數(shù)字智力搶答器畢業(yè)論文.docx

四川科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第III頁 畢業(yè)設(shè)計(論文)鑒定表院 系 信息技術(shù)工程學院 專 業(yè) 通信技術(shù) 年 級 2008 級 姓 名 楊佳 題 目 數(shù)字智力搶答器 指導教師評 語 過程得分： (占總成績20%)是否同意參加畢業(yè)答辯 指導教師 (簽字)答辯教師評 語 答辯得分： (占總成績80%) 畢業(yè)論文總成績 等級： 答辯組成員簽字 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(論文)任務(wù)書班 級 2008級通信技術(shù) 學生姓名 楊佳 學 號 200801080134 發(fā)題日期：2010年 11月25日 完成日期：3月15日 題 目 數(shù)字智力搶答器 1、 本論文的目的、意義：通過這次畢業(yè)設(shè)計，了解數(shù)字智力搶答器的組成及工作原理，提高思考和實踐能力，同時鞏固已學的理論知識，建立數(shù)字電路的理論和實踐的結(jié)合，從而正確設(shè)計搶答器的各個單元電路。初步掌握數(shù)字智力搶答器的原理及測試方法。2、學生應(yīng)完成的任務(wù)： 1、查閱資料、確定系統(tǒng)方案。 2、確定搶答器設(shè)計方案。 3、研究搶答器的設(shè)計原理。 4、完成單元電路的設(shè)計及仿真分析。 5、撰寫畢業(yè)論文。 3、論文各部分內(nèi)容及時間分配：(共 20 周)第一部分：確定論文題目和實現(xiàn)方案，搜集和整理相關(guān)資料。 （3周)第二部分：確定搶答器設(shè)計方案。 （4周)第三部分：研究搶答器的設(shè)計原理。 （5周)第四部分：完成單元電路的設(shè)計及仿真分析。 （5周)第五部分：撰寫畢業(yè)論文。 （3周)評閱及答辯論文定稿交由指導教師評閱，做好論文答辯的相關(guān)準備(20周)備 注 指導教師： 年 月 日審 批 人： 年 月 日摘 要搶答器很廣泛的用于電視臺、商業(yè)機構(gòu)及學校，為競賽增添了刺激性、娛樂性，在一定程上豐富了人們的業(yè)余生活。本文介紹一種數(shù)字式搶答器，能使四個隊同時參加搶答,賽場中設(shè)有1個裁判臺，4個參賽臺，分別為A號、B號、C號、D號參賽臺。搶答操作方便，在很多的場所都可以使用，并且給人的視覺效果非常好。數(shù)字搶答器由搶答電路，定時電路，報警電路，時序電路組成。優(yōu)先編碼電路，鎖存器，譯碼電路將參賽選手的輸入信號在顯示器上輸出，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現(xiàn)計時功能，用控制電路和報警電路實現(xiàn)報警功能。以上幾部分組成主體電路，從而構(gòu)成數(shù)字搶答器。關(guān)鍵字：搶答電路；定時電路；報警電路；時序電路 四川科技職業(yè)學院畢業(yè)設(shè)計(論文) 第24頁目錄第一章 概述11.1課題研究的相關(guān)背景11.2選題的目的和意義11.3課題研究的內(nèi)容21.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀2第二章 搶答器設(shè)計原理42.1 方案論證42.2 設(shè)計要求52.3搶答器的組成6第三章 單元電路的設(shè)計83.1搶答電路的設(shè)計83.1.1 原理圖設(shè)計83.1.2 搶答器電路組成93.2定時電路設(shè)計133.2.1原理圖設(shè)計133.2.2對計數(shù)器進行預(yù)置153.2.3 555定時器引腳圖163.3 時序控制電路的設(shè)計16第四章 仿真分析184.1仿真軟件介紹184.2 Protel 軟件介紹184.3搶答電路仿真194.4定時電路仿真20結(jié) 語21致 謝22參考文獻23 第一章 概述1.1課題研究的相關(guān)背景當今的社會競爭日益激烈，選拔人才，評選優(yōu)勝，知識競賽之類的活動愈加頻繁，智力競賽是一種生動活潑的教育方式，通過搶答和必答兩種答題方式能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學知識和生活常識。而在競賽中往往分為幾組參加，這時針對主持人提出的問題，如果要是讓搶答者用舉手等方法，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。比賽中為了準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，這就要有一種搶答設(shè)備作為裁判員，這就必然離不開搶答器。搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競賽、搶答場合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管的指示辯認出選手號碼。現(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機或數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、選手得分顯示等功能。