數(shù)電課程設(shè)計(jì)---多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　數(shù) 字 電 路 課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　設(shè) 計(jì) 題 目 多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì) </p><p>　　學(xué)生專業(yè)班級(jí) 電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　學(xué)生姓名（學(xué)號(hào)） </p&

2、gt;<p>　　設(shè)計(jì)小組其他同學(xué)姓名（學(xué)號(hào)） </p><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　完 成 時(shí) 間 2012.6.3 </p><p>　　實(shí) 習(xí)（設(shè)

3、計(jì)）地點(diǎn) 信息樓245 </p><p><b>　　2012年6月3日</b></p><p>　　多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)</p><p><b>　　1設(shè)計(jì)目的</b></p><p>　　隨著各種智力競(jìng)賽越來(lái)越多，在答題的過(guò)程中一般要分為必答

4、和搶答兩種。必答有時(shí)間的限制，到時(shí)間要警告。而搶答則要求參賽者做好充分的準(zhǔn)備，等主持人說(shuō)完題目，參賽者開始搶答，誰(shuí)先按鈕，就由這個(gè)參賽者答題，但是很難確認(rèn)誰(shuí)先按的，因此使用搶答器來(lái)完成這一功能是很有必要的。</p><p>　　本設(shè)計(jì)是一個(gè)可供八個(gè)人搶答的多路搶答器?？梢燥@示優(yōu)先搶者的序號(hào)，幷同時(shí)有音響提示。幷具有倒計(jì)時(shí)功能。當(dāng)鎖定時(shí)間到了的時(shí)候會(huì)有音響提示。當(dāng)一次搶答完畢，可由主持人按復(fù)位鍵重新開始下一次搶答。

5、</p><p><b>　　2設(shè)計(jì)要求</b></p><p>　　掌握搶答器的工作原理及其設(shè)計(jì)方法。</p><p><b>　　1.基本功能</b></p><p>　　（1）設(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號(hào)分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)

6、搶答按鈕，按鈕的編號(hào)和選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，分別是S0-S7。</p><p>　?。?）給節(jié)目主持人設(shè)計(jì)一個(gè)開關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。</p><p>　?。?）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管行顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封存輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)

7、一致保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p><b>　　2.擴(kuò)展功能</b></p><p>　　（1）搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定（如30S）。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間0.5S左右。</p><p>　　（2）參賽選手在設(shè)定的

8、時(shí)間內(nèi)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(hào)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　?。?）如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器上顯示00。</p><p><b>　　3設(shè)計(jì)原理及其框圖</b></p><p>　　數(shù)字

9、搶答器工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，搶答器工作，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。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(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。具體的說(shuō)，就是當(dāng)搶答按鈕按下后，信號(hào)通過(guò)優(yōu)先編碼電路，從而封鎖其它搶答通道信號(hào)，通過(guò)譯碼電路后由7段數(shù)碼管顯示。并且，優(yōu)先編碼電路受擴(kuò)展電路中的定時(shí)信號(hào)控制，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為0，則鎖上搶答電路，停止搶答。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

10、主持人再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。在擴(kuò)展電路中，秒脈沖產(chǎn)生的電路通過(guò)定時(shí)電路控制搶答時(shí)間，并且，通過(guò)譯碼電路后由7段顯示器顯示。該顯示采用的是倒計(jì)時(shí)顯示，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)結(jié)束后，則產(chǎn)生控制信號(hào)鎖上搶答通路。同時(shí)，若有搶答信號(hào)，則鎖上倒計(jì)時(shí)電路。時(shí)間顯示在7段數(shù)碼管上。</p><p><b>　　圖1總體框圖</b></p><p>　　4單元電路設(shè)計(jì) </

11、p><p><b>　　搶答電路</b></p><p>　　此部分電路主要完成的功能是實(shí)現(xiàn)8路選手搶答并進(jìn)行鎖存，同時(shí)有數(shù)碼顯示。使用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS279 來(lái)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(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)（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(wú)效。工作

12、過(guò)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＝ 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 =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，CT

13、R ＝1，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端＝１，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開時(shí)，74LS148 的 此時(shí)由于仍為CTR＝1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端＝1， 所以74LS148 仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。只要有一組選手先按下?lián)尨鹌鳎?lt;/p><p><b>　　計(jì)時(shí)電路</b></p><p>　　該部分主要由5

