智能搶答器電子技術(shù)課程設(shè)計

1、<p>　　課程名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計</p><p>　　設(shè)計題目： 智能搶答器 </p><p>　　院 系： 電氣工程系 </p><p>　　專 業(yè)： 電力機(jī)車 </p><p>　　2012年9 月1日</p><p>　　

2、課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p>　　題 目 智能搶答器 </p><p><b>　　一、設(shè)計的目的</b></p><p>　　電子技術(shù)課程設(shè)計是模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)課程重要的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對學(xué)生學(xué)習(xí)模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)的綜合性訓(xùn)練。學(xué)生根據(jù)給定的技術(shù)指標(biāo)，從穩(wěn)定可靠、使用

3、方便、高性價比出發(fā)來選擇方案，運用所學(xué)過的各種電子器件和電子線路知識獨立的進(jìn)行對所選課題的設(shè)計、安裝以及調(diào)試。了解常用電子器件的類型和特性，并掌握合理選用的原則。通過查閱手冊和文獻(xiàn)資料，培養(yǎng)學(xué)生獨立分析問題和解決問題的能力。學(xué)會電子電路的安裝與調(diào)試技能，掌握電子電路的測試方法及了解印刷線路板的設(shè)計與制作方法。初步掌握工程設(shè)計基本方法和組織實踐的基本技能。學(xué)會撰寫課程設(shè)計總結(jié)報告。培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)肅認(rèn)真的工作作風(fēng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度以及綜合運用理論

4、知識解決實際問題的能力。</p><p>　　二、設(shè)計的內(nèi)容及要求</p><p>　　運用電子技術(shù)課程學(xué)習(xí)過的編碼器、譯碼器、計數(shù)器、顯示器等電子器件設(shè)計一個可運用于參賽人數(shù)為10人以內(nèi)的智力競賽的智能搶答器。該搶答器既能對最先搶答選手進(jìn)行識別和顯示，也能對有效搶答和無效搶答進(jìn)行判別和顯示，還能進(jìn)行搶題警告并顯示最先搶題選手的編號。</p><p><b&g

5、t;　　三、指導(dǎo)教師評語 </b></p><p>　　四、成 績 </p><p>　　指導(dǎo)教師 (簽章) </p><p>　　年 月 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p&g

6、t;　　一、設(shè)計任務(wù)與要求·······························2</p><p>

7、;　　二、方案設(shè)計與論證·······························3</p><p>

8、　　三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算·······················5</p><p>　　1、搶答電路······&

9、#183;·····························5</p><p>　　2、計時電路··

10、;··································6</p>&l

11、t;p>　　3、主控制電路··································

12、7</p><p>　　四、總原理圖及元器件清單·························8</p><p>　　1、總原理圖

13、3;···································8</p&

14、gt;<p>　　2、元件清單·································

15、···9</p><p>　　五、安裝與調(diào)試····························

16、83;······9</p><p>　　六、性能測試與分析························

17、3;·····10</p><p>　　七、結(jié)論與心得··························

18、········14</p><p>　　八、參考文獻(xiàn)·······················

19、83;············15</p><p><b>　　智能搶答器設(shè)計</b></p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)與要求</b></p><p>　　了解分析搶答器在多人智力競賽中的實際應(yīng)用

20、，明晰其在應(yīng)用中實現(xiàn)的各種基本功能，查閱課本及相關(guān)資料了解掌握基本邏輯組合電路、時序邏輯電路（其中的編碼器、譯碼器和計數(shù)器部分）、顯示器、時鐘信號產(chǎn)生電路的邏輯功能和工作原理。先分別完成搶答電路和計時電路兩個單元電路的設(shè)計，然后設(shè)計完成主控制電路以及全部電路的組合，最后進(jìn)行電路功能測試和線路優(yōu)化。</p><p>　　本課程設(shè)計是要完成一臺參賽人數(shù)在10以內(nèi)的智力競賽搶答器，該智能搶答器能對最先進(jìn)行有效搶答的選手