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向發(fā)展，這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識競賽越來越多，操作簡單，經(jīng)濟實用的小型搶答器必將大有市場。因此，我選擇數(shù)字智力搶答器這一設(shè)計。1.2選題的目的和意義通過這次畢業(yè)設(shè)計，了解簡單數(shù)字智力搶答器的組成原理，初步掌握數(shù)字電路搶答器的調(diào)整及測試方法，提高思考能力和實踐能力。同時通過本課題設(shè)計，鞏固已學的理論知識，建立邏輯數(shù)字電路的理論和實踐的結(jié)合，了解數(shù)字智力搶答器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計、計算定時計數(shù)的各個單元電路。本論文通過參考大量文獻對搶答器的工作原理做了系統(tǒng)介紹，通過詳細的調(diào)查和權(quán)威技術(shù)資料及相關(guān)情報的收集，為學校等單位舉行的簡單的搶答活動提供了簡單設(shè)計思路，對于企業(yè)了解搶答器產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)及其發(fā)展狀況十分有益。1.3課題研究的內(nèi)容本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計數(shù)字智力搶答器，在搶答比賽中廣泛應(yīng)用，各組分別有一個搶答按鈕。主持人有開始和結(jié)束、復位鍵。在后臺主持人可以修改，搶答時間和選手回答問題的時間設(shè)置，新時間開始有效，主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有效，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時間倒計時和選手號。通過研究并在設(shè)計后發(fā)現(xiàn)，采用數(shù)字電路技術(shù)設(shè)計的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，電路連接簡單，因為大多數(shù)功能單元都能通過數(shù)字電路完成；第二，工作性能可靠，抗干擾能力優(yōu)于目前搶答器。所以本研究是一個實用的工程設(shè)計，具有創(chuàng)新性。1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀隨著我國搶答器市場的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點。技術(shù)工藝，是衡量一個企業(yè)是否具有先進性，是否具備市場競爭力，是否能不斷領(lǐng)先于競爭者的重要指標依據(jù)。了解國內(nèi)外搶答器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢對于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場競爭力十分關(guān)鍵。目前市場上搶答器種類繁多，功能各異，價格差異也很大。那么選擇一款真正適合的搶答器就非常重要。搶答器一般分為電子搶答器和電腦搶答器。電子搶答器的中心構(gòu)造一般都是由搶答器由數(shù)字電子集成電路組成，其搭配的配件不同又分為，非語音非記分搶答器和語音記分搶答器。非語音記分搶答器構(gòu)造很簡單，就是一個搶答器的主機和一個搶答按鈕組成，在搶答過程中選手是沒有記分的顯示屏。語音記分搶答器是由一個搶答器的主機、主機的顯示屏以及選手的記分顯示屏等構(gòu)成，具有記分等功能。電子搶答器多適用于學校和企事業(yè)單位舉行的簡單的搶答活動。電腦搶答器又分為無線電腦搶答器和有線電腦搶答器。無線電腦搶答器的構(gòu)成是由：主機和搶答器專用的軟件和無線按鈕。無線電腦搶答器利用電腦和投影儀，可以把搶答氣氛活躍起來，一般多使用于電臺等大型的活動。有線電腦搶答器也是由主機和電腦配合起來，電腦再和投影儀配合起來，利用專門研發(fā)的配套的搶答器軟件，可以十分完美的表現(xiàn)搶答的氣氛。搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合，但目前所使用的搶答器有的電路較復雜不便于制作，可靠性低，實現(xiàn)起來很困難；有的則用一些專用的集成塊，而專用集成塊的購買又很困難。而我所設(shè)計的數(shù)字智力搶答器具有電路簡單，元件普通，易于購買等優(yōu)點，很好地解決了制作者制作困難和難于購買的問題。在國內(nèi)外已經(jīng)開始了普遍的應(yīng)用。第二章 搶答器設(shè)計原理2.1 方案論證方案一：方案由主體電路與擴展電路組成。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；用控制電路和報警電路實現(xiàn)報警功能，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現(xiàn)計時功能，構(gòu)成計時電路?？梢詫崿F(xiàn)電路的優(yōu)先級別和自動記時和報警功能。且電路簡單本成本低，性能可靠，能方便地完成選手搶答的基本功能， 稍加擴展就能達到實用化。方案二： 本方案由普通的編碼和譯碼電路組成，可以實現(xiàn)多路搶答時。實現(xiàn)某一路的是最先優(yōu)先級。采用高亮發(fā)光二極管來實現(xiàn)指示功能。不具備數(shù)碼顯示功能。 