14、55 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、2 個(gè) 7 段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。完成的功能是當(dāng)主持人按下開始搶答按鈕后，進(jìn)行30s倒計(jì)時(shí)。當(dāng)有人搶答時(shí)，計(jì)時(shí)停止。兩塊74LS192 實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)， 顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192 的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)30s，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)碼顯示管上，當(dāng)有人

15、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(wú)效。</p><p><b>　　圖3計(jì)時(shí)電路</b></p><p>　　(1)秒脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)：為了準(zhǔn)確地計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)中不能缺少秒脈沖產(chǎn)生電路，即能產(chǎn)生周期為一秒的脈沖的電路，用555設(shè)計(jì)的秒脈沖產(chǎn)生電路：</p>

16、<p>　　因?yàn)橹芷跒橐幻?，所以頻率是1赫茲。圖中電容的充放電時(shí)間分別是：</p><p>　　t1=R2×C1×ln2≈0.7R2×C.t2=(R1+R2)×C×ln2≈0.7(R1+R2)C. </p><p>　　所以555的3端輸出的頻率為： </p><p>　　f=1/(t1+t2)≈1

17、.43/[(2R1+R2)C] </p><p>　　我們采用的電阻和電容值分別是:</p><p>　　R1=15KΩ，R2=64KΩ，C1=10uf,滿足上式，即得到的是秒脈沖</p><p>　　(2)顯示電路設(shè)計(jì)：七段顯示譯碼器7448輸出高電平有效，用以驅(qū)動(dòng)共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個(gè)輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。七段顯示譯碼器一般與七段數(shù)碼顯示

18、器相連，共同構(gòu)成四輸入端的數(shù)碼顯示電路。</p><p><b>　　(3)報(bào)警電路</b></p><p>　　由555 芯片構(gòu)成多諧振蕩電路 ,555 的輸出信號(hào)再經(jīng)三極管放大 ,從而推動(dòng)二極管發(fā)亮（因機(jī)房電腦故障揚(yáng)聲器無(wú)法發(fā)聲故改用二極管）?？刂齐娐钒〞r(shí)序和報(bào)警兩個(gè)電路 ,如圖4 所示?？刂齐娐沸杈哂幸韵聨讉€(gè)功能。主持人熄滅二極管 ,多路搶答器電路和計(jì)時(shí)電路進(jìn)

19、入正常狀態(tài); 參賽者按鍵時(shí) ,二極管發(fā)亮 ,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作; 搶答時(shí)間到 ,無(wú)人搶答 ,二極管發(fā)亮,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作。</p><p><b>　　圖4報(bào)警電路</b></p><p>　　(4)總體電路 </p><p>　　搶答器的使用原理：首先是各個(gè)選手分別對(duì)應(yīng)的按鈕編號(hào)是S0、S1

20、、S2、S3、S4、S5、S6、S7，搶答后顯示器上顯示的分別是0、1、2、3、4、5、6、7。然后是主持人對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)清零，將開關(guān)置于“清零”的位置，輸出低電平，分為兩路：一路與74LS279的R端相連,搶答部分顯示器滅燈無(wú)顯示，實(shí)現(xiàn)了清零；另一路低電平輸出到計(jì)數(shù)器74LS192的LD端，而CR端也是低電平，所以使得對(duì)應(yīng)顯示器輸出預(yù)置的數(shù)據(jù)。接下來(lái)主持人根據(jù)題目的難易程度設(shè)置搶答時(shí)間，此設(shè)定可以通過(guò)調(diào)節(jié)輸入兩片74LS192的四個(gè)輸

21、入端D、C、B、A的高低電平來(lái)進(jìn)行（例如要設(shè)定時(shí)間為30秒,就將十位的74192的D、C、B、A分別置位為0、0、1、1，而將各位的74LS192的D、C、B、A都置于0）。當(dāng)主持人宣讀完題目說(shuō)“開始”并將開關(guān)置于“開始”位置后，輸出為高電平，此高電平有兩路方向：一路輸出到74LS192的LD端，使其處于高電平而開始減計(jì)數(shù)；一路輸出到74LS192的R端。當(dāng)任意一個(gè)選手搶答時(shí)，例如7號(hào)搶答時(shí)，八位優(yōu)先編碼器74LS148編碼輸出的A2～

