電工與電子課程設(shè)計(jì)智力競(jìng)賽搶答器

1、 題目 智力競(jìng)賽搶答器 班級(jí) 12熱工（2）班 學(xué)號(hào) 201210610226 姓名 指導(dǎo) 時(shí)間 2013年12月20日 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)姓名 陳昱樺 班級(jí) 12熱工（2）班 指導(dǎo)老師 江老師 設(shè)計(jì)課題：智力競(jìng)賽搶答器 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求設(shè)計(jì)一個(gè)可容納8人參賽的數(shù)字式搶答器； （一）基本功能：1、 搶答器同時(shí)供8名選手比賽使用，分別用8個(gè)按鈕s0s7表示。2、 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān)s，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。3、 搶答器具有鎖存和顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，并在數(shù)碼管上顯示選手號(hào)碼。搶答實(shí)行優(yōu)先搶答，優(yōu)先鎖存的選手編號(hào)一直保存到主持人

2、將系統(tǒng)清除為止。 （二）擴(kuò)展功能：1、搶答器具有定時(shí)搶答功能，搶答時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)開(kāi)始鍵后定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的響聲，發(fā)光二極管燈亮。2、參賽選手在設(shè)定時(shí)間內(nèi)搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止，如果時(shí)間到無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并停止搶答，定時(shí)器上顯示00。設(shè)計(jì)步驟1、 查閱相關(guān)資料，開(kāi)始撰寫(xiě)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)；2、 先給出總體方案并對(duì)工作原理進(jìn)行大致的說(shuō)明；3、 依次對(duì)各部分分別給出單元電路，并進(jìn)行相應(yīng)的原理、參數(shù)分析計(jì)算、功能以及與其他部分電路的關(guān)系等等說(shuō)明；4、 列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單；5、 總

3、體電路的繪制及總體電路原理相關(guān)說(shuō)明；6、列出設(shè)計(jì)中所涉及的所有參考文獻(xiàn)資料。設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)字?jǐn)?shù)不得少于3000字。參考文獻(xiàn)1、呂思忠、施齊云.數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)【m】.哈爾濱工程大學(xué)出版社，20012、崔葛瑾.數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)【m】.同濟(jì)大學(xué)出版社，20053、王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì).第三版【m】.高等教育出版社，20054、范文兵.數(shù)字電子基礎(chǔ)技術(shù)【m】.清華大學(xué)出版社，2007目錄1、 總體方案與原理說(shuō)明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12、 搶答電路

4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23、 定時(shí)電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44、 時(shí)序控制電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、. . . . . . . . . . . .65、 總體電路原理相關(guān)說(shuō)明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76、 總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87、 元件清單. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98、 參考文獻(xiàn).

6、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109、 設(shè)計(jì)心得體會(huì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111、總體方案與原理說(shuō)明搶答器作為一種工具，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。本設(shè)計(jì)以多路智力競(jìng)賽搶答器為基本概念，從實(shí)際應(yīng)用出發(fā),利用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(eda)技術(shù),用數(shù)字、模擬電子器件設(shè)計(jì)具有擴(kuò)充功能的搶答器。該搶答器主要運(yùn)用到了編碼器，譯碼器和鎖存器：它采用7

7、4ls148來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答器的選號(hào)，采用74ls279芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)號(hào)碼的鎖存，采用74ls192實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制的減法計(jì)數(shù)，采用555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)來(lái)共同實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能。本題的根本任務(wù)是準(zhǔn)確判斷出第一搶答者的信號(hào)并將其鎖存。實(shí)現(xiàn)這一功能可選擇使用觸發(fā)器或鎖存器等。在得到第一信號(hào)之后應(yīng)立即將電路的輸入封鎖，即使其他組的搶答信號(hào)無(wú)效。同時(shí)還必須注意，第一搶答信號(hào)應(yīng)該在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。當(dāng)電路形成第一搶答信號(hào)之后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答者的組別，也可以用發(fā)光二極管直接指示出組別。在主持人沒(méi)有按下開(kāi)始搶答按鈕前，參賽者的搶答開(kāi)關(guān)無(wú)效；當(dāng)主持人按下開(kāi)始搶答按鈕后，開(kāi)始進(jìn)行30秒倒計(jì)時(shí)，

8、此時(shí)，若有組別搶答，顯示該組別并使搶答指示燈亮表示“已有人搶答”；當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到，仍無(wú)組別搶答，則計(jì)時(shí)指示燈滅表示“時(shí)間已到”，主持人清零后開(kāi)始新一輪搶答?？傮w框圖如下： 圖【一】總體方案與原理說(shuō)明2、搶答電路此部分電路使用優(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。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0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)s置于開(kāi)始

9、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=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，ctr1，使74ls148優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端，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ctr1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端1，5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。只要有一組選手先按下?lián)尨鹌鳎蜁?huì)將編碼器鎖死，不再對(duì)其他組進(jìn)行編碼。通過(guò)74ls48譯碼器使搶答組別數(shù)字顯示0-7。如有再次搶答需由主持人

10、將s開(kāi)關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。原理圖如下：圖【二】搶答電路3、定時(shí)電路該部分主要由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。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。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555定時(shí)器提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開(kāi)

11、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)，直接鎖住電路選手搶答無(wú)效。原理圖如下：圖【三】定時(shí)電路圖【二】圖【二】4、時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如（圖4）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74ls148的輸人使能端。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“

12、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（1）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（2）的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則“定時(shí)到信號(hào)”為0，門(mén)g2的輸出=1，74ls148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。原理圖如下：圖【三】時(shí)序控制電路5、總體電路原理相關(guān)說(shuō)明首先是各個(gè)選

