數(shù)字搶答器課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　課程設(shè)計(jì)報(bào)告</b></p><p><b>　　數(shù)字搶答器</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　當(dāng)今的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，選拔人才，評(píng)選優(yōu)勝，知識(shí)競(jìng)賽之類的活動(dòng)愈加頻繁，那么也就必然離不開搶答器。因此搶答器是機(jī)關(guān)學(xué)校、電視臺(tái)等單位開展

2、智力競(jìng)賽活動(dòng)必不可少的設(shè)備，通過(guò)搶答者的按鍵、數(shù)碼顯示等能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出優(yōu)先搶答者。本產(chǎn)品采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動(dòng)鎖存顯示結(jié)果，并自動(dòng)復(fù)位的設(shè)計(jì)思想，由數(shù)字電路以及外圍電路組成，分為八路搶答；在搶答同時(shí)附有聲音輸出接口，提示主持人此時(shí)已完成這次的搶答。不僅如此，為了方便不同場(chǎng)合的智力競(jìng)賽活動(dòng)，為需要定時(shí)答題者提供可調(diào)計(jì)時(shí)器，無(wú)需人工參與。與其他搶答器電路相比較有分辨時(shí)間極短、結(jié)構(gòu)清晰、成本低、易操作、制作方便等優(yōu)點(diǎn)。&l

3、t;/p><p><b>　　關(guān)鍵詞：搶答、鎖存</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 引 言3</p><p>　　2 設(shè) 計(jì) 目 的3</p><p>　　3 設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求3</p><p>

4、　　4 總體框圖設(shè)計(jì)與論證4</p><p>　　5 功能模塊設(shè)計(jì)及系統(tǒng)工作分析5</p><p>　　5.1 功能模塊設(shè)計(jì)………………………..……..………………………………5</p><p>　　5.2 系統(tǒng)工作原理分析……………………………………………………..…...6</p><p>　　5.3 主要元器件功能介紹…

5、…………………………………………………....7</p><p>　　5.3.1 鎖存器（74HC573）7</p><p>　　5.3.2 優(yōu)先編碼器（74LS147）8</p><p>　　5.3.3 控制電路9</p><p>　　6 實(shí)驗(yàn)器材清單13</p><p>　　7 心 得 體 會(huì)1

6、7</p><p><b>　　謝 辭19</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)20</p><p><b>　　附錄A：21</b></p><p><b>　　附錄B：22</b></p><p><b>　　1 引

7、 言</b></p><p>　　在科技高速發(fā)展的21世紀(jì)，人才成為最重要的社會(huì)資源之一。競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，人才選拔，評(píng)選擇優(yōu)的活動(dòng)越加頻繁，而在這些活動(dòng)當(dāng)中，往往分為幾組選手參加，針對(duì)主持人提出的問(wèn)題，如果用舉手的方式搶答，往往會(huì)因主持人判斷的誤差，造成比賽的不公平性。本著公平公正的原則，就需要有一種穩(wěn)定、準(zhǔn)確的工具，因此數(shù)字競(jìng)賽器應(yīng)運(yùn)而生，由于其準(zhǔn)確性高、實(shí)用性強(qiáng)，所以得到迅速推廣，從最初的益智類

8、節(jié)目，廣泛應(yīng)用到各類活動(dòng)、娛樂(lè)節(jié)目中。</p><p>　　早期的競(jìng)賽器只由幾個(gè)過(guò)三極管、可控硅、發(fā)光二極管等組成，能通過(guò)發(fā)光二極管的指示辨認(rèn)出選手號(hào)碼，現(xiàn)在大多數(shù)競(jìng)賽器單片機(jī)或數(shù)字集成電路組成。</p><p>　　2 設(shè) 計(jì) 目 的</p><p>　　通過(guò)課題設(shè)計(jì)一個(gè)八路搶答器與可調(diào)定時(shí)器，運(yùn)用所學(xué)數(shù)字電子電路的知識(shí)進(jìn)行理論設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、后期制作、分析總結(jié)

9、等環(huán)節(jié)，以提高在電子技術(shù)方面的實(shí)踐技能和科學(xué)作風(fēng)，學(xué)習(xí)掌握工程設(shè)計(jì)的方法和組織實(shí)踐的基本技能。</p><p>　　3 設(shè) 計(jì) 指 標(biāo) 及 要 求</p><p>　　3.1 設(shè)計(jì)一個(gè)可供8名選手參加比賽的8路數(shù)字顯示搶答器。他們的編號(hào)分別為1、 2、 3┅┅8各用一個(gè)搶答按鈕，編號(hào)與參賽者的號(hào)碼一一對(duì)應(yīng)，此外還有一個(gè)按鈕給主持人用來(lái)清零。</p><p>　　3

