課程設(shè)計(jì)---四路搶答器電路設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p><b>　　設(shè)計(jì)題目</b></p><p><b>　　搶答器電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　主要內(nèi)容及要求</b></p><p>　　(1)可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器。</p>

2、<p>　　（2）當(dāng)某臺參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時(shí)，由數(shù)碼管顯示該臺編號并伴有聲響。此時(shí)，搶答器不再接收其他輸入信號。</p><p>　?。?）電路具有定時(shí)功能。要求回答問題的時(shí)間≤60秒（顯示為00~59），時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)方式。當(dāng)達(dá)到限定時(shí)間時(shí)，發(fā)出聲響提示。</p><p>　?。?）具有計(jì)分功能。要求能設(shè)定初始分值，能進(jìn)行加減分。</p><p>

3、　?。?）在復(fù)位狀態(tài)下臺號數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈）。</p><p><b>　　進(jìn)度安排</b></p><p>　　十七周星期一接收任務(wù)書。</p><p>　　十七周星期二開始上網(wǎng)收集資料。</p><p>　　十七周星期三開始進(jìn)行設(shè)計(jì)，先分段把各個(gè)重要部分用protuse仿真軟件。</p><

4、;p>　　十八周星期六進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)好的各個(gè)部分連接起來進(jìn)行整體電路的仿真。</p><p>　　十八周星期日對仿真好的電路進(jìn)行整理寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。</p><p>　　十九周星期一進(jìn)行答辯和交報(bào)告。</p><p><b>　　總評成績</b></p><p>　　指導(dǎo)教師 </p

5、><p>　　學(xué)生簽名 </p><p>　　題目：搶答器電路設(shè)計(jì)</p><p><b>　　一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　　(1)可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器。</p><p>　?。?）當(dāng)某臺參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時(shí)，由數(shù)碼管顯示該臺編號并伴有聲響。此時(shí)，搶答

6、器不再接收其他輸入信號。</p><p>　　（3）電路具有定時(shí)功能。要求回答問題的時(shí)間≤60秒（顯示為00~59），時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)方式。當(dāng)達(dá)到限定時(shí)間時(shí)，發(fā)出聲響提示。</p><p>　　（4）具有計(jì)分功能。要求能設(shè)定初始分值，能進(jìn)行加減分。</p><p>　?。?）在復(fù)位狀態(tài)下臺號數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈）。</p><p>&l

7、t;b>　　二、方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p>　　搶答器的基本工作原理：</p><p>　　當(dāng)主持人按下“開關(guān)”按鈕后，選手可以通過按按鈕的快慢來決定由誰來回答，按得快的選手的編號顯示在電子顯示管上并伴有響聲。</p><p>　　此后選手輸入被鎖住，如果主持人按下復(fù)位鍵則編號顯示處不作任何顯示。</p><p>

8、;　　然后主持人就按下計(jì)時(shí)開關(guān)，選手開始作答，作答的時(shí)間少于60秒，以倒數(shù)的方式進(jìn)行，而且通過顯示屏把時(shí)間顯示出來。</p><p>　　當(dāng)選手作答僅剩10秒時(shí)，開始通過喇叭響來做提示。如果到了顯示“00”時(shí)，計(jì)時(shí)器不再進(jìn)行倒數(shù)而停留在“00”狀態(tài)。</p><p>　　此時(shí)選手仍沒有作答成功，則主持人會(huì)對該選手進(jìn)行減分處理，如果在“00”之前作答成功則加分，分?jǐn)?shù)也是通過計(jì)分器顯示出來。&

9、lt;/p><p>　　之后主持人按下開關(guān)，所有的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)以便進(jìn)行下一次答題。</p><p><b>　　原理框架圖（圖1）</b></p><p><b>　　圖1.原理框架圖</b></p><p>　　方案一、對照上面原理框架圖，各個(gè)主要的部分選用對應(yīng)功能的芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果在

