多路智力競(jìng)賽搶答器(電信0707班章杰

1、 硬件 課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告課 題： 多路智力競(jìng)賽搶答器班 級(jí)： 電信0707班作 者： 章 杰學(xué) 號(hào)： U指導(dǎo)老師： 王 德 勝課設(shè)評(píng)價(jià)：課設(shè)成績(jī)：一、設(shè)計(jì)目的1、結(jié)合所學(xué)的數(shù)字電路的理論知識(shí)來(lái)完成數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)。2、在數(shù)字電路的課程設(shè)計(jì)中，熟悉數(shù)字電路的邏輯設(shè)計(jì)過(guò)程以及集成555的使用。3、學(xué)會(huì)利用一些沒(méi)學(xué)過(guò)的IC來(lái)設(shè)計(jì)電路。二、功能要求1、設(shè)計(jì)一個(gè)八路定時(shí)搶答器，可以同時(shí)供8命選手參加比賽，分別用8個(gè)按鈕S0S7來(lái)表示。2、給主持人設(shè)置一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零和搶答的開(kāi)始。3、搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開(kāi)始后，若有選手按搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手

2、的編號(hào)（07），同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。同時(shí)禁止其他選手搶答。4、搶答器具有定時(shí)搶答的功能，搶答時(shí)間設(shè)定為20秒，當(dāng)主持人按下開(kāi)始按鈕時(shí)，定時(shí)器立刻倒計(jì)時(shí)，并顯示。選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答有效。超過(guò)時(shí)間搶答無(wú)效，定時(shí)顯示器顯示00。三、給定器件1、5V穩(wěn)壓電源。2、集成電路74LS148 2片，74LS279 2片，74LS48 4片，74LS192 2片，NE555 2片，74LS00 1片，74LS121 1片。3、電阻 510 2只，1K 2只，100k 2只，10k 12只， 15k 2只， 68k 2只。4、電容 0.1uF 5只，10uf 5只，100uf 2只。5、三極管 3DG1

3、2 1只。6、其它：發(fā)光二極管2只，共陰極顯示器3只。四、設(shè)計(jì)步驟與要求1、擬定電路的組成框圖，要求能實(shí)現(xiàn)所有功能，使用的元器件少，成本低。2、設(shè)計(jì)并安裝電路，要求布線整齊、美觀，便于級(jí)聯(lián)和調(diào)試。3、測(cè)試所設(shè)計(jì)搶答器的邏輯功能，滿足各項(xiàng)功能要求。4、畫(huà)出整機(jī)邏輯電路圖。5、寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告。搶答器框架設(shè)計(jì)定時(shí)搶答器的總體框圖（如圖1.1）所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開(kāi)始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。圖1工作原理為：接通電源后，主持人的開(kāi)關(guān)處于“清除”位置時(shí)，搶答器處于禁止?fàn)?/p>

4、態(tài)，選手編號(hào)的LED數(shù)字顯示器燈不亮，搶答定時(shí)時(shí)間LED數(shù)字顯示器顯示設(shè)定時(shí)間。當(dāng)主持人把開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置后，搶答器進(jìn)入工作狀態(tài)，選手們進(jìn)行搶答。當(dāng)其中一個(gè)選手按下?lián)尨鸢粹o后，其他選手再按按鈕無(wú)效，報(bào)警器發(fā)出聲響表示進(jìn)入回答問(wèn)題狀態(tài)，選手編號(hào)的LED數(shù)字顯示器顯示出搶答成功的選手的編號(hào)，與此同時(shí)定時(shí)時(shí)間開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，搶答定時(shí)時(shí)間LED數(shù)字顯示器顯示出該選手所剩下的回答問(wèn)題的時(shí)間。當(dāng)搶答定時(shí)時(shí)間到了，優(yōu)先編碼電路停止工作，選手門(mén)不能繼續(xù)搶答。搶答定時(shí)時(shí)間LED數(shù)字顯示器顯示時(shí)間為“0”。 原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555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、74L

5、S48譯碼電路和2個(gè)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(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路74LS48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。74192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，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(kāi)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DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時(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(méi)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。 電路設(shè)計(jì)1、搶答電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)電