22、A0成為與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的三位二進(jìn)制碼000，作用于RS觸</p><p><b>　　總電路圖</b></p><p><b>　　五．仿真調(diào)試過(guò)程</b></p><p>　　在仿真調(diào)試過(guò)程中主要遇到了一下問(wèn)題：</p><p>　　1、在仿真過(guò)程中軟件中74LS279的引腳編號(hào)與實(shí)際中的引腳編

23、號(hào)存在差異，導(dǎo)致74LS279連接錯(cuò)誤。</p><p>　　解決方案：查閱數(shù)字電子課本，復(fù)習(xí)基本RS觸發(fā)器的構(gòu)成，用兩個(gè)與非門74LS02搭接基本RS觸發(fā)器，從而實(shí)現(xiàn)了仿真中正確顯示搶答選手編號(hào)的目的。在實(shí)物搭接過(guò)程中，選用74LS279，按照實(shí)際引腳搭接，將1SA非1SB非連在一起當(dāng)做公共置位端，3SA非3SA非連在一起當(dāng)做公共置位端，279輸出引腳接74LS47，從而達(dá)到了正確顯示搶答選手編號(hào)的目的<

24、/p><p>　　2、在倒計(jì)時(shí)顯示00的時(shí)候，倒計(jì)時(shí)不會(huì)停止。</p><p>　　解決方案：因高位192顯示0的時(shí)候，BO2端輸出低電平，故可用此信號(hào)通過(guò)與門封鎖低位192的秒脈沖輸入信號(hào)。</p><p>　　3、在選手搶答上以后，倒計(jì)時(shí)不會(huì)停止。</p><p>　　解決方案：因選手搶答上以后，圖中非門和或門輸出端為高電平，故可用此信號(hào)接非

25、門輸出低電平封鎖低位192的脈沖輸入，從而實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)的停止。</p><p>　　4、選手搶答上以后，其他選手能搶答，并輸出搶答信號(hào)。</p><p>　　解決方案：對(duì)于顯示編號(hào)的數(shù)碼管，因選手搶答上以后四輸入與門和非門輸出端為高電平，而74LS148選通輸入端EI非為低電平有效，故可用此高電平信號(hào)接EI非，來(lái)封鎖其他選手的按鍵輸入。</p><p>　　5、設(shè)計(jì)過(guò)

26、程中，出現(xiàn)了電路錯(cuò)誤而不知道那里出現(xiàn)錯(cuò)誤的問(wèn)題。</p><p>　　解決方案：在電路的連接階段，出現(xiàn)了某個(gè)功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)而不知道哪里出現(xiàn)問(wèn)題的現(xiàn)象，這種情況可以利用導(dǎo)線連接發(fā)光二極管檢查電平的方式進(jìn)行特殊點(diǎn)的高低電平檢查，從而縮小故障范圍，進(jìn)而排除故障，使電路正常工作。 </p><p><b>　　六 重要元器件介紹</b></p><p>

27、　　74LS148引腳圖：</p><p>　　74LS148真值表如下圖：</p><p>　　74LS148的輸入端和輸出端低電平有效。~是輸入信號(hào)，~為三位二進(jìn)制編碼輸出信號(hào)，＝1時(shí)，編碼器禁止編碼，當(dāng)＝0時(shí)，允許編碼。是技能輸出端，只有在＝0，而~均無(wú)編碼輸入信號(hào)時(shí)為0。為優(yōu)先編碼輸出端，在＝0而~的其中之一有信號(hào)時(shí)，＝0。~各輸入端的優(yōu)先順序?yàn)椋杭?jí)別最高，級(jí)別最低。如果＝0（有信

28、號(hào)），則其它輸入端即使有輸入信號(hào)，均不起作用，此時(shí)輸出只按編碼，＝000。</p><p>　　74LS279引腳圖：</p><p>　　74LS279真值表：</p><p>　　二進(jìn)制譯碼器是將輸入的二進(jìn)制代碼的各種狀態(tài)按特定含義翻譯成對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)的電路。也稱為變量譯碼器。若輸入端有n位，代碼組合就有2n個(gè)，當(dāng)然可譯出2n個(gè)輸出信號(hào)。</p>&