10、仿真時(shí)沒能找到相應(yīng)的芯片則用相近的。比如在選手搶答時(shí)的輸入用74148優(yōu)先編碼器進(jìn)行編碼讓一個(gè)輸入有效，并用七段顯示譯碼器顯示出臺號。</p><p>　　方案二、對照框架圖，選用各種邏輯站以及相關(guān)的邏輯函數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，編號進(jìn)直接把鎖存器的輸出轉(zhuǎn)化8421BCD碼，并通過邏輯函數(shù)表達(dá)式的方式輸入到顯示譯碼器中讓其顯示出來。</p><p>　　通過比較可以得出方案一更可行，理由在于芯片組上集

11、成的功能要強(qiáng)大些，且用的元器件的數(shù)目會(huì)相對少一些這樣會(huì)更美觀而且不容易出錯(cuò)。</p><p>　　三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　1、封鎖電路</b></p><p>　　封鎖電路的主要功能是分辨選手按鍵的先后，并能把第一個(gè)搶答者的編號鎖存起來，并使其他選手的按鍵操作無效。實(shí)現(xiàn)該電路的功能的主要芯片是74175（圖1為功

12、能表，圖2為邏輯功能圖，圖3為鎖存器電路）</p><p><b>　　表1</b></p><p><b>　　圖2</b></p><p>　　工作原理：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時(shí)該電路清零即當(dāng)RD接低電平時(shí)，，，，全為低電平，各顯示燈均熄滅，即此時(shí)封鎖器電路不工作，當(dāng)主持人將開關(guān)撥到“開始”后即RD為高電平時(shí)

13、，此時(shí)鎖存器處于工作狀態(tài)，即搶答器電路處于等待工作狀態(tài)。這時(shí)當(dāng)有選手將按鍵按下時(shí)（如按下SW2）。此時(shí)=1，由D觸發(fā)器的功能可知，此時(shí)=1，=0。當(dāng)=0時(shí)，經(jīng)過與非門變?yōu)?再經(jīng)過非門變?yōu)?，再和4個(gè)選手組成的或門邏輯器再與，選手就可以通過開關(guān)來搶答，而且只有一次輸入變化，因此CP只接收到一次的電平變化，因此那就后就保持了第一次的輸出所以就封鎖了CP的輸入，此時(shí)74175不再工作，從而實(shí)現(xiàn)了封鎖其他選手的作答。只有在第一個(gè)人答完以后，由主

14、持人操作清零開關(guān)使搶答器電路復(fù)位，才能進(jìn)行下一步的搶答。</p><p><b>　　圖3</b></p><p><b>　　2.顯示編號的電路</b></p><p>　　當(dāng)有選手按下了開關(guān)后，快的那個(gè)選手的編號可以被輸出并記憶起來送到74148和7448組成的編碼器和七段顯示器組成的顯示臺號電路中去顯示出選手編號。&

15、lt;/p><p>　　74148是低電平有效的優(yōu)先編碼器，其功能表表2所示：</p><p>　?。↙ 低電平 H 高電平 × 任意電平）</p><p><b>　　表2</b></p><p><b>　　圖4</b></p><p>　　圖4為

16、74148的邏輯圖</p><p>　　（ L 低電平 H 高電平 × 任意電平）</p><p>　　表3.七段LED譯碼驅(qū)動(dòng)器7448功能表 </p><p><b>　　圖5</b></p><p>　　圖5是封鎖電路和臺號顯示電路合在一起的電路圖，只有兩個(gè)合在一起才能很好的在一次答題中

17、只顯示一個(gè)選手號。</p><p>　　由于74175是低電平有效，可以將從74175輸出端，，，分別接到其1，2，3，4端，其余的5，6，7端均接高電平，這樣就可以形成，最高輸出4而不會(huì)出現(xiàn)顯示大于4的可能出現(xiàn)。由于其輸出以為低電平有效，正常情況下每個(gè)輸出經(jīng)過一個(gè)非門后就可進(jìn)行顯示編號。 在復(fù)位狀態(tài)下臺號數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈），所以必須要接7448。7448的功能表與電路分別如表3所示</p>

