八路智力定時(shí)搶答器設(shè)計(jì)

1、目錄1 緒論12 設(shè)計(jì)方案22.1 設(shè)計(jì)方案的選擇22.2 設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)原理42.3 單元電路的設(shè)計(jì)52.3.1搶答器部分電路設(shè)計(jì)52.3.2 報(bào)警電路設(shè)計(jì)92.3.3 定時(shí)電路設(shè)計(jì)102.3.4 秒脈沖設(shè)計(jì)122.3.5 控制部分電路132.4 總體設(shè)計(jì)153 設(shè)計(jì)結(jié)果的仿真驗(yàn)證183.1 部分電路的仿真183.2 總體電路的仿真194 設(shè)計(jì)方案的論證205 設(shè)計(jì)器件清單206 功能擴(kuò)展227 設(shè)計(jì)體會(huì)22參考文獻(xiàn)24 1 緒論智力競(jìng)賽是一種生動(dòng)活潑的教育方式，而搶答就是智力競(jìng)賽中非常常見(jiàn)的一種答題方式。搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時(shí)間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學(xué)知識(shí)和生

2、活常識(shí)。但是，在這類(lèi)比賽中，對(duì)于誰(shuí)先誰(shuí)后搶答，在何時(shí)搶答，如何計(jì)算答題時(shí)間等等問(wèn)題，若是僅憑主持人的主觀判斷，就很容易出現(xiàn)誤判。所以，我們就需要一種具備自動(dòng)鎖存，置位，清零等功能智能搶答器來(lái)解決這些問(wèn)題。在本次課程設(shè)計(jì)中，將主要設(shè)計(jì)一個(gè)供八人使用的定時(shí)搶答器。他要實(shí)現(xiàn)以下主要功能：（1）為8位參賽選手各提供一個(gè)搶答按鈕，分別編號(hào)S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；（2）主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開(kāi)始；（3）搶答器要有數(shù)據(jù)鎖存與顯示的功能。搶答開(kāi)始后，若有任何一名選手按動(dòng)搶答按鈕，則要顯示其編號(hào)至系統(tǒng)被主持人清零，并且揚(yáng)聲器發(fā)生提示，同時(shí)其他人再按對(duì)應(yīng)按鈕無(wú)效；（4）搶答器要有自

3、動(dòng)定時(shí)功能，并且一次搶答時(shí)間由主持人任意設(shè)定。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，定時(shí)器自動(dòng)減計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示。同時(shí)揚(yáng)聲器上發(fā)出短暫聲響；（5）參賽選手只有在設(shè)定時(shí)間內(nèi)搶答方為有效搶答。若搶答有效，則定時(shí)器停止工作，并且顯示搶答開(kāi)始時(shí)間直到系統(tǒng)被清零；（6）若設(shè)定時(shí)間內(nèi)無(wú)選手進(jìn)行搶答（按對(duì)應(yīng)按鈕），則系統(tǒng)短暫報(bào)警，并且禁止選手超時(shí)搶答，定時(shí)器上顯示00。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(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開(kāi)關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過(guò)定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。利用本

4、次設(shè)計(jì)出的電路制造成的定時(shí)搶答器，即可輕松實(shí)現(xiàn)在8人或8個(gè)代表隊(duì)之間進(jìn)行的搶答比賽中進(jìn)行控制，使得這一活動(dòng)更加趣味、公平。2 設(shè)計(jì)方案2.1 設(shè)計(jì)方案的選擇一般來(lái)說(shuō)，要設(shè)計(jì)八路智力定時(shí)搶答器，可以有兩種不同的方案來(lái)進(jìn)行。其一是各路選手搶答后產(chǎn)生的高低電平直接經(jīng)過(guò)優(yōu)先編碼電路，然后經(jīng)過(guò)鎖存器（CD4019）、譯碼電路到七段數(shù)碼顯示器同時(shí)，由秒脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的秒脈沖驅(qū)動(dòng)定時(shí)電路工作，主持人開(kāi)關(guān)通過(guò)控制電路來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)整體電路的調(diào)節(jié)；本類(lèi)定時(shí)搶答器的總體方框圖如圖1所示。 圖1 方案1的總體設(shè)計(jì)框圖同時(shí)，我們也可以將搶答按鈕與鎖存器相連，使得輸入鎖存器（74LS373）的是直接各位選手的高低電平，而非

5、經(jīng)過(guò)優(yōu)先編碼后的BCD碼。然后經(jīng)優(yōu)先編碼、譯碼電路后顯示在數(shù)碼管上；同時(shí)，由主持人開(kāi)關(guān)及其他部分的線路通過(guò)門(mén)電路實(shí)現(xiàn)對(duì)搶答電路和定時(shí)電路的控制；本種方案的設(shè)計(jì)框圖如圖2所示：對(duì)比以上兩圖可知，第二種方案更為簡(jiǎn)便直觀一些。他省去了用專(zhuān)門(mén)的芯片控制電路部分，僅用幾個(gè)TTL門(mén)即可實(shí)現(xiàn)主持人對(duì)整個(gè)電路的控制，并且解決了方案1的中不足：如不易實(shí)現(xiàn)主持人、選手和定時(shí)器三部分的報(bào)警提示問(wèn)題，還有用集成觸發(fā)器來(lái)代替單穩(wěn)態(tài)部分電路，用現(xiàn)有芯片來(lái)取代自己設(shè)計(jì)，既實(shí)現(xiàn)了預(yù)期功能，又減少了布線，使得錯(cuò)誤產(chǎn)生的概率大大降低。綜上所述，我們選擇方案2來(lái)繼續(xù)我們的設(shè)計(jì)。圖2 方案2的總體設(shè)計(jì)電路圖2.2 設(shè)計(jì)思想與設(shè)計(jì)原理