6、路如圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 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。 圖2工作過(guò)程：開(kāi)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（圖中5號(hào)端）0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于開(kāi)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(圖中4端) =1,七段顯示電路74LS48處于工

7、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(biāo)志端（圖中5號(hào)端），處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為CTR，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端），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。如有再次搶答需由主持人將S開(kāi)關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。74LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，表1為其功能表。表12、定時(shí)電路設(shè)計(jì)節(jié)目主持人根據(jù)搶答器的難易程度，設(shè)計(jì)一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)

8、，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖3。原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555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、74LS48譯碼電路和2個(gè)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(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路74LS48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。原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555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、74LS48譯碼電路和2個(gè)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(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)圖3由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提

9、供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開(kāi)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DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時(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(méi)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。結(jié)合我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)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。3、報(bào)警電路設(shè)計(jì)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)揚(yáng)聲器發(fā)聲。控制電路包括時(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。 主持人閉合開(kāi)關(guān)揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,多路搶答器電

10、路和計(jì)時(shí)電路進(jìn)入正常狀態(tài); 參賽者按鍵時(shí) ,揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,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 ,揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作圖44、時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能。1) 主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。2) 當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。圖53) 當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，定時(shí)和定時(shí)電路停止工作。根據(jù)上面的功能要求，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如（圖5）所示。圖中，門(mén)G1 的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門(mén)G2的作用是控制

11、74LS148的輸人使能端 。圖11、4的工作原理是：主持人控制開(kāi)關(guān)從清除位置撥到開(kāi)始位置時(shí)，來(lái)自于（圖2）中的74LS279的輸出 1Q=0，經(jīng)G3反相， A1，則時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，則“定時(shí)到信號(hào)”為 1，門(mén)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(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，1Q1，經(jīng) G3反相， A0，封鎖 CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門(mén)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(shí)時(shí)間到時(shí)，則“定時(shí)到信號(hào)”為0， =1，74LS

12、148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)， 門(mén)G1處于關(guān)門(mén)狀態(tài)，封鎖 CP信號(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)（功能3）的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間。五、調(diào)試在通電之前必須對(duì)照原理圖對(duì)線路進(jìn)行詳細(xì)的檢查，這是非常重要的一點(diǎn)，如果有連接錯(cuò)誤的地方須及時(shí)糾正。調(diào)試可以分為兩大步進(jìn)行：1、 分塊調(diào)試將整個(gè)電路劃分為搶答電路和計(jì)時(shí)電路兩大塊，先測(cè)試搶答電路，開(kāi)關(guān)處于清除端，通電后代表選手編號(hào)的顯示器是滅的，然后將開(kāi)關(guān)撥向開(kāi)始搶答，顯示器仍是滅的，閉合代表選手的其中一個(gè)開(kāi)關(guān)，顯示器顯示選手編號(hào)，斷開(kāi)此開(kāi)關(guān)再閉合其他任意開(kāi)關(guān)，顯示器仍顯示剛才的數(shù)字則表明搶答電路正常；通電后代表計(jì)時(shí)的兩個(gè)顯示器顯示預(yù)置的時(shí)間20，開(kāi)關(guān)從清除端撥向開(kāi)始，然后顯示器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)時(shí)間顯示為00時(shí)停止計(jì)時(shí)則計(jì)時(shí)器正常。2、 整機(jī)聯(lián)調(diào)將整個(gè)電路連接好，接通電源，能達(dá)到預(yù)期的功能則表示整機(jī)工作正常，如果未能達(dá)到，則仍需進(jìn)行檢查調(diào)試。六、心得體會(huì)通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我的理論知識(shí)掌握得更扎實(shí)，動(dòng)手能力明顯提高。同時(shí)，通過(guò)網(wǎng)上搜索等多方面的查詢(xún)資料，我學(xué)到許多在書(shū)本上沒(méi)有的知識(shí)，也認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)踐的重要。在制作當(dāng)中遇到了許多以前沒(méi)遇到的困難。我們利用許多的方法去解決所遇到的問(wèn)題。我們