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智力搶答器湖南工學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計說明書 題 目 智力搶答器 學(xué)生姓名 系 別 學(xué) 號 專業(yè)班級 指導(dǎo)教師 完成時間 課程設(shè)計任務(wù)書一、課程設(shè)計題目智力競賽搶答器二、設(shè)計要求1、四組參賽者在進(jìn)行搶答時，當(dāng)搶答者按下面前的按鈕時，搶答器都能準(zhǔn)確地判斷出搶先者，并顯示相應(yīng)的組號。2、搶答器應(yīng)具有互鎖功能，某組搶答后能自動封鎖其它各組進(jìn)行搶答。3、系統(tǒng)應(yīng)具有一個總復(fù)位開關(guān)。4、安裝自己設(shè)計的電路。5、通電調(diào)試。三、提高部分1、搶答者犯規(guī)或違章（主持人未說開始搶答時，參賽者搶先按鈕）時，應(yīng)自動發(fā)出警告信號，以指示燈光閃為標(biāo)志。2、搶答器應(yīng)具有限時功能，搶答時限時為30秒。四、設(shè)計資料1、閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，19892、張乃國.電子測量.北京：人民郵電出版社，19853、彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo).北京：高等教育出版社，19974、華容茂.電工、電子技術(shù)實(shí)習(xí)與課程設(shè)計.北京：電子工業(yè)出版社，2000五、設(shè)計成果1、課程設(shè)計說明書（5000字左右）。2、作品六、設(shè)計提示：1、可用觸發(fā)器、鎖存器或編碼器判斷第一搶答者的信號并將其鎖存，在得到第一信號 之后應(yīng)立即將電路的輸入封鎖，同時還必須注意，第一搶答信號應(yīng)在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。2、當(dāng)電路形成第一搶答信號之后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答者的組別，或用發(fā)光二極管直接指示出組別。同時控制音頻振蕩器工作。3、限時及顯示電路可多諧振蕩器、計數(shù)器、譯碼器和數(shù)碼顯示電路組成。前 言隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，社會發(fā)展步入了信息時代，隨著信息時代對人才高素質(zhì)和信息化的需求，隨著高等教育發(fā)展的趨勢，人們的生活水平提高，對精神生活的要求也就更高，這對電子領(lǐng)域提出了更高的要求。電子學(xué)是一門應(yīng)用很廣的科學(xué)技術(shù)，發(fā)展及其迅速。要學(xué)好這門技術(shù)，首先是基礎(chǔ)理論的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，然后要加技術(shù)訓(xùn)練，進(jìn)而培養(yǎng)我們對理論聯(lián)系實(shí)際的能力，設(shè)計電路的能力，實(shí)際操作的能力，以及培養(yǎng)正確處理數(shù)據(jù)、分析和綜合實(shí)驗結(jié)果、檢查和排除故障的能力。同時也加深我們對電子產(chǎn)品的理解。智力搶答器的設(shè)計和測試作為此次課程設(shè)計的課題，我們采用一般意義上的設(shè)計方案，即采用集成芯片構(gòu)成電路。在本次實(shí)踐中，得到了本組其他組員和老師的大力支持，也得到了其他一些寶貴意見，在此一并感謝。由于時間和經(jīng)驗的關(guān)系，不足之處望加以批評指正，以便提高和完善。 作者：江君 2006年5月目錄1. 設(shè)計任務(wù)與要求 -12. 設(shè)計原理 -23.方案確定-34. 單元電路設(shè)計-55. 電路設(shè)計說明-96.電路安裝-107.電路調(diào)試與測試-118.元件清單-139.設(shè)計總計-1310.參考文獻(xiàn)-1411.鳴謝-14附錄A.電路原理圖-15附錄B. CB圖-16目 錄一、設(shè)計原理1二、方案確定2三、單元電路設(shè)計2四、電路設(shè)計說明9 五、電路安裝10六、電路調(diào)試與測試11七、元件清單13八、設(shè)計總結(jié)13九、結(jié)束語14十、參考文獻(xiàn)14十一、附 錄15第1章 搶答器的功能要求1.1基本功能設(shè)計一個智力競賽搶答器，可同時供4名選手或4個代表隊參加比賽，他們的編號分別是0、1、2、3，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)，分別是S0、S1、S2、S3。給節(jié)目主持人設(shè)置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管燈滅）和搶答的開始。搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示選手的編號，同時揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。1.2擴(kuò)展功能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（30S）。當(dāng)節(jié)目主持人按下“開始”按鈕后。要求定時器立即倒計時，并在顯示器上顯示，同時揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時間0.5S左右。參賽選手在設(shè)定的時間內(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。如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答，則本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路，禁時后搶答，時間顯示器上顯示00。第2章 搶答器的組成框圖2.1 設(shè)計方案本設(shè)計采用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)碼管顯示的方案。此設(shè)計方案具有使用芯片少，電路簡單明了等特點(diǎn)。2.2搶答器總體方框圖定時搶答器的總體框圖如圖1所示。他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)展電路完成定時搶答的功能。 