搶答器數(shù)電課程設計

1、<p><b>　　綜述</b></p><p>　　競賽搶答的器件，在現(xiàn)實生活中很常見，尤其是在隨著各種智益電視節(jié)目的不斷發(fā)展，越來越多的競賽搶答器被用在了其中，這種搶答器的好處是不僅能夠鍛煉參賽選手的反應能力，而且能增加節(jié)目現(xiàn)場的緊張、活躍氣氛，讓觀眾看得更有情趣。 </p><p>　　在知識競賽中

2、，特別是做搶答題時，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要有一個系統(tǒng)來完成這個任務。如果在搶答中，只靠人的視覺是很難判斷出哪組先答題。這次設計就是用幾個觸發(fā)器以及三極管巧妙的設計搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。本文主要介紹了搶答器的工作原理及設計，以及它的實際用途實際進行智力競賽時，一般分為若干組，各組對主持人提出的問題，分必答和搶答兩種，必答有時間限制，到時要告警?；卮?/p>

3、問題正確與否，由主持人判別加分還是減分，成績評定結(jié)果要用電子顯示裝置顯示。搶答時，要判定哪組優(yōu)先，并予以指示和鳴叫。</p><p><b>　　1. 設計方案</b></p><p><b>　　1.1工作過程</b></p><p>　　接通電源時，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅

4、燈，定時顯示器顯示設定的時間，當節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”，同時將控制開關(guān)撥到“開始”位置，揚聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時器倒計時。</p><p>　　當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，搶答器要完成以下四項工作：</p><p>　?。?）優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖

5、存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；</p><p>　　揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；</p><p>　　控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答；</p><p>　　控制電路要使定時器停止工作，時間顯示器上顯示剩余的搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　?。?）計數(shù)顯示電路可用8

6、421碼撥碼開關(guān)譯碼電路顯示 。8421碼撥碼開關(guān)能進行加或減計數(shù)。也可用加/減計數(shù)器（如74 LS193）來組成。譯碼，顯示用共陰或共陽組件，也可用CL002譯碼顯示器當選手將問題回答完畢，</p><p>　　主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。</p><p>　　1.2電路的組成及控制原理</p><p><b>　　

7、分析框圖如下所示：</b></p><p>　　圖1-2 四人智力搶答器框圖</p><p><b>　　2.選用器材</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源，74HC148為8線－3線優(yōu)先編碼器，74HC48七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，74HC279為四個R-S 鎖存器,十進制可逆計數(shù)器74HC192，555定時器，顯示器LC50

8、11－11，CL002，發(fā)光二極管，阻容元件，電位器，喇叭，開關(guān)等。 </p><p>　　3. 單元電路設計 </p><p><b>　　3.1計分電路</b></p><p>　　每組均有8421碼撥碼開關(guān)KS－１，完成分數(shù)的增和減，每組為三位個，十，百位，每位可以單獨進行加減。例如：100

9、分加“10”分變?yōu)?10分，秩序安東撥碼開關(guān)市委“＋”號一次；若加“20”分。若減分，方法相同，即按動“－”號就能完成減數(shù)記分。用i表示組別（i=1,2,3,4）。</p><p>　　圖3-1撥碼開關(guān)裝置</p><p>　　3.2 搶答器電路 </p><p>　　該電路完成的功能：分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；禁止其他選

10、手按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S置于"清除"端時，RS觸發(fā)器的 端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74HC148的 ＝0，使之處于工作狀態(tài)。當開關(guān)S置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74HC148的輸出 經(jīng)RS鎖存后，1Q=1, =1,74HC48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為"5"。此外，1Q＝1，使74HC148 ＝１

11、，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74HC148的 此時由于仍為1Q＝1，所以74HC148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。計數(shù)顯示電路可用8421碼撥碼開關(guān)譯碼電路顯示 。8421碼撥碼開關(guān)能進行加或減計數(shù)。來組成譯 碼，顯示用共陽組件，也可用CL002譯碼顯示器。</p><p>　　圖3-2數(shù)字搶答電路</p><p><

12、;b>　　3.3定時電路</b></p><p>　　由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供?？深A置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器74LS192進行設計，具體電路如圖 </p><p>　　圖3-3可預置時間的定時電路</p><p><b>　　3.4

13、報警電路</b></p><p>　　由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖11、4所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率f0＝1.43／［（RI＋2R2）C ］其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作。</p><p><b>　　3-4報警電路</b></p><p>　　3．5時序控制

14、電路 </p><p>　　時序控制電路搶答器設計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能：（1）主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態(tài)。 （2）當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。（3）當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器報警。圖中，門G1 的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74HC148的輸人使能

15、端 。圖3-4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，來自于圖3-2中的74HC279的輸出 1Q=0，經(jīng)G3反相， A＝1，則時鐘信號CP能夠加到74HC192的CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則"定時到信號"為 1，門G2的輸出 =0，使 74HC148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能①的要求。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵

16、時，1Q＝1，經(jīng) G3反相， A＝0，封鎖 CP信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門G2的輸出 =1，74HC148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能②的要求。當定時時間到時，則"定時到信號"為0， =1，74HC148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答</p><p><b>　　3-5時序控制電路</b></p><p>　　4．單元電路設計參數(shù)

17、計算及元器件選擇</p><p>　　4.1 74HC48芯片</p><p>　　一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)</p><p><b>　　圖為74HC48</b></p><p>　　4.2 74HC279資料</p><p>　　四R-S 鎖存器

18、 簡要說明:279為四個R-S 鎖存器，共有 54/74279 和 54/74LS279 兩種線路結(jié)構(gòu)型式,其。主要電器特性的典型值如下：型號 tPD PD 54279/74279 12ns 90mW或54LS279/74LS279 12ns 19mW四個鎖存器中有 2 個具有 2 個置位端（SA,SB）。當/S 為低電平，R 為高電平時，輸出端 Q為高電平。當S為高電平，R為低電平時，Q為低電平。當S和R 均為高電平時，Q被