29、lt;p><b>　　字符顯示器</b></p><p>　　分段式顯示是將字符由分布在同一平面上的若干段發(fā)光筆劃組成。電子計(jì)算器，數(shù)字萬(wàn)用表等顯示器都是顯示分段式數(shù)字。而LED數(shù)碼顯示器是最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。LED的死區(qū)電壓較高，工作電壓大約1.5~3V，驅(qū)動(dòng)電流為幾十毫安。74LS47譯碼驅(qū)動(dòng)器輸出是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管須采用共陽(yáng)極接法；而74LS48譯碼驅(qū)動(dòng)

30、器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管須采用共陰極接法。</p><p>　　74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。</p><p>　　CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。</p><p>　　LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。</p><p>　　CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。</p><

31、;p>　　CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。</p><p>　　BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。</p><p>　　74LS192引腳圖：</p><p>　　74LS192真值表：</p><p>　　74LS48引腳圖：</p><p>　　74LS48真值表：</p>&

32、lt;p><b>　　七 心得體會(huì)</b></p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，不僅加深了我對(duì)數(shù)字邏輯電路的理解，而且加強(qiáng)了我獨(dú)立思考和合作交流及動(dòng)手能力。掌握了設(shè)計(jì)中的每個(gè)模塊的設(shè)計(jì)，鞏固了對(duì)理論知識(shí)的掌握，而且感覺實(shí)踐和理論并非同一回事。在這次實(shí)踐中，加強(qiáng)了對(duì)各種元器件的認(rèn)識(shí)。還認(rèn)識(shí)到多跟同學(xué)交流的重要性，這樣不僅可以使自己設(shè)計(jì)出更好更簡(jiǎn)潔的電路，而且能使自己少走彎路，分享彼此通

33、過(guò)這次交通燈的課程設(shè)計(jì)，使我得到了一次用專業(yè)知識(shí)、專業(yè)技能分析和解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的能力。使我在單片機(jī)的基本原理、單片機(jī)應(yīng)用學(xué)習(xí)過(guò)程中，以及在常用編程設(shè)計(jì)思路技巧的掌握方面都能向前邁了一大步，為日后成為一名合格的應(yīng)用型人才打下良好的基礎(chǔ)。綜合課程設(shè)計(jì)讓我把以前學(xué)習(xí)到的知識(shí)得到鞏固和進(jìn)一步的提高認(rèn)識(shí)，對(duì)已有知識(shí)有了更深層次的理解和認(rèn)識(shí)。在此，由于自身能力有限，在課程設(shè)計(jì)中碰到了很多的問(wèn)題，我通過(guò)查閱相關(guān)書籍、資料以及和周圍同學(xué)交流得到解決。&l

34、t;/p><p>　　光陰似箭，歲月如梭。不知不覺中，兩個(gè)周的時(shí)間就這樣悄然逝去，這期間有遇到難題時(shí)的苦惱，有跟同學(xué)們激烈的討論，也有取得成功時(shí)的小小喜悅，總之可以說(shuō)是受益匪淺。我深刻認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過(guò)對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦。短暫而又充實(shí)的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，我將珍藏

35、這段難忘的時(shí)光，是她讓我讓我知道，任何一種小小的成績(jī)后面，也許就隱藏著許許多多不為人的艱辛。 數(shù)字電子技術(shù)是一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程，加強(qiáng)工程訓(xùn)練，特別是技能的培養(yǎng)，對(duì)于培養(yǎng)工程人員的素質(zhì)和能力具有十分重要的作用。</p><p>　　最后，在此，我要感謝給予我們精心輔導(dǎo)的xx老師，還有其他代理課程設(shè)計(jì)的老師，也向他們表示最衷心的感謝！</p><p><b>　　八 元件清單：&l

36、t;/b></p><p>　　1、芯片 74LS192兩個(gè)，74LS148一個(gè)，74LS279一個(gè)，74F21一個(gè)，74F04五個(gè)，AND3一個(gè)，74AS32一個(gè)，555多謝振蕩器一個(gè)</p><p>　　2、電容 10uF,100nF各一個(gè) </p><p>　　3、電阻 10 KΩ三個(gè)，240Ω,1KΩ各一個(gè)</p><p&