方案三： 該系統(tǒng)采用 MCS-51系列單片機 AT89S51作為控制核心，該系統(tǒng)可以完成運算控制、信號識別以及顯示功能的實現(xiàn)。 方案一有以下幾點優(yōu)勢：1. 具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱避免有人在主持人說“開始”前提前搶答違反規(guī)則。2. 具有定時功能，在60s內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手參賽隊對本題棄權(quán)。3. 60s秒時仍無人搶答其報警電路工作表示搶答時間耗盡禁止搶答。 且中小規(guī)模集成電路應(yīng)用技術(shù)成熟，性能可靠，能方便地完成選手搶答的基本功能。 方案二不具備方案一上面所闡述的各種優(yōu)勢。而且采用的是比較原始的電路和實施方法，不能突出電子專業(yè)的特色。 方案三中由于用了單片機，使其技術(shù)比較成熟，應(yīng)用起來方便、簡單并且單片機周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實現(xiàn)。整個系統(tǒng)具有極其靈活的可編程性，能方便地對系統(tǒng)進行功能的擴張和更改性。但是用單片機控制的搶答器性能不穩(wěn)定。 綜合以上分析，故采用方案一來進行電路設(shè)計。2.2 設(shè)計要求1. 搶答器同時供 4 名選手或 4 個代表隊比賽，分別用 4 個按鈕 A、B、C、D 表示。搶答者按動本組復習按鍵，組號立即在LED顯示器上顯示，同時封鎖其他組的按鍵信號。2. 設(shè)置一個搶答控制開關(guān) S，該開關(guān)由主持人控制。系統(tǒng)外設(shè)清除鍵，按動清除鍵，LED顯示器自動清零滅燈。 3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即當選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在 LED 數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 4. 搶答器具有定時搶答功能。搶答器定時為60s，通過控制鍵啟動搶答器后，要求60s定時器開始工作。當主持人啟動“開始”鍵后，發(fā)光二極管點亮，定時器進行計時。 5. 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，顯示器上顯示選手的編號，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時搶答器上顯示 00。7. 搶答者違規(guī)顯示。根據(jù)要求搶答器應(yīng)具有鎖存、定時、顯示功能。即當搶答開始后，選手搶答按動按鈕，鎖存器鎖存相應(yīng)的選手編碼，同時用LED數(shù)碼管把選手的編碼顯示出來，并且開始搶答時間的倒計時，同時用LED數(shù)碼管把選手的所剩搶答時間顯示出來，以提醒主持人和選手。搶答時間可設(shè)定60s。接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布“開始”，搶答器開始工作。定時器開始倒計時，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。當一輪搶答開始之后，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主持人再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。2.3搶答器的組成搶答器的總體框圖如圖2-1所示。它主要由主體電路和擴展電路兩部分組成。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。擴展電路完成定時搶答的功能。圖2-1 搶答器組成框圖 如圖2-1所示搶答器的主體電路主要由搶答開關(guān)、優(yōu)先編碼電路、鎖存電路、搶答號碼顯示譯碼電路、控制開關(guān)、時序控制電路組成。其功能主要是：搶答開關(guān)由四個開關(guān)組成，四名參賽選手各控制一個，撥動開關(guān)使相應(yīng)的控制端的信號為高電平或低電平。優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答選手的編號，并進行編碼。鎖存器鎖存搶答選手的編號，并封鎖其他開關(guān)的信號，保證搶答有效。搶答號碼顯示譯碼電路通過譯碼電路將搶答者的編號用數(shù)碼管給顯示出來，以便更直觀看到結(jié)果。控制開關(guān)即主持人控制開關(guān)，比賽開始之前供主持人使用，它能保證比賽前觸發(fā)器統(tǒng)一清零，避免電路的誤操作和搶答過程的不公平。時序控制電路是搶答器的核心，當有選手搶答時，時序控制電路將搶答信號傳遞給優(yōu)先編碼電路和鎖存電路。搶答器的擴展電路主要由警報電路、定時電路、時間顯示譯碼電路組成。其功能主要是：警報電路如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答。定時電路對搶答者回答問題時間進行控制的電路，規(guī)定60s，超過60s則搶答無效。時間顯示譯碼電路將定時時間用數(shù)碼管給顯示出來，如60s則顯示裝置是一個二位數(shù)字顯示的計數(shù)系統(tǒng)。