21、進(jìn)行準(zhǔn)確的識別，并顯示其編號。在題目念完主持人點擊計時按鈕后進(jìn)行“0”到“9”的計時，并顯示計時時間，若10秒鐘計時結(jié)束后無人搶答，搶答器發(fā)出警報聲，提示搶答時間結(jié)束，此后搶答無效。若在未念完題目前有選手發(fā)出搶答信號，搶答器發(fā)出警告聲，同時顯示搶答選手的編號直到主持人清零。</p><p>　　1、參賽選手依次編號為：1，2，3，4，5···（上限為9）。各有一個搶答按鈕，按鈕的編號

22、與選手的編號對應(yīng)。</p><p>　　2、主持人處主控制器上設(shè)置有電源總開關(guān)、計時電路開關(guān)、計時器歸零按鈕、顯示器復(fù)位按鈕、顯示器滅燈開關(guān)。用來控制搶答開始、計時歸零以及系統(tǒng)復(fù)位等功能。</p><p>　　3、該搶答器所實現(xiàn)的功能決定了其具有編碼信號、譯碼信號、數(shù)據(jù)鎖存和數(shù)據(jù)顯示的功能。在選手按下?lián)尨鸢粹o后，編碼電路將選手的編號編碼成數(shù)字信號，鎖存譯碼顯示電路完成數(shù)字信號的儲存、譯碼和

23、顯示。競賽過程中指示燈和揚聲器起輔助提示作用。</p><p>　　4、選手按下?lián)尨鸢粹o，揚聲器給出音響提示，對應(yīng)指示燈亮。有效</p><p>　　搶答信號被識別后，對應(yīng)選手的編號立即被鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號，同時系統(tǒng)封鎖鎖存電路，禁止存儲和顯示其他搶答選手的編號。若主持人未念完題目之前有選手提前搶答，搶答器將發(fā)出警告聲，搶題指示燈亮提示有選手犯規(guī)，同時顯示搶題選手的編號直到主

24、持人清零復(fù)位，主持人念完題目并按下?lián)尨痖_始按鈕后，選手可正式開始搶答，同時計時開始。</p><p>　　5、該搶答器有搶答時間限制，有效搶答時間設(shè)置為10秒。當(dāng)主持人按下?lián)尨鹩嫊r開始按鈕后，計時器開始計時，并顯示計時時間，在這10秒內(nèi)搶答有效。若10秒后無人搶答，結(jié)束計時指示燈亮，揚聲器發(fā)出提示音。若計時結(jié)束后有選手搶答，搶答顯示器將自動滅燈，同時無效搶答指示燈亮，提示搶答無效。</p><

25、p><b>　　二、方案設(shè)計與論證</b></p><p>　　搶答器中編碼電路可以用74LS147、74LS148、74HC42來設(shè)計，鎖存譯碼電路可以選用CD4511來設(shè)計，搭配BCD七段顯示器即可實現(xiàn)選手編號的顯示。搶答器的計時功能需要用到計數(shù)器，74LS161、、74LS162、74LS190、74LS290等可供選擇。用到計數(shù)器就需要CP時鐘信號，計時器按秒計時，可以選用合適

26、的石英晶體振蕩器、555構(gòu)建的振蕩電路或方波發(fā)生電路來產(chǎn)生所需的時鐘信號。搶題警告音、搶答提示音和計時結(jié)束提示音由揚聲器或蜂鳴器發(fā)出，多種顏色LED發(fā)光二級管可實現(xiàn)各種燈信號的顯示。</p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　采用74HC42型10線-4線優(yōu)先編碼器設(shè)計編碼電路；采用CD4511型4線-7段鎖存譯碼器搭配BCD七段顯示器設(shè)計譯碼

27、顯示電路；采用74LS160搭配方波產(chǎn)生電路設(shè)計定時電路；采用單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)不同</p><p>　　頻率響聲來設(shè)計音響電路。最后組合成搶答器的全部電路。</p><p><b>　　方案二：</b></p><p>　　采用型74LS147型9線-4線優(yōu)先編碼器設(shè)計編碼電路；采用74LS161設(shè)計鎖存電路；采用7448搭配BCD七段顯示器