19、鎖存在已建立的電平；當S和R均為低電平時，Q 為不穩(wěn)定的高電平狀態(tài)。對SA和/SB，S的低電平表示/SA和/SB只要有一個為低電平，S的高電平表示SA和SB均為高電平。引出端符號：1Q~4Q 輸出端/1S~/4S 置位端（低電平有效）/1R~/4R 復位端（低電平有效）4.3 74HC148資料</p><p><b>　　圖為74HC148</b></p><p>

20、;　　在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時輸入兩個以上編碼信號。不過在設計優(yōu)先編碼器時已經(jīng)將所有的輸入信號按優(yōu)先順序排了隊。在同時存在兩個或兩個以上輸入信號時，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級高的輸入信號編碼，優(yōu)先級低的信號則不起作用。74HC148是一個八線-三線優(yōu)先級編碼器。</p><p>　　Y2’=((I4+I5+I6+I7))*S)’</p><p>　　Y1’=((I2 I4’I5’+ I3 I

21、4’I5’+ I6 + I7)*S)’</p><p>　　Y0’=((I1I2’I4’I6’+I3I4’I6’+I5I6’+I7)*s)’</p><p>　　為了擴展電路的功能和增加使用的靈活性，在74HC148的邏輯電路中S’為選通輸入端，只有在S’=0條件下，才正常工作，而在S’=1時，所有的輸出端均被封鎖在高電平。。</p><p>　　YS’=(I0’I

22、1’I2’I3’I4’I5’I6’I7’S)’</p><p>　　只要任何一個編碼輸入端有低電平輸入，且S=1，YEX’即為高電平,因此，為低電平時表示“電路工作，且有編碼輸入。</p><p>　　YEX’=((I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7)*S)’</p><p>　　74HC148功能表</p><p>　　4.4

23、74HC192資料</p><p>　　74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，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><b>　　圖為74HC192</b></p><p>　　(a)引腳排列(b)邏輯符號圖中,CPu為加計數(shù)端，CPD為減計數(shù)端，TCU’非同步進位輸出端,TCU’為非同步借位輸

24、出端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，MR為清除端，Q0,Q1,Q2,Q3為數(shù)據(jù)輸出端.</p><p>　　74HC192功能表</p><p>　　4.5 555定時器 </p><p>　　基本原理是，由于電容C的兩端的電壓不能突變，定時器的2端電壓低觸發(fā)端為低電平，輸出端3為高電平。電源經(jīng)過R1、R2給電容C充電，當電容的電壓充到電源電壓的2/3時，5

25、55內(nèi)部的MOS管導通，輸出為低電平。接著電容通過R2和已經(jīng)導通的MOS管放電，當電容的兩端電壓下降到低于1/3的電源電壓時，MOS管截止電容放電停止，此時電源通過R1、R2再次向電容充電，如此反復，形成震蕩，從而在3端得到時鐘脈沖源輸出，根據(jù)公式：</p><p>　　周期T=（R1+2R2）×C×ln2=0.7（R1+2R2）C </p><p>　　它由3個阻值為

26、5k的電阻組成的分壓器、兩個電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電BJT以及緩沖器G 組成。</p><p>　　定時器的主要功能取決于比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電BJT T的狀態(tài)。圖中Rd為復位輸入端，當Rd為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出Vo為低電平。因此在正常工作時，應將其接高電平。</p><p>　　當5腳懸空時，比較器C1和C2的比較電壓分別為2/3Vcc和1

27、/3Vcc；當VI1>2/3Vcc，VI2>1/3Vcc時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，放電三極管T導通，輸出端Vo為低電平。</p><p>　　當VI1<2/3Vcc，VI2<1/3Vcc時，比較器C1輸出高電平,比較器C2輸出輸出低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，放電三極管截止，輸出端Vo為高電平。</p><p>　　當VI

28、1<2/3Vcc，VI2>1/3Vcc時，基本RS觸發(fā)器R=1、S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路以保持原狀態(tài)不變.</p><p><b>　　5. 完整電路圖</b></p><p><b>　　課程設計體會</b></p><p>　　我認為做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課

29、間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。這次課程設計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會服務，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。</p>

30、;<p>　　在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，尤其在繪圖上花了很長時間。通過這次課程設計,我學到了很多書本上沒有的實際的知識,熟悉了一些元器件、芯片在工程中的靈活運用。在設計及制作過程中，遇到過一些困難。通過上網(wǎng)和去圖書館查資料解決之。并且在網(wǎng)上搜集到了一些元器件及電路的相關(guān)資料對以后的學習及工作是很有幫助的。這次設計我學會了visio的操作，并且進一步熟練地掌握和

31、運用了相關(guān)的專業(yè)軟件，提高了我們自身的專業(yè)素質(zhì)。這也是我們工科學生所必須掌握的基礎技能。同時也深深的體會到，我們書本上所學的知識和實際的東西相差甚遠，我們所不懂的知識還有很多，因此今后我們要更加注重實際方面的鍛煉和運用。好好珍惜現(xiàn)在的大學時間，努力完善自己。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 毛發(fā)堯.《數(shù)字邏輯》北京：高等教育出

32、版社2008.</p><p>　　[2]康華光.電子技術(shù)基礎數(shù)字部分.北京：高等教育出版社，2006. </p><p>　　[3]張欽雙.實用電子電路200例.北京：機械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[4]陳有卿.實用555時基電路300例.北京：中國電力出版社，2004.</p><p>　　[5]常華.仿真軟件教程.北京