電子技術(shù)課程設(shè)計（論文）-六路數(shù)字搶答器的設(shè)計.doc

課程設(shè)計(論文)題 目 名 稱 智能搶答器 課 程 名 稱 電子技術(shù)課程設(shè)計 學(xué) 生 姓 名 學(xué) 號 系 、專 業(yè) 電氣工程及其自動化 指 導(dǎo) 教 師 2010年 1 月 15 日摘要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，它在各個領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。人們對他的認(rèn)識也逐步加深。人們也利用了電子技術(shù)以及相關(guān)的知識解決了一些實(shí)際問題。如：智能搶答器的設(shè)計與制作。搶答器是競賽問答中一種常用的必備裝置,從原理上講,它是一種典型的數(shù)字電路。數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；主持人按開始按鈕示意開始，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路實(shí)現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)過布線、焊接、調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成形。在搶答電路中利用一個優(yōu)先編碼器譯出最先搶到答題權(quán)的選手的編號并經(jīng)led顯示器顯示出來，同時還要封鎖電路以防其他選手再搶答。當(dāng)選手問答完成后，主持人將系統(tǒng)恢復(fù)至零。關(guān)鍵詞：控制電路; 報警電路; 定時電路目 錄摘要1緒論11.1設(shè)計背景11.2設(shè)計任務(wù)與要求12 總體設(shè)計方案23 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計33.1 搶答器電路33.2 定時電路43.3報警電路53.4相關(guān)元器件的介紹64系統(tǒng)仿真與測試94.1仿真步驟94.2仿真結(jié)果及分析95收獲與體會11參考文獻(xiàn)12元件清單131緒論1.1設(shè)計背景在許多比賽活動中，為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設(shè)置一臺搶答器，通過數(shù)顯、燈光及音響等多種手段指示出第一搶答者。同時還可以設(shè)置記分、犯 規(guī)及獎勵記錄等多種功能。該設(shè)計就是針對上述各種要求設(shè)計出的供 6 名選手參賽使用的數(shù)字式競賽搶答器。數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器 、 譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器 上輸出實(shí)現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)過布線、焊接、調(diào)試等工作后，數(shù)字搶答器成形。1.2設(shè)計任務(wù)與要求1設(shè)計制作一個可容納六組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)計一個搶答按鈕供搶答者使用。2電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復(fù)位并發(fā)出搶答指 令后，若參賽者按搶答開關(guān)，則該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的組別， 同時揚(yáng)聲器發(fā)出“嘀嘟”的雙音音響持續(xù) 23 秒。此時，電路應(yīng)具備自鎖功能，使別組的搶答開關(guān)不起作用。3設(shè)置記分電路。每組在開始時預(yù)置成 100 分，搶答后由主持人記分，答對一次 加 10 分，否則減 10 分。4設(shè)置定時電路。30 秒時仍無人搶答，則報警電路工作表示搶答時間耗盡并禁止搶答。5設(shè)置犯規(guī)電路。對提前搶答和超時搶答的組別鳴喇叭示警，并由組別電路顯示 出犯規(guī)組別。2 總體設(shè)計方案6路數(shù)字智能搶答器采用74ls148優(yōu)先編碼器分辨選手搶答的先后，并通過rs鎖存器74ls279鎖存搶答者的編號，再經(jīng)過74ls48芯片譯碼驅(qū)動共陰極數(shù)碼管顯示。總體框圖如圖1所示。其主要由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體部分完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號。同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時的搶答功能。顯示電路控制電路秒脈沖產(chǎn)生電路顯示電路譯碼電路定時電路優(yōu)先編碼電路搶答按鈕譯碼電路鎖存器主體電路主持人控制開關(guān)擴(kuò)展電路圖 1 定時搶答器的總體框圖圖1所示定時搶器的工作過程是：接通電源時，節(jié)目支持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定的時間，當(dāng)主持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，搶答器處于工作狀態(tài)，定時器倒計時，當(dāng)定時時間到，卻沒有選手搶答時，輸入電路被封鎖，禁止選手超時后搶答。