28、設(shè)計譯碼顯示電路；采用74LS160搭配555構(gòu)建的振蕩電路設(shè)計定時電路；采用74LS147設(shè)計控制電路；采用揚聲器設(shè)計音響電路。最后組合成搶答器的全部電路。</p><p>　　方案一中用方波發(fā)生電路來產(chǎn)生時鐘信號和用單片機(jī)控制蜂鳴器發(fā)不同頻率的響聲一定程度上復(fù)雜了電路，方案二中用到較多器件，線路多，但大多器件是以前學(xué)過的，設(shè)計起來更為容易。本著對以前學(xué)過的知識的鞏固、應(yīng)用、驗證的想法，我選擇用方案二設(shè)計完成這

29、個智能搶答器。電路完成后用電路仿真軟件Proteus調(diào)試，并不斷優(yōu)化改進(jìn)，最終得出簡明可行的設(shè)計方案。</p><p><b>　　設(shè)計原理圖如下：</b></p><p>　　三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算</p><p><b>　　搶答電路 </b></p><p><b>　　圖一&l

30、t;/b></p><p>　　圖一為搶答器的搶答電路。一旦有參賽選手按下?lián)尨鸢粹o（B1~B9），對應(yīng)指示燈亮（D1~D9 紅色），同時給U15(74LS147型9線-4線優(yōu)先編碼器)一個低電平實現(xiàn)編碼輸入，將輸出對應(yīng)的編碼信號，此處為低電平信號，經(jīng)U3~U6的非門后變?yōu)楦唠娖叫盘?。只要U15有編碼信號輸出,U10就將輸出高電平，從而U2輸出低電平，揚聲器LS1將發(fā)出聲音提示。U14的置數(shù)控制端接地，使其始

31、終處于置數(shù)狀態(tài)，只要U10輸出高電平，U14（74LS161型十六進(jìn)制計時器）就會得到一個上升沿時鐘信號，從而實現(xiàn)置數(shù)操作，因此U14的輸出將總是被置數(shù)為搶答選手的編碼信號，從而實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的鎖存。只要“4-接滅燈信號”為高電平，U11和A1就可以譯碼顯示出搶答選手的編號。只要最先搶答的選手沒有松開搶答按鈕，U14的時鐘端輸入將維持為高電平，即使再有其他選手搶答，其搶答信號也無法被鎖存，相當(dāng)于實現(xiàn)了禁止其他選手搶答的功能。這就要求在使用該

32、搶答器時，參賽選手按下?lián)尨鸢粹o后不應(yīng)立即放開，而是直到主持人確認(rèn)并宣布搶答結(jié)束后放開。顯示器上的搶答選手的編號將一直顯示到主持人清</p><p>　　零或再次計時結(jié)束系統(tǒng)自動清零。</p><p><b>　　2、計時電路</b></p><p><b>　　圖二</b></p><p>　　圖二

33、為搶答器的計時電路，U1（555定時器）接線成多諧振蕩電路為U13（74LS161型十六進(jìn)制計數(shù)器）提供時鐘信號，R16=R17=47K，RV1=2K，C=10uF，周期T=((R16+1/2RV1)+2*(R17+1/2))*C*ln2=1 s，U13接線成11進(jìn)制計時器，并且當(dāng)計時器從“0000”計數(shù)到“1010”時，計時器狀態(tài)被鎖定為“1010”，相當(dāng)于單次計時。經(jīng)7448譯碼后，BCD七段顯示器將顯示計時是從“0”計時到“9”，