如圖2-1所示搶答器的工作過程是：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，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；2. 時序控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答；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，以便進行下一輪搶答。第三章 單元電路的設(shè)計3.1搶答電路的設(shè)計3.1.1 原理圖設(shè)計圖3-1 搶答器電路原理圖搶答器電路設(shè)計電路如圖3-1所示。電路選用優(yōu)先編碼器74LS148和鎖存器74LS297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。 工作過程：開關(guān)S置于“清除”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（圖中5號端）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(圖中4端) =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，CTR，使74LS148優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端），處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的輸出此時由于仍為CTR，使優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端），所以74LS148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出現(xiàn)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S開關(guān)重新置“清除”然后再進行下一輪搶答。3.1.2 搶答器電路組成1. 編碼、鎖存電路編碼、鎖存電路由優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279組成。優(yōu)先編碼器74LS148是8線輸入3線輸出的二進制編碼器（簡稱8-3線二進制編碼器），其作用是將輸入這8個狀態(tài)分別編成8個二進制碼輸出。優(yōu)先編碼器允許同時輸入兩個以上的編碼信號，不過在優(yōu)先編碼器將所有的輸入信號按優(yōu)先順序排了隊，當幾個輸入信號同時出現(xiàn)時，只對其中優(yōu)先權(quán)最高的一個進行編碼。其功能表如表3-1所示。由表看出74LS148的輸入為低有效。優(yōu)先級別從至遞降。另外，它有輸入使能，輸出使能和。1）74LS148編碼器74LS148引腳圖圖3-2 74LS148的符號圖和管腳圖74LS148芯片的功能表 表3-1 74LS148功能表優(yōu)先編碼器是8線輸入3線輸出的二進制編碼器，其作用是將輸入 I0至I7，8個狀態(tài)分別編成8個二制碼輸出。其功能如真值表所示。由表可以看出74LS148R的輸入低有效。優(yōu)先級別從 I7至I0遞降。另外它有輸入使能/ST，輸出使能/YS和/YEX；a. /ST=0允許編碼，/ST=1禁止編碼，輸出/Y2 /Y1/Y0=111。b. /YS主要用于多個編碼器電路的級聯(lián)控制，即/YS總是接在優(yōu)先級別低的相鄰編碼器的/ST端，當優(yōu)先級別高的編碼器允許編碼，而無輸入申請時，/YS =0，從而允許優(yōu)先級低的相鄰編碼器工作，反之若優(yōu)先級高的編碼器有編碼時，/Y S=1，禁止相鄰級別低的編碼器工作。c. /YEX=0表示 /Y2/Y1/Y0是編碼輸出，/Y EX=1表示/Y2/Y1/Y0不是編碼輸出 /YEX為輸出標志位。單片74LS148組成8-3進制輸出的編碼器，其輸出8421BCD。由表中不難看出，在電路正常工作狀態(tài)下，允許當中同時有幾個輸入端為低電平，即有編碼輸入信號。的優(yōu)先權(quán)最高，的優(yōu)先權(quán)最低。當時，無論其余輸入端有無輸入信號（表中以X表示），輸出端只給出的編碼，即。當、時，無論其余輸入端有無輸入信號，只對編碼，輸出為。2）74LS279芯片具有鎖存器的功能，其內(nèi)部是由4個JK觸發(fā)器組成的。當有一個人優(yōu)先搶答后其它的就不能搶答了，其它的雖然有電平輸入，但是輸入的電平保持原態(tài)不變。其引腳圖如圖3-3所示 圖3-3 74LS279引腳圖表3-2 74LS279鎖存器功能表2. 譯碼、顯示電路譯碼電路由74LS48組成。而譯碼是編碼的逆過程，其任務(wù)是恢復編碼的愿意。按內(nèi)部連接方式不同，七段數(shù)字顯示器分為共陰極和共陽極兩種。74LS48七段顯示譯碼器74LS48芯片是一個十進制（BCD）譯碼器，可用來驅(qū)動共陰極的發(fā)光二極管顯示器。74LS48的內(nèi)部有升壓電阻，因此無需外接電阻（可直接與顯示器相連接）。74LS48其引腳圖如下圖，其功能表如下表圖3-4 74LS48引腳圖74LS48的功能表如下表所示。其中，A3A2A1A0為8421BCD碼輸入端，ag為7段譯碼輸出端。表3-3 74LS48的功能表常用的七段顯示器件：半導體數(shù)碼管將十進制數(shù)碼分成七個字段，每段為一發(fā)光二極管。