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，搶答器要完成下面幾個工作：1.優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后有譯碼顯示電路顯示編號；2.制電路要對輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答；3.控制電路要使定時器停止工作，時間器上顯示搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止，以便進(jìn)行下一輪搶答。3 系統(tǒng)詳細(xì)設(shè)計3.1 搶答器控制電路圖2 搶答器控制電路參考電路如圖所示。該電路完成兩個功能：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；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)s置于清除端時，rs觸發(fā)器的 端均為，個觸發(fā)器輸出置，使74ls148的 ，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)s置于開始時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時（如按下s5），74ls148的輸出 經(jīng)rs鎖存后， q1=1, =1,74ls48處于工作狀態(tài)， qqq=101,經(jīng)譯碼顯示為。此外，1，使74ls148 ，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，74ls148的 此時由于仍為，所以74ls148仍處于禁止?fàn)顟B(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。如有再次搶答需由主持人將開關(guān)重新置，然后再進(jìn)行下一輪搶答。74ls148為線優(yōu)先編碼器。3.2 定時電路圖3 定時電路該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制可逆計數(shù)器74ls192、74ls48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74ls192實(shí)現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74ls48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)控制端由主持人控制實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，當(dāng)主持人端為低電平時,74ls192置數(shù);當(dāng)主持人端為高電平時,電路開始倒計時。當(dāng)有人搶答時，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30s時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，之后選手搶答無效,并報警。3.3報警電路圖4 報警電路此圖表示已開始搶答，但過了設(shè)定的30s時間后還無人搶答，報警，系統(tǒng)自動停止，無法再搶答，直到主持人重新開始。由555 芯片構(gòu)成輸出一定頻率的多諧振蕩電路，555芯片的4號管腳作為控制端，當(dāng)4號管腳為高電平時，蜂鳴器發(fā)出聲音；當(dāng)4號管腳為高電平時，蜂鳴器不發(fā)聲。主持人端的輸出信號與74ls148的15號管腳輸出端信號相或非再與74ls192的tcd端經(jīng)反相器的輸出信號相或。當(dāng)?shù)褂嫊r到零還沒人搶答時，74ls192的tcd端輸出一個電平，經(jīng)反相后，為高電平，輸入555的4號管腳，蜂鳴器發(fā)聲；當(dāng)主持人端還沒開始，有人搶答，0或非0為1，高電平使蜂鳴器發(fā)聲。3.4相關(guān)元器件的介紹該設(shè)計用到較多集成電路電路芯片，在此給出其管腳圖和部分功能介紹。1) 74ls27974ls279 rs鎖存器，當(dāng)r=1，s=0時，輸出為；當(dāng)r=1s=1時，鎖存器具有保持功能，將輸出一直保持為1，達(dá)到鎖存的目的。 2) 74ls148下圖為74ls148的功能介紹，st為使能端，控制芯片的工作；當(dāng)無輸入時，yex=1，有輸入時，yex=0。其功能真值表如下：表1 74ls148功能表輸入輸出0 1 2 3 4 5 6 72 1 0 1x x x x x x x x1 1 11 101 1 1 1 1 1 1 11 1 1 1 00x x x x x x x 00 0 0 0 10x x x x x x 0 10 0 1 0 10x x x x x 0 1 10 1 0 0 10x x x x 0 1 1 10 1 1 0 10x x x 0 1 1 1 11 0 0 0 10x x 0 1 1 1 1 11 0 1 0 10x 0 1 1 1 1 1 11 1 0 0 100 1 1 1 1 1 1 11 1 1 0 13) 74ls148譯碼器 圖5 74ls148譯碼器管腳分布圖由功能表可知，在8個輸入端均無低電平輸入信號和只有輸入0端（優(yōu)先級別最低位）有低電平輸入時，a2a1a0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由gs的狀態(tài)加以區(qū)別，當(dāng)gs1時，表示8個輸入端均無低電平輸入，此時a2a1a0=111為非編碼輸出；gs0時，a2a1a0=111表示響應(yīng)輸入0端為低電平時的輸出代碼（編碼輸出）。