13、手分別對(duì)應(yīng)的按鈕編號(hào)是s0、s1、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(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)清零，將開(kāi)關(guān)置于“清零”的位置，輸出低電平，分為兩路：一路與鎖存器的1r2r3r4r端相連，使輸出端1q2q3q4q為低電平，1q所輸出的低電平經(jīng)與門(mén)反饋給74ls148的ei端子，編碼器不工作，因此搶答部分顯示器滅燈無(wú)顯示，實(shí)現(xiàn)了清零；另一路低電平輸出到計(jì)數(shù)器74ls192的ld端，而cr端也是低電平，所以使得對(duì)應(yīng)顯示器輸出預(yù)置的數(shù)據(jù)。接下來(lái)主持人根據(jù)題目的難易程度設(shè)置搶答時(shí)間，此設(shè)定可以通過(guò)調(diào)節(jié)輸入兩片74ls192的四個(gè)輸入端d、c、b

14、、a的高低電平來(lái)進(jìn)行（例如要設(shè)定時(shí)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(dāng)主持人宣讀完題目說(shuō)“開(kāi)始”并將開(kāi)關(guān)置于“開(kāi)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(kāi)始減計(jì)數(shù)；還有一路輸出到鎖存器的r端。當(dāng)任意一個(gè)選手搶答時(shí)，例如3號(hào)搶答時(shí)，74ls148三號(hào)端子輸入低電平有效，此時(shí)gs為低電平有效，表征編碼器在正常工作。編碼輸出a2a1a0為100，與其對(duì)應(yīng)的4s3s2s為100，經(jīng)74ls279鎖存，4q3q2q輸出為011，經(jīng)譯碼顯示編號(hào)為3。與此同時(shí)，

15、1q所輸出的高電平反饋回編碼器的是能輸入端，使其停止工作。此時(shí)，其他選手若再按動(dòng)按鈕也無(wú)對(duì)應(yīng)輸出，這就保證了搶答者優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。另一路，74ls148的gs端輸出電平由高變低，與秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖相與后輸出為0，使得無(wú)脈沖抵達(dá)計(jì)數(shù)器74ls192的down端。計(jì)數(shù)器停止工作，保持原來(lái)顯示不變，即實(shí)現(xiàn)了暫停減計(jì)數(shù)使其記錄搶答時(shí)間的功能。若沒(méi)有選手按動(dòng)按鈕，則74ls279輸出全為高電平，74ls148也輸出高電平，1q端輸出低電平至74ls48的滅燈輸入ri/rbo端，使得信號(hào)經(jīng)74ls48到顯示器上時(shí)無(wú)顯示；若到定時(shí)部分計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)到00還無(wú)選手按動(dòng)按鈕的話，十位74ls1

16、92的借位輸出端輸出高電平反饋回個(gè)位down端，停止計(jì)數(shù)。綜上所述，所設(shè)計(jì)的電路基本可以實(shí)現(xiàn)要求中的功能。6、總體電路原理圖7、元件清單序號(hào)名稱(chēng)備注數(shù)量1共陰數(shù)碼管 5v3個(gè)2譯碼器74ls483個(gè)3rs觸發(fā)器74ls2792個(gè)4優(yōu)先編碼器74ls1481個(gè)5可逆計(jì)數(shù)器74ls1922個(gè)6定時(shí)器5551個(gè)72輸入與非門(mén)74ls001個(gè)84輸入與非門(mén)74ls201個(gè)9電阻5001個(gè)10電阻1k1個(gè)11電阻16k1個(gè)12電阻60k1個(gè)13發(fā)光二極管2個(gè)14觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)8個(gè)15單刀雙擲開(kāi)關(guān)1個(gè)16電容電解電容（10f）1個(gè)17電容瓷片電容（0.01f）1個(gè)18導(dǎo)線若干參考文獻(xiàn)1、呂思忠、施齊云.數(shù)字電路

17、實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)【m】.哈爾濱工程大學(xué)出版社，2001.2、崔葛瑾.數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)【m】.同濟(jì)大學(xué)出版社，2005.3、王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì).第三版【m】.高等教育出版社，2005.4、范文兵.數(shù)字電子基礎(chǔ)技術(shù)【m】.清華大學(xué)出版社，2007.5、王港元.電工電子實(shí)踐指導(dǎo)【m】.江西科學(xué)技術(shù)出版社，2003.6、黃繼昌.電子元器件應(yīng)用手冊(cè)【m】.人民郵電出版社，2004.7、彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)【m】.高等教育出版社，1997.8、李士雄、丁康源.數(shù)字集成電子技術(shù)教程.高等教育出版社，2003.設(shè)計(jì)心得體會(huì)為期一周的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)結(jié)束，在這一周的學(xué)習(xí)，設(shè)計(jì)中，讓我對(duì)抽象的理論有了具體的認(rèn)識(shí)。通過(guò)本次這幾，我掌握了常用元件的識(shí)別和測(cè)試，了解了電路的連接方法。這次課程設(shè)計(jì)的電路是比較復(fù)雜的，在實(shí)驗(yàn)中，我也遇到了還不少問(wèn)題，在自己的不懈努力和同學(xué)的幫助下，都一一解決了，同時(shí)，經(jīng)過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，讓我對(duì)數(shù)電的邏輯功能有了更加深入的了解，對(duì)一些電工軟件有了一定的了解，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要反復(fù)實(shí)踐，學(xué)會(huì)如何建議自己的學(xué)習(xí)，提高自己的學(xué)習(xí)效率。這對(duì)我今后的學(xué)習(xí)和工作都是非常有意義的，這是自己含稅和智慧的結(jié)晶，收獲還是有的。通過(guò)這次練習(xí)我有了很多收獲，這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重