10、.2 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能，并將鎖存的數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來(lái)。在主持人將系統(tǒng)清零后，若有參賽者按動(dòng)按鈕，數(shù)碼管立即顯示出最先動(dòng)作的選手的編號(hào)，（也可同時(shí)用蜂鳴器發(fā)出間歇聲響，并保持到主持人清零以后。</p><p>　　3.3 搶答器對(duì)搶答選手動(dòng)作的先后有很強(qiáng)的分辨能力，即使他們的動(dòng)作僅相差幾毫秒，也能分辨出搶答者的先后來(lái)。即不顯示后動(dòng)作的選手編號(hào)。</p><p>　　3.4 主持

11、人有控制開關(guān)，可以手動(dòng)清零復(fù)位</p><p>　　4 總 體 框 圖 設(shè) 計(jì) 與 論 證</p><p>　　圖1-1 設(shè)計(jì)原理方框圖</p><p>　　如圖所示為總體方框圖。其工作原理為：</p><p>　　1.接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于靜止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器和指示燈滅，等主持人將開關(guān)置“開始”位置后，搶答器

12、處于等候狀態(tài)，此時(shí)可以進(jìn)行搶答。</p><p>　　2.搶答器完成，優(yōu)先判斷搶答的組號(hào)，并將編號(hào)進(jìn)行鎖存，然后通過(guò)譯碼器將編號(hào)顯示在七段數(shù)碼管上，并且揚(yáng)聲器提示。</p><p>　　3.如果再次搶答必須由主持人操作“清除”和“開始”狀態(tài)的開關(guān)，即需要主持人清零。</p><p>　　5 功 能 模 塊 設(shè) 計(jì) 及 系 統(tǒng) 工 作 分 析</p>

13、<p>　　5.1 功能模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　圖1-2-1搶答器電路原理圖</p><p>　　數(shù)字競(jìng)賽器的電路原理圖如圖1-2-1，該競(jìng)賽器電路由復(fù)位電路、搶答觸發(fā)控制電路、 LED 數(shù)碼顯示電路、計(jì)時(shí)電路等組成。</p><p>　　復(fù)位電路由復(fù)位按鈕、限流電阻、兩輸入與非門74LS00、八輸入與非門74LS30以及D鎖存器74LS573的兩

14、個(gè)使能控制端鎖存允許端LE端（高電平有效）和三態(tài)允許控制端OE端（低電平有效）等組成。</p><p>　　搶答觸發(fā)控制電路由搶答按鈕 -、限流電阻 -以及74LS573的八個(gè)輸入端等組成。</p><p>　　LED 數(shù)碼顯示電路由10線-4線的編碼器74LS147、七段譯碼器CD4511、七段共陰數(shù)碼管等組成。</p><p>　　可調(diào)計(jì)時(shí)器的原理圖如圖1-2-

15、2，該電路主要由555提供計(jì)數(shù)脈沖，經(jīng)過(guò)74LS192組成的計(jì)數(shù)電路，由4511與74LS48譯碼，再由數(shù)碼管顯示所構(gòu)成。其中主要由74LS00與非門構(gòu)成的二選一數(shù)據(jù)選擇器和RC去抖動(dòng)電</p><p>　　路實(shí)現(xiàn)該電路的可調(diào)性。</p><p><b>　　系統(tǒng)工作原理分析</b></p><p>　　圖1-2-2可調(diào)計(jì)時(shí)器電路原理圖<

16、/p><p>　　數(shù)字競(jìng)賽器的電路原理圖如圖1-2，該電路采用6個(gè)數(shù)字集成電路，其中74LS573為D鎖存器，74LS30為8輸入的與非門，74LS00為兩輸入與非門，74LS147為10線-4線的編碼器、CD4511為七段譯碼器、以及七段共陰數(shù)碼管等組成。為了使譯碼后數(shù)碼管能顯示數(shù)字，該電路將譯碼器的D端輸入接74LS573的鎖存控制輸入端，數(shù)字被鎖存時(shí)，該端為低電平，數(shù)碼管為正常顯示數(shù)字；允許數(shù)據(jù)輸入時(shí)，74LS

17、573的11腳為高電平，經(jīng)過(guò)譯碼后數(shù)碼管不顯示，這樣正好滿足了電路的要求。</p><p>　　比賽時(shí)，、···由參賽選手控制，由主持人控制。該鍵在主持人喊“開始”前按下，開始后當(dāng)任意一個(gè)選手搶先按下按鈕時(shí)，74LS30的輸出將跳變?yōu)榈碗娖剑@個(gè)低電平使74LS573處于鎖存狀態(tài)，那么其他選手再按搶答按鈕就無(wú)效了。此時(shí)它的輸出、….被鎖存，隨即編碼器進(jìn)行編碼。74LS147為10線到

