會來實際操作一下這個軟件，雖然不是很熟練，但還是比較有成就感的。</p><p>　　這個過程是一個考驗人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，馬虎，要熟練地掌握課本上的知識，組員間應(yīng)該團(tuán)結(jié)，相處和自己的獨立思考也是很重要的。</p><p><b>　　九、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1. 高

29、吉祥主編，《電子技術(shù)基礎(chǔ)實驗與數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計》，電子工業(yè)出版社，2002年出版。</p><p>　　2. 歷雅萍、易映萍編，《電子技術(shù)數(shù)字電子系統(tǒng)設(shè)計》，高等教育出版社</p><p>　　3. 謝自美主編，《電子線路設(shè)計、實驗、測試》，華中理工出版社</p><p>　　4. 任致程主編，《經(jīng)典集成電路400例》，機械工業(yè)出版社</p><