顯示電路主持人控制開關(guān)擴(kuò)展電路主體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 圖2-1 定時搶答器的總體框圖 2.3工作原理圖2-1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揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；3.控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；4.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。當(dāng)選手將問題回答完畢時，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。圖2-2 搶答器原理圖第3章 單元電路的設(shè)計3.1 搶答電路設(shè)計搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效。這里選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279完成上述功能，其電路圖如圖3-1所示。圖3-1 搶答電路其工作原理是：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清除”位置時，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端（4Q1Q）全部為低電平。于是74LS48的=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作，當(dāng)主持人開關(guān)撥到“開始”位置時，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待狀態(tài)，等待輸入端I7I0輸入信號，當(dāng)有選手將鍵按下時（如按下S4）,74LS148的輸出=010， =0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，=1，74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=100，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“4”，此外，CTR=1，使74LS148的端為高電平，74LS148處于禁止工作的狀態(tài)，封鎖的其他按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后，74LS148的為高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其他按鍵的輸入信號不會被接受，這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問題后，有主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，進(jìn)行下一輪的搶答3.2 定時電路設(shè)計節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，選用十進(jìn)制同步加/減計數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖3-2所示。圖3-2 可預(yù)置時間定時電路3.3 報警電路設(shè)計由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖3-3所示，555定時構(gòu)成多諧震蕩器，震蕩頻率為：f=1.34/（R1+R2）C，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚(yáng)聲器，PR為高電平時，多諧震蕩器工作，否則震蕩停振。圖3-3 報警電路3.4 時序控制電路設(shè)計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： 主持人將控制開關(guān)撥到開始位置時，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進(jìn)人正常搶答工作狀態(tài)。 當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。 當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時搶答器電路和定時電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)。根據(jù)上面的功能要求以及圖3-1和圖3-2，設(shè)計的時序控制電路如圖3-4所示。圖中，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。圖3-4所示電路的工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清除”位置撥到“開始”位置時，來自于圖3-1所示的74LS192的輸出CTR=0，經(jīng)G3反相，A=1，則從555輸出端來的時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸入端，定時電路進(jìn)行遞減計時。同時，在定時時間未到時，來自于圖3-2所示74LS192的借位輸出端=1，門G2的輸出=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答按鈕時，CTR=1，經(jīng)G3反相，A=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(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)定時時間到時，來自74LS192的=0，=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時，門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號，使定時電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。圖3-4 搶答與定時電路的時序控制電路3. 5 整機(jī)電路設(shè)計經(jīng)過以上各單元電路的設(shè)計,可以得到定時搶答器的整機(jī)電路,如3-5所示.圖3-5 定時搶答器的主體邏輯電路圖第4章 元器件的選擇4.1 74LS148優(yōu)先編碼器 圖4-1 74LS148芯片在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時輸入兩個以上的編碼信號。不過在設(shè)計優(yōu)先編碼器時已經(jīng)將所有的輸入信號按優(yōu)先順序排了隊，當(dāng)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(jìn)行編碼。