畢業(yè)設(shè)---八路數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）</b></p><p>　　題 目＿＿＿＿＿八路搶答器設(shè)計(jì)＿＿＿</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄2</b></p><p><b>　　摘要3</b>

2、;</p><p><b>　　引言4</b></p><p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)及系統(tǒng)功能簡介5</p><p>　　1.1設(shè)計(jì)任務(wù)：5</p><p>　　1.2基本功能：5</p><p>　　1.3擴(kuò)展功能：5</p><p>　　二、實(shí)現(xiàn)的原理與電路6&

3、lt;/p><p>　　2.1數(shù)字搶答器總體方框圖6</p><p>　　2.2單元電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　(1) 搶答器電路7</p><p><b>　　(2)定時(shí)電路9</b></p><p>　?。?）報(bào)警電路11</p><p>　?。?）時(shí)序控制電

4、路11</p><p>　　三、總體電路及其原理14</p><p><b>　　總結(jié)與體會17</b></p><p><b>　　致 謝18</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：19</b></p><p><b>

5、;　　摘要</b></p><p>　　本文介紹了一種用74系列常用集成電路設(shè)計(jì)的數(shù)碼顯示八路搶答器的電路組成、設(shè)計(jì)思路及功能。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時(shí)、計(jì)時(shí)和報(bào)警功能。主持人通過時(shí)間預(yù)設(shè)開關(guān)預(yù)設(shè)供搶答的時(shí)間，系統(tǒng)將完成自動倒計(jì)時(shí)。若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)有人搶答，則計(jì)時(shí)將自動停止；若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響，提示主持人本輪搶答無效，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能。</p>

6、<p><b>　　關(guān)鍵詞：</b></p><p>　　搶答電路，定時(shí)電路，報(bào)警電路，時(shí)序控制</p><p><b>　　引言</b></p><p>　　隨著社會的不斷發(fā)展，人們的生活水平也不斷地提高人們不斷要求滿足物質(zhì)上的要求，同時(shí)對精神上的追求也在不斷地提高，現(xiàn)在的社會是一個(gè)娛樂的社會?，F(xiàn)在各電視臺的

7、活動和課外活動都很多。人們在參加活動時(shí)候都對審判有很多的意見，所以為了比賽的準(zhǔn)確和公正，就需要有儀器的輔佐。智力競賽搶答器就是一種活潑的有趣的提供人們娛樂的游戲裝置，通過搶到方式不僅能引起參賽者和觀眾的興趣，而且能夠提高參賽者的敏捷性，同時(shí)我們在參與中能夠增加一些生活常識和科學(xué)知識，因此，在許多比賽活動中為了準(zhǔn)確，公正的進(jìn)行每一場比賽，特別設(shè)置了一臺具有顯示第一搶答者并鎖定、犯規(guī)警告等多功能的搶答器，該設(shè)計(jì)針對各種要求設(shè)計(jì)出可供八名選手

8、參賽使用的數(shù)字式競賽搶答器，適用于各大中小電視臺，學(xué)習(xí)等單位舉行的智力競賽。數(shù)字電路組成的數(shù)字系統(tǒng)工作可靠，精度較高，抗干擾能力很強(qiáng)，所以智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)就有數(shù)字電路來控制。</p><p>　　數(shù)字電路就是傳遞與處理數(shù)字信號的電子電路，模擬電子技術(shù)是分析和處理模擬信號的技術(shù)，為了分析問題方便起見，一般認(rèn)為，數(shù)字信號的典型代表是巨型脈沖信號。數(shù)字電路與數(shù)字電路發(fā)展趨勢更快、更密、更復(fù)雜。</p>

9、<p>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)及系統(tǒng)功能簡介</p><p><b>　　1.1設(shè)計(jì)任務(wù)：</b></p><p>　　1. 搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S0 ~ S7表示。</p><p>　　2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。</p><p>　　3. 搶答器具

10、有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p>　　4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動"開始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右。</p><

11、;p>　　5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p>　　6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。</p><p><b>　　1.2基本功能：</b></p><p>　?。?） 搶答

12、器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S0 ~ S7表示。</p><p>　?。?） 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。</p><p>　?。?） 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，并在DPY_7-SEG七段數(shù)碼管上顯示選手號碼。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p

13、><p><b>　　1.3擴(kuò)展功能：</b></p><p>　?。?） 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動"開始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。</p><p>　?。?） 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)