18、<p><b>　　3.搶答器定時(shí)電路</b></p><p>　　在比賽規(guī)則里，要求選手的答題時(shí)間不能超到60秒，因此必須要有一個(gè)定時(shí)電路，這個(gè)電路可以設(shè)計(jì)成60進(jìn)制加法器，但是更多的情況下，為了直觀的原因我們采用的是60進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。如果選手能在60秒里答對，則算答題成功，否則為失敗。而且在最后的10秒鐘伴有響聲做為提示，當(dāng)時(shí)最后到達(dá)00時(shí)，響聲也會(huì)停止。</p>

19、;<p>　　為了實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，采用了74192芯片，它具有加減法功能，是同步10進(jìn)制的。</p><p>　　74LS192（54/74194）兩個(gè)引腳圖管腳及功能表如下：74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：</p><p>　?。╝）引腳排列    

20、                   (b) 邏輯符號</p><p>　　圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端， 為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸

21、出端。</p><p><b>　　其功能表如下：</b></p><p><b>　　圖6</b></p><p>　　定時(shí)器電路如上（圖6）</p><p>　　上圖用兩塊74192來組成60進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，通過置數(shù)法讓一有電源輸入到該電路上，就直接把輸出置為59，差通過數(shù)碼管顯示出來，如圖左邊

22、的74192，它的一個(gè)D1、D3接到地（圖中沒法看到）D0D1D2D3=0101，所以當(dāng)有電源接入時(shí)，左邊的數(shù)碼管能即時(shí)顯示出“5”。左邊的74192芯片代表十位數(shù)字，右邊的代表個(gè)位數(shù)，只有個(gè)位上發(fā)生從0變到9的狀態(tài)，才能促使十位上減1，因此把右邊芯片的減法進(jìn)位端作為脈沖信號送到左邊的脈沖輸入端DN中，而右邊接DN接入的應(yīng)該是一個(gè)頻率為1HZ的輸入脈沖。UP為加法輸入端所以置為高電平。</p><p>　　如果單

23、由兩個(gè)74192組成定時(shí)器則這種定時(shí)器會(huì)有問題，就是沒辦法在計(jì)數(shù)為00時(shí)停止計(jì)數(shù)而是繼續(xù)回到59再做一次這樣的循環(huán)。為了克服這個(gè)問題，特意加入了一個(gè)JK邊沿觸發(fā)器。將兩個(gè)的輸出端通過異或非門作為輸入，送到JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號端CLK，因?yàn)槿绻?jì)時(shí)器一旦輸出“00”，異或非門的輸出剛好為1，而觸發(fā)器的CLK從0到1，接收到一次上升沿的時(shí)鐘信號，因而JK觸發(fā)器此時(shí)Q輸出為1，再把Q送到兩個(gè)芯片的MR端，此時(shí)芯片就不再處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，因而可以做

24、出來到“00”停止計(jì)時(shí)的效果。</p><p>　　表4.JK觸發(fā)器的功能表</p><p>　　這個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器還要實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，就是實(shí)現(xiàn)最后10秒時(shí)要伴有警告聲</p><p>　　這是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)出聲音的蜂鳴器。</p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　如圖上所示，將十

25、位芯片組的輸出用一個(gè)或非門輸出，這時(shí)輸出為1。而個(gè)位芯片用一個(gè)或門輸出，在個(gè)位上還沒有到達(dá)0時(shí)，這個(gè)或門U13：A始終輸出為1，再將這個(gè)或門U17用一個(gè)與門U18：A跟一個(gè)脈沖信號連起來。再將U13：A和U18：A組成一個(gè)與非門U3：D輸入到BUZ2的一端，由于脈沖信號作用，當(dāng)公平?jīng)]有達(dá)到00時(shí)，U18：A輸入為1，U13：A為1，所以當(dāng)脈沖處于高時(shí)，U3：D為低，當(dāng)處于低電平時(shí)，U3：D為高，就形成了一個(gè)有變化的電流，造成BUZ響。但

26、是一旦到達(dá)“00”，U17輸出0，U18：A也是一直是0，U3：D也一直是0，沒有發(fā)生變化，因而就不會(huì)響。</p><p><b>　　4、計(jì)分器</b></p><p>　　當(dāng)選手作答完后，要根據(jù)選手答題的情況來進(jìn)行加法或減分。而這個(gè)加分減分功能我同樣用了74192，每答對一題得一分，答錯(cuò)一題減一分，主持人根據(jù)選手答題情況來加減分，最高分為9分，最低分為0分。<