18、4線的編碼器，輸入端為低電平有效，輸出為反碼。編碼完畢經(jīng)CD4511譯碼后通過(guò)七段共陰數(shù)碼管將相應(yīng)搶答選手編號(hào)顯示出來(lái)。同時(shí)74LS30的這個(gè)低電平使二極管VD導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器BL發(fā)出“嘀”聲。</p><p>　　一輪搶答結(jié)束，由主持人按動(dòng)清除復(fù)位按鈕，對(duì)D鎖存器進(jìn)行解鎖。又進(jìn)行下一輪搶答。當(dāng)允許數(shù)據(jù)輸入時(shí)，74LS573的11腳為高電平，經(jīng)過(guò)譯碼后數(shù)碼管不顯示。同時(shí)BL不發(fā)音。</p><

19、p>　　5.3 主 要 元 器 件 功 能 介 紹</p><p>　　5.3.1 鎖存器（74HC573）</p><p>　　鎖存器74HC573的輸出端為～ 可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時(shí)，～ 為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE 為高電平時(shí)，～ 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端 LE 為高

20、電平時(shí)，Q 隨數(shù)據(jù)D 而變。當(dāng)LE 為低電平時(shí)，O 被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。 輸出能直接接到CMOS，NMOS 和TTL 接口上。</p><p>　　操作電壓范圍：2.0V～6.0V 低輸入電流：1.0uA CMOS 器件的高噪聲抵抗特性</p><p><b>　　引出端符號(hào)：</b></p><p>　　～

21、數(shù)據(jù)輸入端 </p><p>　　OE 三態(tài)允許控制端（低電平有效）</p><p>　　LE 鎖存允許端 </p><p>　　～ 輸出端 </p><p>　　74LS573外部管腳圖如圖1-3： </p><p>　　圖1-3

22、 74LS573引腳圖</p><p>　　真值表如表1-1所示：</p><p><b>　　表1-1</b></p><p>　　5.3.2 優(yōu)先編碼器（74LS147）</p><p>　　優(yōu)先編碼器是當(dāng)多個(gè)輸入端同時(shí)有信號(hào)時(shí),電路只對(duì)其中優(yōu)先級(jí)別最高的輸入信號(hào)進(jìn)行編碼。10線-4線8421 BCD碼優(yōu)先編碼器7

23、4LS147的引腳圖如圖3.4所示，其中第9腳NC為空。74LS147優(yōu)先編碼器有9個(gè)輸入端和4個(gè)輸出端。某個(gè)輸入端為0，代表輸入某一個(gè)十進(jìn)制數(shù)。當(dāng)9個(gè)輸入端全為1時(shí)，代表輸入的是十進(jìn)制數(shù)0。4個(gè)輸出端反映輸入十進(jìn)制數(shù)的BCD碼編碼輸出。</p><p>　　圖1-5 74LS147引腳圖</p><p>　　5.3.3 控制電路(74LS00和74LS30)</p>&l

24、t;p>　　74LS30 74LS00的引腳圖真值表下（圖1-8和圖1-9）：</p><p>　　圖1-8 74LS30的引腳圖及真值表</p><p>　　圖1-9 74LS00的引腳圖及真值表</p><p>　　6 實(shí) 驗(yàn) 器 材 清 單</p><p><b>　　謝 辭</b></

25、p><p>　　經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的努力，我們順利把電路做出來(lái)了。雖然整個(gè)過(guò)程很艱苦，從剛開始的激情到壓抑再到痛苦，但是最終我們得到的是喜悅。有時(shí)候理論明明可以到了實(shí)際就是會(huì)出問(wèn)題，但是我們沒有放棄。因?yàn)槔蠋熣f(shuō)過(guò)理論與實(shí)踐相差非常大，實(shí)際要考慮的問(wèn)題遠(yuǎn)遠(yuǎn)比理論的多的多。所以我們不斷的查資料、不斷的調(diào)試；最后終于成功了。這讓我們深刻體會(huì)到有付出才有回報(bào)過(guò)程是有些許曲折。感謝這次數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)，讓我們所學(xué)的理論知識(shí)不再只是紙

26、上談兵。我們相信只要不放棄、勇于思考。設(shè)計(jì)師離我們不在遙遠(yuǎn)。</p><p>　　感謝老師的細(xì)心指導(dǎo)，也同樣謝謝其他各組同學(xué)的無(wú)私幫助！</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）》閻石主編，北京：高等教育出版社，2006年</p><p>　　《常用電路模塊分析

27、與設(shè)計(jì)指導(dǎo)》王松武等編著，清華大學(xué)出版社，2007年</p><p>　　《數(shù)字電路設(shè)計(jì)與制作》湯山俊夫，科學(xué)出版社，2005年</p><p>　　《555定時(shí)器原理及實(shí)用電路集錦》楊兆選編著，天津大學(xué)出版社，1989年</p><p>　　《新型集成電路及其應(yīng)用實(shí)例》何希才，北京：科學(xué)出版社，2002年</p><p><b>