14、清除為止。</p><p>　?。?） 如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。</p><p>　　二、實(shí)現(xiàn)的原理與電路</p><p>　　2.1數(shù)字搶答器總體方框圖</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

15、于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)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(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。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、編號鎖存、編號顯示、揚(yáng)聲器提示。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&

16、gt;<b>　　主體電路</b></p><p><b>　　擴(kuò)展電路</b></p><p>　　圖1 設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　2.2單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　(1) 搶答器電路</b></p>

17、<p>　　設(shè)計(jì)電路如圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。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，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號（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，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S置于"清除"端時(shí)，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）

18、＝0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于"開始"時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端) =1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR＝１，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）＝１，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍

19、為CTR＝１，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）＝１，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時(shí)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S開關(guān)重新置“清除”</p><p>　　圖２ 數(shù)字搶答器電路</p><p>　　表1 74LS148的功能真值表</p><p><b>　　(2)定時(shí)電路</b><

20、;/p><p>　　圖3 可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路 </p><p>　　原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、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所示。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主

21、持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過預(yù)置時(shí)間電路對計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，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；如果沒有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無效。下面結(jié)合圖4具體講一下標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖產(chǎn)生電路的原理。結(jié)合圖4，圖中電容C的放電時(shí)間和充電時(shí)

22、間分別為</p><p><b>　　，</b></p><p>　　于是從NE555的3端輸出的脈沖的頻率為，結(jié)合我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及考慮到元器件的成本，我們選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脈沖。</p><p>　　表2、555定時(shí)器功能表</p><p>　　圖4 、標(biāo)準(zhǔn)秒

23、脈沖產(chǎn)生電路 </p><p><b>　?。?）報(bào)警電路</b></p><p>　　由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖5示。其中NE555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率 ＝1.43／［（RI＋2R2）C］，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚(yáng)聲器。PR為時(shí)序控制電路輸出的控制信號，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。</p><p>&

24、lt;b>　　圖5 報(bào)警電路</b></p><p><b>　?。?）時(shí)序控制電路</b></p><p>　　時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：</p><p>　　主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。 </p><p&

25、gt;　　當(dāng)參賽選手按動搶答按鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。</p><p>　?、郛?dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器自動報(bào)警，表示此次搶答無效。 </p><p>　　圖 6 時(shí)序控制電路</p><p>　　根據(jù)上面的功能要求以及圖2，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖6所示。圖中，與門G1 的作用是控制時(shí)鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制

26、74LS148的輸入使能端（即圖二中的5端）。圖4的工作原理是：主持人控制開關(guān)從"清除"位置撥到"開始"位置時(shí)，來自于圖2中的74LS279的輸出 1Q,即CTR=0，經(jīng)G3反相，輸出為1，則NE555產(chǎn)生的時(shí)鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端（圖中用CLCK表示接入到74LS192CPD端的信號），定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，則"定時(shí)到信號"

27、為 1，門G2的輸出 =0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能①的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動搶答按鍵時(shí)，CTR＝1，經(jīng)G3反相，輸出為0，封鎖 CP信號，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出 =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能②的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則"定時(shí)到信號"為0，/ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)，門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖時(shí)鐘CP信號，使

28、定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能③的要求。</p><p>　　集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間（其功能表見表3）,具體原理如下：主要由555時(shí)鐘電路（用于控制報(bào)警聲音頻率）、蜂鳴器即相關(guān)的延時(shí)電路和控制電路組成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121通過信號/Ys、BO2、S控制報(bào)警與否和報(bào)警時(shí)間，555時(shí)鐘電路產(chǎn)生脈沖時(shí)鐘。在規(guī)定的時(shí)間有人搶答時(shí)，/Ys由1跳變到0，74121有狀態(tài)2（見表3

29、狀態(tài)編碼），即Q輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報(bào)警，持續(xù)時(shí)間為=4.3秒；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無人搶答，BO2由1跳變到0，74121有狀態(tài)1，Q輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報(bào)警持續(xù)時(shí)間為</p><p>　　結(jié)合圖5所示報(bào)警電路，分析計(jì)算如下：。?。?00uF, =51K,。有＝4.3秒。</p><p>　　表3 74121功能表</p><p>　　三、總體

30、電路及其原理</p><p>　　圖七 總體電路圖 </p><p>　　原理：開關(guān)S置于"清除"端時(shí)，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）＝0，使之處于工作狀態(tài)。由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過預(yù)置時(shí)間電路對計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器