27、;/p><p><b>　　圖7</b></p><p>　　這個(gè)電路是通過一個(gè)BUTTON按鈕，按一下會(huì)自動(dòng)的彈上來，這樣確保每一次的按和放都有一次的脈沖輸入，兩個(gè)開關(guān)代表加分減分，將開關(guān)的一端接脈沖，另一端接UP或DN，然后能過輸出就可以知道當(dāng)前得分。</p><p>　　四、總電路工作原理及元器件清單</p><p>

28、<b>　　總電路原理圖：</b></p><p><b>　　圖8</b></p><p><b>　　2.總電路工作原理</b></p><p>　　當(dāng)主持人按下“開關(guān)”按鈕后，選手可以通過按按鈕的快慢來決定由誰來回答，按得快的選手的編號顯示在電子顯示管上并伴有響聲。此后選手輸入鎖住，如果主持人按

29、下復(fù)位鍵則編號顯示處不作任何顯示。然后主持人就按計(jì)時(shí)開關(guān)，選手開始作答，作答的時(shí)間少于60秒，以倒數(shù)的方式進(jìn)行，而通過顯示屏把時(shí)間顯示出來。當(dāng)選手作答僅剩10秒時(shí)，開始通過喇叭響來做提示。如果到了顯示“00”時(shí)，計(jì)時(shí)器不再進(jìn)行倒數(shù)而停留在“00”狀態(tài)。</p><p>　　此時(shí)選手仍沒有作答成功，則主持人會(huì)對該選手進(jìn)行減分處理，如果在“00”之前作答成功則加分，分?jǐn)?shù)也是通過計(jì)分器顯示出來。之后主持人按下開關(guān)，所有

30、的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)以便進(jìn)行下一次答題。</p><p><b>　　3．元件清單</b></p><p><b>　　五、仿真調(diào)試與分析</b></p><p>　　本次設(shè)計(jì)的仿真我采用了protues仿真軟件做，我試過多個(gè)軟件如EWB，但是這個(gè)軟件能比較直觀地看出來每一個(gè)輸出輸入量是高電平還是低電平，而且連起線

31、來也相對比較簡單，最好一點(diǎn)是兩個(gè)端口之間不一定要用線連而使用相同的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號（即相同的名字）就相當(dāng)于把線連了起來。</p><p>　　調(diào)試過程中出現(xiàn)了沒辦法鎖住選手輸入，還有計(jì)時(shí)不在00停等一系列問題，通過不斷地觀察每一個(gè)的輸入輸出還有查每個(gè)芯片的針腳來一次次地改進(jìn)，比如加一個(gè)什么門，加一個(gè)開關(guān)等，都有可能解決比較難搞的問題。</p><p><b>　　六、結(jié)論與心得</

32、b></p><p>　　本次課程設(shè)計(jì)對于我的課題的要求基本上實(shí)現(xiàn)了。這次課程設(shè)計(jì)時(shí)間有點(diǎn)匆忙，雖然大部分的功能都實(shí)現(xiàn)了，但是還是會(huì)存在不完美的地方，實(shí)在是時(shí)間有點(diǎn)緊，沒辦法做長時(shí)間的修改。</p><p>　　設(shè)計(jì)進(jìn)行地比較成功，對常用的芯片無論是從功能上，還是構(gòu)造上都在了更深的了解，更重要的是鍛煉了我們的動(dòng)手能力，平時(shí)看書都能看得明白，但是到了仿真的時(shí)候還是會(huì)出現(xiàn)很多的問題，有時(shí)

33、候一個(gè)小失誤致使整個(gè)電路工作狀態(tài)出現(xiàn)錯(cuò)誤，但是還是能過一次次的調(diào)試，一次次地去修改最后得出了成品。也學(xué)了一個(gè)新的軟件，這也是很重要的。</p><p>　　反正這次課程設(shè)計(jì)收獲也不少，但是如果時(shí)間能夠再充分一點(diǎn)，我相信自己能夠做得更好。</p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　《數(shù)字電子技術(shù)基本教程》 閻石