數(shù)電課程設(shè)計---多路智力競賽搶答器的設(shè)計

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

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

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

4、和搶答兩種。必答有時間的限制，到時間要警告。而搶答則要求參賽者做好充分的準備，等主持人說完題目，參賽者開始搶答，誰先按鈕，就由這個參賽者答題，但是很難確認誰先按的，因此使用搶答器來完成這一功能是很有必要的。</p><p>　　本設(shè)計是一個可供八個人搶答的多路搶答器?？梢燥@示優(yōu)先搶者的序號，幷同時有音響提示。幷具有倒計時功能。當鎖定時間到了的時候會有音響提示。當一次搶答完畢，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)計要求</b></p><p>　　掌握搶答器的工作原理及其設(shè)計方法。</p><p><b>　　1.基本功能</b></p><p>　?。?）設(shè)計一個智力競賽搶答器，可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽，他們的編號分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個

6、搶答按鈕，按鈕的編號和選手的編號相對應(yīng)，分別是S0-S7。</p><p>　?。?）給節(jié)目主持人設(shè)計一個開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。</p><p>　　（3）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管行顯示出選手的編號，同時揚聲器給出音響提示。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

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

8、時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　?。?）如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示00。</p><p><b>　　3設(shè)計原理及其框圖</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，定時器倒計時。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。具體的說，就是當搶答按鈕按下后，信號通過優(yōu)先編碼電路，從而封鎖其它搶答通道信號，通過譯碼電路后由7段數(shù)碼管顯示。并且，優(yōu)先編碼電路受擴展電路中的定時信號控制，當?shù)褂嫊r為0，則鎖上搶答電路，停止搶答。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。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)。在擴展電路中，秒脈沖產(chǎn)生的電路通過定時電路控制搶答時間，并且，通過譯碼電路后由7段顯示器顯示。該顯示采用的是倒計時顯示，當?shù)褂嫊r結(jié)束后，則產(chǎn)生控制信號鎖上搶答通路。同時，若有搶答信號，則鎖上倒計時電路。時間顯示在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 </

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現(xiàn)8路選手搶答并進行鎖存，同時有數(shù)碼顯示。使用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS279 來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作

12、過程：開關(guān)S 置于"清除"端時，RS 觸發(fā)器的 R、S 端均為0，4 個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148 的優(yōu)先編碼工作標志端＝ 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)，當有選手將搶答按鍵按下時（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)先編碼工作標志端＝１，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開時，74LS148 的 此時由于仍為CTR＝1，使優(yōu)先編碼工作標志端＝1， 所以74LS148 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。只要有一組選手先按下?lián)尨鹌鳎?lt;/p><p><b>　　計時電路</b></p><p>　　該部分主要由5

14、55 定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192 減法計數(shù)電路、2 個 7 段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。完成的功能是當主持人按下開始搶答按鈕后，進行30s倒計時。當有人搶答時，計時停止。兩塊74LS192 實現(xiàn)減法計數(shù)， 顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192 的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn)預(yù)置數(shù)30s，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當有人

15、搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。</p><p><b>　　圖3計時電路</b></p><p>　　(1)秒脈沖產(chǎn)生電路設(shè)計：為了準確地計時，設(shè)計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)計的秒脈沖產(chǎn)生電路：</p>

16、<p>　　因為周期為一秒，所以頻率是1赫茲。圖中電容的充放電時間分別是：</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：七段顯示譯碼器7448輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設(shè)有多個輔助控制端，以增強器件的功能。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 的輸出信號再經(jīng)三極管放大 ,從而推動二極管發(fā)亮（因機房電腦故障揚聲器無法發(fā)聲故改用二極管）?？刂齐娐钒〞r序和報警兩個電路 ,如圖4 所示?？刂齐娐沸杈哂幸韵聨讉€功能。主持人熄滅二極管 ,多路搶答器電路和計時電路進

19、入正常狀態(tài); 參賽者按鍵時 ,二極管發(fā)亮 ,搶答電路和計時電路停止工作; 搶答時間到 ,無人搶答 ,二極管發(fā)亮,搶答電路和計時電路停止工作。</p><p><b>　　圖4報警電路</b></p><p>　　(4)總體電路 </p><p>　　搶答器的使用原理：首先是各個選手分別對應(yīng)的按鈕編號是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。然后是主持人對整個電路系統(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顯示，實現(xiàn)了清零；另一路低電平輸出到計數(shù)器74LS192的LD端，而CR端也是低電平，所以使得對應(yīng)顯示器輸出預(yù)置的數(shù)據(jù)。接下來主持人根據(jù)題目的難易程度設(shè)置搶答時間，此設(shè)定可以通過調(diào)節(jié)輸入兩片74LS192的四個輸