eo只有在ei為0，且所有輸入端都為1時，輸出為0，它可與另一片同樣器件的ei連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編碼器。 從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級別的次為7，6，0。輸入有效信號為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端無低電平輸入時，輸出端才輸出相對應(yīng)的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級別比它高的輸入6和輸入7均為1時，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理。4) 555 定時器555定時器是一種多用途的數(shù)字/模擬混合集成電路，具有開關(guān)特性，可以構(gòu)成各種單元脈沖電路。其功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 rs 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時，則電壓比較器 c1 的同相輸入端的電壓為 2vcc /3，c2 的反相輸入端的電壓為vcc /3。若觸發(fā)輸入端 tr 的電壓小于vcc /3，則比較器 c2 的輸出為 0，可使 rs 觸發(fā)器置 1，使輸出端 out=1。如果閾值輸入端 th 的電壓大于 2vcc/3，同時 tr 端的電壓大于vcc /3，則 c1 的輸出為 0，c2 的輸出為 1，可將 rs 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。圖6 555 定時器4 系統(tǒng)仿真與測試4.1仿真步驟（1）根據(jù)自己所畫好的電路圖，在protues元器件庫選擇相應(yīng)的元器件。（2）用導(dǎo)線將元器件按圖連接好。（3）將元器件相應(yīng)參數(shù)設(shè)置好。（4）進(jìn)行電路仿真，根據(jù)仿真修改相應(yīng)的參數(shù)。4.2仿真結(jié)果及分析1) 總體電路 圖7 電路總體仿真圖2) 搶答開始 圖8 搶答開始電路此圖表示：主持人喊開始搶答后第25秒，第六組選手搶答到了此題6收獲與體會這一次課程設(shè)計，它加深與鞏固了我們所學(xué)的專業(yè)基礎(chǔ)課程，例如數(shù)電和模電，并將其綜合運(yùn)用，提高了我們綜合運(yùn)用知識的能力還有就是將理論運(yùn)用于實(shí)踐，另一方面，培養(yǎng)了我們對專業(yè)知識學(xué)習(xí)的趣；同時也提高了我們分析問題的能力。這次課程設(shè)計的設(shè)計流程我采用分塊的設(shè)計順序，優(yōu)化了設(shè)計流程使之更符合邏輯性。但是需要注意的是，在其中每個環(huán)節(jié)必須認(rèn)真進(jìn)行，如果某模塊電路沒有設(shè)計好，或者存在錯誤，則總的電路必然會受到影響，所以在設(shè)計時應(yīng)該考慮到實(shí)際情況。有時候會因?yàn)橐粋€極小的疏忽而導(dǎo)致整個電路無法運(yùn)行，例如，在仿真過程中由于我忘記接地導(dǎo)致輸出老是不對。另外，該課程設(shè)計也要求我具備扎實(shí)的理論知識，剛開始由于理論知識掌握的不牢靠，在進(jìn)行仿真設(shè)計時也一度使我碰壁，浪費(fèi)了很多時間，最后不得不捧著書本，再把一些學(xué)的不牢固的知識好好的學(xué)了一遍。通過這次課程設(shè)計，我基本掌握了用protues軟件仿真電路圖并進(jìn)行仿真分析，且初步掌握了電子電路的設(shè)計方法，在以后的學(xué)習(xí)中還需多加練習(xí)，熟練掌握，為以后的工作作準(zhǔn)備?；仡欉@次課程設(shè)計，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，我懂得了理論與實(shí)踐相結(jié)合的重要性。在這次課程設(shè)計當(dāng)中，我本來是搶答、定時、報警、時序控制電路都有設(shè)計，但仿真做出來的只有定時和搶答兩部分，而實(shí)物部分定時電路還無法正常工作，由此可見即使課本知識掌握的很好，如果不會綜合運(yùn)用，也是一些支離破碎的無用的知識，只有能把它運(yùn)用到實(shí)踐當(dāng)中，才是真正屬于你自己的知識。實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，這句話說的真不假啊。以前在課堂上只是聽老師說，自己在一旁死記硬背背下來，就以為自己學(xué)得很不錯了，這一次，既是一個打擊一次教訓(xùn)，也是一次學(xué)習(xí)。參考文獻(xiàn)1.閻石.數(shù)字電技術(shù)基礎(chǔ).高等教育出版社.2004年2.陳大欽.羅杰.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn).高等教育出版社.2008年 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