31、開始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，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；如果沒有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無效。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121通過信號/Ys、BO2、S控制報(bào)警與否和報(bào)警時(shí)間，555時(shí)鐘電路產(chǎn)生脈沖時(shí)鐘。在規(guī)定的時(shí)間有人搶答時(shí)，/Ys由1跳變到0，74121有狀態(tài)2（見表3狀態(tài)編碼），即Q輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報(bào)

32、警，持續(xù)時(shí)間為=4.3秒；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無人搶答，BO2由1跳變到0，74121有狀態(tài)1，Q輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報(bào)警持續(xù)時(shí)間為</p><p>　　主持人控制開關(guān)從"清除"位置撥到"開始"位置時(shí)，來自于圖2中的74LS279的輸出 1Q,即CTR=0，經(jīng)G3反相，輸出為1，則NE555產(chǎn)生的時(shí)鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端（圖中用CLCK表示

33、接入到74LS192CPD端的信號），定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，則"定時(shí)到信號"為 1，門G2的輸出 =0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能①的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動搶答按鍵時(shí)，CTR＝1，經(jīng)G3反相，輸出為0，封鎖 CP信號，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出 =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能②的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則"定時(shí)到信號&qu

34、ot;為0，/ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)，門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖時(shí)鐘CP信號，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能③的要求。</p><p><b>　　總結(jié)與體會</b></p><p>　　搶答器的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)第一信號鑒別與鎖存功能，對于個(gè)別組的犯規(guī)動作也會顯示并且發(fā)出聲響提示，是一個(gè)很有趣的娛樂裝置。</p>

35、;<p>　　在設(shè)計(jì)中我運(yùn)用了自己平時(shí)學(xué)的一些知識，以及自己在課下所查找的進(jìn)行設(shè)計(jì)，剛開始遇到了很多的困難，后來也請老師同學(xué)的幫忙參考，最終找到了解決問題的答案，我感覺自己再設(shè)計(jì)方面提高很大，特別再設(shè)計(jì)犯規(guī)電路時(shí)由于他的功能有限，但是電路又感覺太龐大了，我就試著能不能用更簡單的方法解決這個(gè)問題，對電路的原理反復(fù)研究，最終找到了方法，也進(jìn)一步對電路得到了深刻的認(rèn)識和了解，同時(shí)對以前所學(xué)的知識也有了更深刻的認(rèn)識，并進(jìn)一步的得到

36、了鞏固和提高，充分的做到了理論聯(lián)系實(shí)際，也使我認(rèn)識到理論和實(shí)際的差別，通過該課程設(shè)計(jì)，不但對搶答器有了全面的認(rèn)識，而且相關(guān)的知識也有了足夠的掌握，我感覺最重要的還是設(shè)計(jì)思維的形成。更發(fā)現(xiàn)自己平時(shí)學(xué)習(xí)中的缺陷。這也將對我以后的工作有很大的幫助。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　時(shí)光飛逝，我即將告別我的大學(xué)生活。</p>

37、<p>　　在此我要感謝老師三年以來對我的諄諄教導(dǎo)，同時(shí)也感謝所有的同學(xué)和朋友三年以來給我的幫助和關(guān)心。感謝我的父母能夠在大學(xué)的三年里給我默默的支持，在大學(xué)的三年里我懂得了許多，也成熟了不少，踏入社會的我也深深牢記了一句話“今日我以學(xué)校為榮，明日學(xué)校以我為榮”，我將在今后的人生中不斷的完善自己，突破自己！最后我要感謝xx老師在畢業(yè)設(shè)計(jì)上給我的幫助與指導(dǎo)，使我的順利的完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)。</p><p>

38、　　感謝大家，我將以努力來感謝所有幫助過我的人。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　康華光 編<<電子技術(shù)基礎(chǔ) 數(shù)字部分>>,北京 高等教育出版社,2000年6月版.</p><p>　　李海 編<<74系列芯片手冊>> ,重慶 重慶大學(xué)出版社 1999年9月版

39、.</p><p>　　歐陽星明 編<<數(shù)字邏輯>>，武漢 華中科技大學(xué)出版社，2002年5月版</p><p>　　肖景和 編《CMOS數(shù)字電路應(yīng)用300例》，北京，中國電力出版社，2005年1月版</p><p>　　《電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分（第四版）》，高等教育出版社2003年3月  主編：康華光