圖4-2給出了8線-3線優(yōu)先編碼器74LS148的邏輯圖。如果不考慮由門，和構(gòu)成的附加控制電路只有圖中虛線框以內(nèi)的這一部分。 從圖4-2寫出輸出的邏輯式，即得到 （4-1）為了擴(kuò)展電路的功能和增加使用的靈活性，再74LS148的邏輯電路中附加了由門，和組成的控制電路。其中為選通輸入端，只有在的條件下，編碼器才能正常工作。而在時，所有的輸出端均被封鎖在高電平。選通輸出端和擴(kuò)展端用于擴(kuò)展編碼功能。由圖4-2可知 （4-2）圖4-2 8線-3線優(yōu)先編碼器74LS148的邏輯圖從圖4-2還可以寫出 （4-3） 這說明只要任何一個編碼輸入端有低電平信號輸入，且S1，即為低電平。因此，的低電平輸出信號表示“電路工作，而且有編碼輸入”。根據(jù)式（4-1）、(4-2)和（4-3）可以列出表4-1所示的74LS148的功能表。它的輸入和輸出均以低電平作為有效信號。表4-1 74LS148的功能表由表中不難看出，在電路正常工作狀態(tài)下，允許當(dāng)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(dāng)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(dāng)、時，無論其余輸入端有無輸入信號。只對編碼，輸出為。其余的輸入狀態(tài)同上。表中出現(xiàn)的3種情況可以用和的不同狀態(tài)加以區(qū)分。圖4-3 74LS148的符號圖（a）和管腳圖 (b)4.2 74LS279芯片74LS279芯片具有鎖存器的功能。其引角圖如下圖4-4所示：圖4-4 74LS279芯片引腳圖74LS279內(nèi)部是由4個RS觸發(fā)器組成的。當(dāng)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。4.3 七段顯示譯碼器74LS48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接線圖（如圖4-5所示）（a） 管腳排列圖; (b) 共陰極接線圖; (c) 共陽級；（d）發(fā)光段組合圖 圖（a） 圖（b） 圖（c）圖（d）圖4-5七段數(shù)字顯示器如圖4-6所示（a）74LS48的管腳排列 （b）74LS48的引線排列 圖4-6 (a) 74LS48的管腳排列圖 圖4-6(b) 74LS48的引線排列試燈輸入： 當(dāng)“”=0 / =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(dāng) “” =1時，譯碼器方可進(jìn)行譯碼顯示。 用來動態(tài)滅零，當(dāng)“”= 1時 ，/ =0， 輸入A3A2A1A0=0000時，則=0使數(shù)字符的各段熄滅；為“=0/=1”滅燈輸入/滅燈輸出，當(dāng)“”=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(dāng)=1時, 說明本位處于顯示狀態(tài);若 “”=0, 且低位為零, 則低位零被封鎖。3.4 74LS192十進(jìn)制同步加減法計數(shù)器表4-2 74LS192功能表CPUCPDCRDCBAQDQCQBQAXXX1XXXX0 0 0 0XX00d c b ad c b a 110XXXX加計數(shù)110XXXX減計數(shù)1110XXXX保持原狀態(tài)中規(guī)模集成計數(shù)器74LS192。它是一種可預(yù)置的BCD可逆計數(shù)器，它的輸出端QD、QC、QB、QA輸出的是BCD碼（二十進(jìn)制碼）。3.5 555定時器圖 4-7 555 定時器(a) 電路結(jié)構(gòu)； (b) 引腳圖 555的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)如圖4-7所示。其中，三極管起開關(guān)控制作用，C1為反相比較器，C2為同相比較器，比較器的基準(zhǔn)電壓由電源電壓+VCC及內(nèi)部電阻的分壓比決定。RS觸發(fā)器具有復(fù)位控制功能，可控制三極管的導(dǎo)通與截止。第五章 組裝與電路調(diào)試5.1.組裝1.檢測與查閱器件 用數(shù)字即成電路測試儀檢測所用的集成電路。通過查閱集成電路手冊，標(biāo)出電路圖中各集成電路輸入、輸出端的引腳編號。2.連接電路按電路圖連接電路。先在電路板上插好各種器件。在插器件的時候，要注意器件的活口方向，同時要保證各管腳與插座接觸良好，管腳不能彎曲或折斷。指示燈的正、負(fù)極不能接反。在通電以前先用萬用表檢查各器件的電源接線是否正確。5.2電路調(diào)試首先按照搶答器的功能進(jìn)行操作，若電路滿足要求，說明電路沒有故障。若某些功能不能實(shí)現(xiàn)，就要設(shè)法查找并排出故障，排出故障可按照信息流程的正向（由輸入到輸出）查找，也可以按信息流程逆向（右輸出到輸入）查找。1.顯示電路的調(diào)試顯示電路主要是由一塊74148和一塊7448芯片以一個七段LED數(shù)碼顯示器組成的.在調(diào)試時,可以在編碼器的各輸入端接上開關(guān),當(dāng)接上電源后,用各開關(guān)打開或斷開來判斷七段LED數(shù)碼顯示器是否顯示正常。2.鎖存電路的調(diào)試在調(diào)試鎖存電路時,我們可以在各觸發(fā)器的Q端接各接上一個發(fā)光二極管,接上電源,主持人開關(guān)打開,任意按下一路搶答開關(guān),看其對應(yīng)的發(fā)光二極管是否亮,然后再按其它開關(guān),這時其它的二極管應(yīng)該不發(fā)亮才算正常。3.清零電路調(diào)試清零是由主持人控制的.這個電路比較簡單,只有一個指示燈，當(dāng)主持人開關(guān)斷開時,指示燈通過接地連接到各觸發(fā)器的清零端,這時七段LED數(shù)碼顯示器應(yīng)顯示為0,如果不為零則電路不正常。4.報警電路調(diào)試調(diào)試本電路時，可以借助示波器來進(jìn)行.把由555組成的單穩(wěn)觸發(fā)器和多諧振蕩器的信號輸出端分別接到示波器的兩個通道上，接上電源,由示波器的波形來判斷報警電路是否工作正常。第6章 體會經(jīng)過了許多的努力和學(xué)習(xí)，終于我們的課程設(shè)計-搶答器，成功了！通過一個學(xué)期的搶答器的設(shè)計，增長了許多的知識，知道了做好一件事是并不是想象中那么簡單，從中也學(xué)到了我們在課堂上學(xué)不到的東西，在實(shí)際動手做時，我們遇到了好多的問題，是我們在之前沒預(yù)料到的。為了搞好這次課程設(shè)計我把數(shù)電書認(rèn)認(rèn)真真的看了幾遍，我覺得這樣看書比起我以前來說效果好多了，這次我深入的去學(xué)習(xí)！還就是我還在圖書館找了好多好多的資料。這次制板我們暴廢了兩塊PC