21、入端D、C、B、A的高低電平來進行（例如要設(shè)定時間為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）。當主持人宣讀完題目說“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數(shù)；一路輸出到74LS192的R端。當任意一個選手搶答時，例如7號搶答時，八位優(yōu)先編碼器74LS148編碼輸出的A2～

22、A0成為與輸入信號相對應(yīng)的三位二進制碼000，作用于RS觸</p><p><b>　　總電路圖</b></p><p><b>　　五．仿真調(diào)試過程</b></p><p>　　在仿真調(diào)試過程中主要遇到了一下問題：</p><p>　　1、在仿真過程中軟件中74LS279的引腳編號與實際中的引腳編

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

24、/p><p>　　2、在倒計時顯示00的時候，倒計時不會停止。</p><p>　　解決方案：因高位192顯示0的時候，BO2端輸出低電平，故可用此信號通過與門封鎖低位192的秒脈沖輸入信號。</p><p>　　3、在選手搶答上以后，倒計時不會停止。</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，故可用此信號接非

25、門輸出低電平封鎖低位192的脈沖輸入，從而實現(xiàn)倒計時的停止。</p><p>　　4、選手搶答上以后，其他選手能搶答，并輸出搶答信號。</p><p>　　解決方案：對于顯示編號的數(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接EI非，來封鎖其他選手的按鍵輸入。</p><p>　　5、設(shè)計過

26、程中，出現(xiàn)了電路錯誤而不知道那里出現(xiàn)錯誤的問題。</p><p>　　解決方案：在電路的連接階段，出現(xiàn)了某個功能無法實現(xiàn)而不知道哪里出現(xiàn)問題的現(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行特殊點的高低電平檢查，從而縮小故障范圍，進而排除故障，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，~為三位二進制編碼輸出信號，＝1時，編碼器禁止編碼，當＝0時，允許編碼。是技能輸出端，只有在＝0，而~均無編碼輸入信號時為0。為優(yōu)先編碼輸出端，在＝0而~的其中之一有信號時，＝0。~各輸入端的優(yōu)先順序為：級別最高，級別最低。如果＝0（有信

28、號），則其它輸入端即使有輸入信號，均不起作用，此時輸出只按編碼，＝000。</p><p>　　74LS279引腳圖：</p><p>　　74LS279真值表：</p><p>　　二進制譯碼器是將輸入的二進制代碼的各種狀態(tài)按特定含義翻譯成對應(yīng)輸出信號的電路。也稱為變量譯碼器。若輸入端有n位，代碼組合就有2n個，當然可譯出2n個輸出信號。</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。電子計算器，數(shù)字萬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)動電流為幾十毫安。74LS47譯碼驅(qū)動器輸出是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管須采用共陽極接法；而74LS48譯碼驅(qū)動

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是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器。</p><p>　　CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。</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為進位輸出：1001狀態(tài)后負脈沖輸出。</p><p>　　BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。</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</b></p><p>　　通過這次課程設(shè)計，不僅加深了我對數(shù)字邏輯電路的理解，而且加強了我獨立思考和合作交流及動手能力。掌握了設(shè)計中的每個模塊的設(shè)計，鞏固了對理論知識的掌握，而且感覺實踐和理論并非同一回事。在這次實踐中，加強了對各種元器件的認識。還認識到多跟同學(xué)交流的重要性，這樣不僅可以使自己設(shè)計出更好更簡潔的電路，而且能使自己少走彎路，分享彼此通

33、過這次交通燈的課程設(shè)計，使我得到了一次用專業(yè)知識、專業(yè)技能分析和解決現(xiàn)實問題的能力。使我在單片機的基本原理、單片機應(yīng)用學(xué)習過程中，以及在常用編程設(shè)計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)計讓我把以前學(xué)習到的知識得到鞏固和進一步的提高認識，對已有知識有了更深層次的理解和認識。在此，由于自身能力有限，在課程設(shè)計中碰到了很多的問題，我通過查閱相關(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，兩個周的時間就這樣悄然逝去，這期間有遇到難題時的苦惱，有跟同學(xué)們激烈的討論，也有取得成功時的小小喜悅，總之可以說是受益匪淺。我深刻認識到了“理論聯(lián)系實際”的這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設(shè)計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也鞏固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明白了學(xué)以致用的真諦。短暫而又充實的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，我將珍藏

35、這段難忘的時光，是她讓我讓我知道，任何一種小小的成績后面，也許就隱藏著許許多多不為人的艱辛。 數(shù)字電子技術(shù)是一門實踐性很強的課程，加強工程訓(xùn)練，特別是技能的培養(yǎng)，對于培養(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，74LS148一個，74LS279一個，74F21一個，74F04五個，AND3一個，74AS32一個，555多謝振蕩器一個</p><p>　　2、電容 10uF,100nF各一個 </p><p>　　3、電阻 10 KΩ三個，240Ω,1KΩ各一個</p><p&