34、狀態(tài)1010經(jīng)7448譯碼顯示為字母“C”，將“C”作為計時結(jié)束信號，忽略“9”到“C”這一轉(zhuǎn)變狀態(tài)的時間，則相當(dāng)于計時時間為“0”到“9”共10秒。在這10秒內(nèi)選手搶答為有效搶答，在選手未放開搶答按鈕期間“1-接計時歸零”將得到主控制電路的低電平信號，從而將計數(shù)器歸0，選手放開搶答按鈕后計時電路將從新進(jìn)行10秒的計時，計時顯示狀態(tài)將最終鎖定為“C”，同時自動完成搶答顯示器的清零操作。在主持人打開搶答計時開關(guān)后的10秒時間內(nèi)，若無人搶答

35、，計時顯示狀態(tài)最終鎖定為“C”時，同時揚聲器LS2發(fā)出聲音提示，“計時結(jié)束指示燈”亮，提示本輪搶答結(jié)束，此后搶答無效</p><p><b>　　3、主控制電路</b></p><p><b>　　圖三</b></p><p>　　圖三為搶答器的主控制電路。利用U17（74LS147型9線-4線優(yōu)先編碼器）的優(yōu)先編碼原理來

36、實現(xiàn)在有效搶答時間內(nèi)搶答予以顯示在計時結(jié)束后搶答不予以顯示的功能。在有效搶答時間內(nèi)“4-計時結(jié)束信號”為高電平，經(jīng)U7非門后變?yōu)榈碗娖剑诖似陂g若有選手搶答，“1-有無搶答判定信號”為高電平，于是與非門U9輸出高電平，非門U2輸出加在U17的為低電平，U17輸出使“6-計數(shù)器歸零信號”為低電平，使“3-搶答滅燈信號”為高電平，從而計時器歸零，直到選手松開搶答按鈕計時器從新開始10秒的計時。由于“3-搶答滅燈信號”為高電平，所以“搶答顯示

37、器”不滅燈而正常顯示搶答選手的編號直到主持人清零或再次計時結(jié)束系統(tǒng)自動清零。若在計時結(jié)束后有選手搶答，“4-計時結(jié)束信號”為低電平，U7和“1-有無搶答判定信號”同時為U2輸入高電平，從而U2和U9都輸出低電平均為U17的有效電平,而U2的優(yōu)先權(quán)比U9高，只有U2的輸出信號被編碼輸入，固U17輸出后使“6-計數(shù)器歸零信號”為高電平，使“3-搶答滅燈信號”為低電平，計數(shù)器將不會歸零，搶答顯示器將滅燈不會顯示出此搶答選手的編號，且“無效搶答

38、指示燈”亮，提示該選手此次搶</p><p>　　無效。同理可知U16的接線方式實現(xiàn)了對有效搶答選手編號的自動清零操作。</p><p>　　四、總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　總原理圖</b></p><p><b>　　圖四</b></p><p>　　

39、從總原理圖可以看出搶答計時開關(guān)為單刀雙擲開關(guān)，主持人未開始搶答計時時，開關(guān)打到左側(cè)，“搶題指示燈”所在回路被接通，一旦有選手搶答，“搶題指示燈”陰極將得到低電平，揚聲器LS1發(fā)出提示音的同時“搶題指示燈”亮，警告選手搶題，搶答顯示器也將顯示最先搶題選手的編號。競賽主辦方便可以此為依據(jù)設(shè)置諸如扣分、禁止答下一題、允許答題但給低分選手加分等的懲罰性規(guī)則，從而豐富競賽規(guī)則，使競賽更具有挑戰(zhàn)性和趣味性。按鈕B10和B11分別用來對計時器進(jìn)行歸零

40、和對搶答</p><p>　　顯示器進(jìn)行清零復(fù)位?！帮@示器滅燈開關(guān)”用來同時對計時顯示器和搶答顯示器進(jìn)行必要地滅燈操作。</p><p><b>　　元件清單</b></p><p><b>　　五、安裝與調(diào)試</b></p><p>　　在電路仿真軟件Proteus中進(jìn)行模擬安裝和調(diào)試，并在不斷的