半導體數(shù)碼管（或稱LED數(shù)碼管）的基本單元是PN結(jié)，目前較多采用磷砷化鎵做成的PN結(jié)，當外加正向電壓時，就能發(fā)出清晰的光線。單個PN結(jié)可以封裝成發(fā)光二極管，多個PN結(jié)可以按分段式封裝成半導體數(shù)碼管，其管腳排列如下圖所示。半導體顯示器管腳排列圖 共陰極接線圖 共陽級接線圖 圖3-5圖3-6 七段數(shù)字顯示器發(fā)光段組合本設(shè)計用到的共陰極顯示器和74LS48。74LS48可以驅(qū)動共陰極的發(fā)光顯示器，其內(nèi)部有升壓電阻，無需外接電阻（可以直接與顯示器相連接）。為試燈輸入： 當 =0時，/=1時，若七段均完好，顯示字形是“8”，該輸入端常用于檢查74LS48顯示器的好壞；當 =1時，譯碼器方可進行譯碼顯示。用來動態(tài)滅零，當 =1時， 且=0，輸入A3A2A1A0=0000時，則/=0使數(shù)字符的各段熄滅； /為滅燈輸入/滅燈輸出，當 =0時不管輸入如何，數(shù)碼管不顯示數(shù)字；/ 為控制低位滅零信號，當=1時，說明本位處于顯示狀態(tài)；若 =0，且低位為零，則低位零被滅。3.2定時電路設(shè)計3.2.1原理圖設(shè)計1原理圖圖3-7 定時電路原理圖2原理及設(shè)計：該部分主要由555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、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3-7所示。兩塊74LS192實現(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。74192的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn)預(yù)置數(shù)，設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，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DPY_7-SEG 上，當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時，輸出低電平到時序控制電路，以后選手搶答無效。下面結(jié)合圖3-7具體講一下標準秒脈沖產(chǎn)生電路的原理。結(jié)合圖3-7，圖中電容C的放電時間和充電時間分別為： ，于是從NE555的3端輸出的脈沖的頻率為，結(jié)合我們的實際經(jīng)驗及考慮到元器件的成本，我們選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脈沖。 表3- 4 555定時器功能表3.2.2對計數(shù)器進行預(yù)置174LS192芯片的介紹1）74LS192的引腳圖 圖3-82）74LS192功能表 表3-5 74LS192功能表其中：TCU是加計數(shù)進位輸出端，當加計數(shù)到最大數(shù)值時，TCU發(fā)出一個低電平信號（平時為高電平）；TCD為見計數(shù)借位輸出端，當減計數(shù)到0時，TCD發(fā)出一個低電平信號（平時為高電平），TCU和TCD負脈沖寬度等于時鐘低電平寬度。274LS192的預(yù)置數(shù)的計算根據(jù)要求使用兩片74LS192的異步置數(shù)功能構(gòu)成三十進制減法計數(shù)器。30進制數(shù)器的預(yù)制數(shù)為N=（0011 0000）8421BCD=（30）D。74LS192（1）計數(shù)器從0011狀態(tài)開始計數(shù)，因此，就因取D3D2D1D0=0011。74LS192是計數(shù)器從0000狀態(tài)開始計數(shù)，那么，就因取D3D2D1D0=0000。計數(shù)脈沖從CP端輸入。它的計數(shù)原理十，每當?shù)貫橛嫈?shù)器的BO端發(fā)出負跳變借位脈沖時，高位計數(shù)器減1計數(shù)。當高位計數(shù)器處于全0，同時在CPD=0期間，高位計數(shù)器BO=LD=0，計數(shù)器完成異步制數(shù)，之后BO=LD=1，計數(shù)器在CPD時鐘脈沖作用下，進入下一輪減計數(shù)。3.2.3 555定時器引腳圖 圖3-9 555定時器是電壓控制端 DIS 是放電端 TH是高電平觸發(fā)端 CO是使能端GND是接地 OUT是輸出端 是直接置0端 是低電平觸發(fā)器3.3 時序控制電路的設(shè)計搶答與定時電路的時序控制電路如下圖所示 時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能：（1）主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時，搶答電路和定時電路進入 正常搶答工作狀態(tài)。 （2）當參賽選手按動搶答按鍵時，搶答電路和定時電路停止工作。（3）當設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時表示此次搶答無效。圖3-10 時序控制電路根據(jù)上面的功能要求以及圖3-1搶答電路，設(shè)計的時序控制電路如圖3-10所示。圖中，與門G1 的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸入使能端（即圖3-2中的5端）。