41、調(diào)試過程中進(jìn)行電路結(jié)構(gòu)的改進(jìn)和線路布置的優(yōu)化。</p><p><b>　　六、性能測試與分析</b></p><p>　　為了全面的測試用該方案設(shè)計的搶答器的性能，作如下真實智力競賽場景的模擬。</p><p><b>　　場景一：</b></p><p>　　主持人念完題目后，打開搶答計時開關(guān)開

42、始搶答計時。計時到第五秒時1號選手按下?lián)尨鸢粹o，1號選手緊按搶答按鈕等待主持人確認(rèn)。在1號選手搶答后的第二秒和第三秒，9號和5號選手先后進(jìn)行了搶答。最終主持人確認(rèn)本題1號選手搶答成功。</p><p>　　用電路仿真軟件Proteus該場景的如下結(jié)果：</p><p><b>　　圖五 </b></p><p>　　主持人打開搶答計開關(guān)時后

43、，時鐘信號燈D12閃爍，計時開始，因為是從“0”開始計時，所以計時到第五秒，搶答計時器顯示“4”，1號選手搶答前的第五秒這一瞬間搶答器顯示器狀態(tài)如圖五所示，搶答顯示器顯示“0”，表示無人搶答。</p><p><b>　　圖六</b></p><p>　　1號選手按下?lián)尨鸢粹o后，搶答器顯示狀態(tài)如圖六所示。1號搶答指示燈亮，揚聲器LS1發(fā)出聲音提示有選手搶答直到主持人確

44、認(rèn)后選手松開搶答按鈕為止，搶答顯示器顯示本次搶答選手的編號“1”直到主持人清零或系統(tǒng)自動清零為止，同時計時顯示器自動歸零。</p><p><b>　　圖七</b></p><p>　　接下來9號和5號選相繼搶答，搶答器狀態(tài)對應(yīng)的 9號和5號搶答指示燈亮，同時揚聲器LS1接連音響提示，但其編號不予以顯示，搶答顯示器仍顯示本次搶答的最先搶答選手“1”直到主持人清零或選手

45、松開搶答按鈕后系統(tǒng)自動清零。 </p><p><b>　　場景二：</b></p><p>　　主持人開始搶答計時后，10秒鐘結(jié)束時無人搶答，此后7號選手進(jìn)行</p><p><b>　　搶答。</b></p><p><b>　　圖八</b></p><

46、;p>　　10秒鐘有效搶答時間結(jié)束時搶答器狀態(tài)如圖八所示，計時顯示狀態(tài)鎖定為“C”，揚聲器LS2音響提示，“計時結(jié)束指示燈”亮，提示搶答時間結(jié)束此后搶答無效。</p><p><b>　　圖九</b></p><p>　　計時結(jié)束后7號選手搶答，7號搶答指示燈亮，搶答顯示器自動滅燈不予以選手編號顯示，同時“無效搶答指示燈”亮，提示本次搶答無效。</p>

47、;<p><b>　　場景三：</b></p><p>　　主持人還沒有念完題目，3號選手進(jìn)行了搶答，搶答器顯示3號手搶題，主持人警告3號選手后對搶答顯示器進(jìn)行清零復(fù)位，比賽繼續(xù)進(jìn)行。</p><p>　　圖十 圖十一</p><p>　　如圖十所示，3號選手搶答，3

48、號搶答指示燈亮，同時音響提示，搶答顯示器顯示其編號，即使3號選手立馬松開搶答按鈕，搶答顯示器仍將一直顯示其編號直到主持人清零為止，如圖十一所示。 </p><p>　　圖十二 圖十三</p><p>　　主持人執(zhí)行清零操作和滅燈操作，搶答器狀態(tài)分別如圖十二和圖十三所示。</p><p><

49、;b>　　結(jié)論與心得</b></p><p>　　前面進(jìn)行的仿真測試得出了預(yù)期結(jié)果，說明這個設(shè)計方案達(dá)到了實驗設(shè)計目的。用該方案設(shè)計的搶答器能夠?qū)尨疬x手進(jìn)行識別和顯示，也能對有效搶答和無效搶答進(jìn)行判別和顯示，還能進(jìn)行搶題警告，識別并顯示最先搶題選手。并且有自動清零功能，實現(xiàn)了搶答器的智能化。該設(shè)計的擴(kuò)展空間也很大。比如，可拓展設(shè)計實現(xiàn)對所有有效搶答進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲的功能，從而賽事組織方可設(shè)計諸如第

50、一位搶答選手答錯后由其后搶答選手答題這樣的比賽規(guī)則，這樣就可以為搶答器的使用提供更廣闊的空間。另一方面，也不難看出所設(shè)計的這個智能搶答器還有不少有待改進(jìn)的不足之處。第一、搶答計時一般為倒計時，而該搶答器為正向計時；第二、搶答提示音、搶題警告音、搶答計時結(jié)束報警音應(yīng)該設(shè)置成不同聲音，而該搶答器的各種提示聲音都一樣。第三、該搶答器在搶答選手松開搶答按鈕后若其他選手進(jìn)行搶答，搶答顯示器上顯示的最先搶答選手的編號將變?yōu)楹竺鎿尨疬x手的編號，這是一

51、個重要的設(shè)計缺陷。</p><p>　　為了完成本次課程設(shè)計，我做了以下工作。第一步，認(rèn)識課程設(shè)計。搜集參閱了一些別人的課程設(shè)計，理解一般課程設(shè)計的設(shè)計思路和設(shè)計流程，了解設(shè)計過程中要做的具體工作。第二步，設(shè)計準(zhǔn)備。因為要設(shè)計完成一個智能搶答器。首先，在了解一般搶答器所具有的功能后，我列出我的這個智能搶答器所要實現(xiàn)的功能。然后，制定出初步的設(shè)計方案，羅列出要用到的具體電子器件，翻閱相關(guān)書籍進(jìn)一步理解掌握這些主要的

52、電子元器件的工作原理和使用方法。最后，查找有關(guān)搶答器的其他設(shè)計方案并作為參考。第三步，進(jìn)行具體的電路設(shè)計。首先分別完成搶答電路和計時電路兩個單元電路的設(shè)計，然后綜合考慮要實現(xiàn)的功能完成主控制電路的設(shè)計，最后組裝成搶答器的全部電路。第四步，用電路仿真軟件完成電路調(diào)試和功能測試，并實現(xiàn)電路的優(yōu)化和改進(jìn)。第五步，編寫設(shè)計報告。</p><p>　　通過獨立完成這次課程設(shè)計，鍛煉培養(yǎng)了我獨立思考和解決問題的能力。最終我熟

53、悉了工程設(shè)計的基本方法和設(shè)計流程；掌握了電路仿真軟件Proteus的基本使用方法，能完成一般電路的模擬設(shè)計和調(diào)試驗證；鞏固了學(xué)過的電子技術(shù)知識，做到了運用所學(xué)知識去解決實際問題；學(xué)會了如何編寫設(shè)計報告，如何在設(shè)計報告中全面的反應(yīng)設(shè)計中所做的實際工作和實現(xiàn)的實際功能。我也深刻的認(rèn)識到通過網(wǎng)路搜集、分辨并利用有利信息進(jìn)行實驗輔助設(shè)計得巨大好處，深刻的體會到不懼失敗和堅持不懈精神在工作中的重要性，所以我感覺這次課程設(shè)計很有意義，并且最后我得到

54、了較為滿意的設(shè)計結(jié)果，收獲了收獲成功的喜悅。</p><p><b>　　八、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　1.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》第五版邏輯組合電路、時序邏輯電路、555定時器及其應(yīng)用等部分。</p><p>　　2.《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分 第五版信號處理與信號產(chǎn)生電路部分。</p><p>　　3.《電子線

55、路設(shè)計·實驗·測試》。</p><p>　　4.《電子技術(shù)實驗指導(dǎo)》。</p><p>　　5.百度文庫及網(wǎng)絡(luò)相關(guān)資料。</p><p><b>　　參考書目</b></p><p>　　1、閻石主編,《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》第五版。高等教育出版社。</p><p>　　2、康華光