工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清除”位置撥到“開始”位置時，來自于圖3-3中的74LS279的輸出 1Q,即CTR=0，經(jīng)G3反相，輸出為1，則555產(chǎn)生的時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸入端（圖中用CLCK表示接入到74LS192CPD端的信號），定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則“定時到信號”為 1，門G2的輸出 =0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能（1）的要求。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答按鍵時，CTR1，經(jīng)G3反相，輸出為0，封鎖 CP信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門G2的輸出 =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能（2）的要求。當定時時間到時，則“定時到信號”為0，/ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。同時，門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖時鐘CP信號，使定時電路保持00狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能（3）的要求。第四章 仿真分析4.1仿真軟件介紹 Proteus ISIS是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：實現(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：68000系列、8051系列、AVR系列、PIC12系列、PIC16系列、PIC18系列、Z80系列、HC11系列、MSP430系列、ARM7以及各種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2等軟件。具有強大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。4.2 Protel 軟件介紹 PROTEL：PROTEL是PORTEL公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當之無愧地排在眾多EDA軟件的前面，是電子設(shè)計者的首選軟件，它較早就在國內(nèi)開始使用，在國內(nèi)的普及率也最高，有些高校的電子專業(yè)還專門開設(shè)了課程來學習它，幾乎所有的電子公司都要用到它，許多大公司在招聘電子設(shè)計人才時在其條件欄上常會寫著要求會使用PROTEL。早期的PROTEL主要作為印制板自動布線工具使用，運行在DOS環(huán)境，對硬件的要求很低，在無硬盤286機的1M內(nèi)存下就能運行，但它的功能也較少，只有電原理圖繪制與印制板設(shè)計功能，其印制板自動布線的布通率也低，而現(xiàn)今的PROTEL已發(fā)展到PROTEL99，是個龐大的EDA軟件，完全安裝有200多M，它工作在WINDOWS95環(huán)境下，是個完整的板級全方位電子設(shè)計系統(tǒng)，它包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印制電路板設(shè)計（包含印制電路板自動布線）、可編程邏輯器件設(shè)計、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server （客戶/服務(wù)器）體系結(jié)構(gòu)，同時還兼容一些其它設(shè)計軟件的文件格式，如ORCAD，PSPICEEXCEL等，其多層印制線路板的自動布線可實現(xiàn)高密度PCB的100布通率。4.3搶答電路仿真4.4定時電路仿真結(jié) 語數(shù)字搶答器由搶答電路，定時電路，報警電路，時序電路組成。優(yōu)先編碼電路，鎖存器，譯碼電路將參賽選手的輸入信號在顯示器上輸出，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現(xiàn)計時功能，用控制電路和報警電路實現(xiàn)報警功能。以上幾部分組成主體電路，從而構(gòu)成數(shù)字搶答器。通過研究并在設(shè)計后發(fā)現(xiàn)，采用數(shù)字電路技術(shù)設(shè)計的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，電路連接簡單，因為大多數(shù)功能單元都能通過數(shù)字電路完成，第二，工作性能可靠，抗千擾能力優(yōu)于目前搶答器。所以本設(shè)計是一個實用的工程設(shè)計，具有創(chuàng)新性。本文對數(shù)字電子邏輯原理做了簡單的論述，但對其原理及技術(shù)應(yīng)用還遠遠不夠。數(shù)字技術(shù)是當前發(fā)展最快的學科之一，相應(yīng)地，數(shù)字邏輯電路的設(shè)計方法在不斷地演變和發(fā)展。所以，還需要我們不斷的學習和探索。由于自己的水平及各方面條件都極其有限，只能通過查閱大量圖書和資料來完成論文和充實自己的知識面，所以本文的設(shè)計不是