6、它由搶答部分電路、定時(shí)部分電路、報(bào)警電路、秒脈沖產(chǎn)生電路幾部分組成。搶答部分電路完成基本的搶答功能，即搶答開(kāi)始后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(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。定時(shí)部分電路的主要功能是完成定時(shí)搶答，即主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，定時(shí)器自動(dòng)減計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示當(dāng)前時(shí)間。賽選手只有在設(shè)定時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)定時(shí)器停止工作，并且顯示搶答開(kāi)始時(shí)間等。其工作原理為：接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到清零狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人宣布搶答題目后，說(shuō)一聲“搶答開(kāi)始”，同時(shí)將控制開(kāi)關(guān)置“開(kāi)始狀態(tài)。此時(shí)，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲

7、響提示。若定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)。系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵位進(jìn)行搶答時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：1）.優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)；2）.揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響提示，提醒節(jié)目主持人注意；3）.控制電路要對(duì)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制電路要使定時(shí)器停止工作，定時(shí)顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問(wèn)題）.控回答完畢，主持人操作控制開(kāi)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。2.3 單元電路的設(shè)計(jì)在本次設(shè)計(jì)中，要進(jìn)行以下幾個(gè)單元電

8、路的設(shè)計(jì)：第一，搶答部分電路；第二，秒脈沖產(chǎn)生電路；第三，定時(shí)部分電路；第四，報(bào)警部分電路；第五，時(shí)序控制電路等。以下的篇幅將對(duì)上述電路分別進(jìn)行設(shè)計(jì)及原理闡述。2.3.1搶答器部分電路設(shè)計(jì)搶答部分電路的功能主要有兩個(gè)：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(hào)，供譯碼顯示電路用，并且經(jīng)過(guò)譯碼，在數(shù)碼顯示器上顯示出對(duì)應(yīng)選手的編號(hào)；二是實(shí)現(xiàn)鎖存，使其他選手的按鍵操作無(wú)效。本次設(shè)計(jì)選用八D鎖存器74LS373、8-3優(yōu)先編碼器74LS148，譯碼器7448和七段數(shù)碼顯示器幾個(gè)芯片完成上述功能。74LS373片內(nèi)是8八個(gè)輸出帶三態(tài)門(mén)的D鎖存器，其結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。當(dāng)使能端G成高電平時(shí)，鎖存

9、器中的內(nèi)容可以更新，而在返回低電平瞬間實(shí)現(xiàn)鎖存。如此時(shí)芯片的輸出控制端為低，也即輸出三態(tài)門(mén)打開(kāi)，鎖存器中的地址信息便可經(jīng)由三態(tài)門(mén)輸出。其結(jié)構(gòu)原理如圖2所示：圖2 74LS373的結(jié)構(gòu)原理圖其功能表如表1所示表1. 芯片74LS373的功能表輸出控制端OC使能端CD輸出LHHHLHLLLLQ0HZ74LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，即8個(gè)信號(hào)輸入端，3個(gè)信號(hào)輸出端。此外，還設(shè)置了輸入使能端，輸出使能端和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志。表2為其功能表表2 74LS148的功能真值表表3 7448功能表芯片7448為七段顯示譯碼器，輸出高電平有效，用以驅(qū)動(dòng)共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器該集成譯碼器設(shè)有多個(gè)輔助

10、控制端，以增強(qiáng)器件的功能。其功能表如表3所示在這里，我們選用與7448對(duì)應(yīng)的共陰極七段數(shù)碼顯示器。其功能表如表4所示表4 共陰極數(shù)碼顯示器的功能表十進(jìn)制DCBAabcdefg000001111110100010110000200101101101300111111001401000110011501011011011601100011111701111110000810001111111910011110011基于以上對(duì)各種芯片的原立及應(yīng)用的介紹，我們?cè)O(shè)計(jì)出搶答器部分電路圖如下圖3所示其工作原理是：當(dāng)任意一路搶答器按下按鈕時(shí)，八D鎖存器74LS373工作，與輸入端相對(duì)應(yīng)的輸出端輸出為低電平，則

11、鎖存器輸出的低電平經(jīng)8-3八位優(yōu)先編碼器74LS148編碼輸出的A0-A2為與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的三位二進(jìn)制碼，而優(yōu)先編碼器74LS48的輸出使能端輸出電平由低變高，輸入到七段譯碼器7448。7448的輸入二進(jìn)制碼在其最高位接地（置零）時(shí)，輸出范圍為十進(jìn)制數(shù)0-7, 并與搶答按鈕的編號(hào)一一對(duì)應(yīng)，所以起到了我們預(yù)期的第一個(gè)功能，即分辨優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用，并且經(jīng)過(guò)譯碼，在數(shù)碼顯示器上顯示出對(duì)應(yīng)選手的編號(hào)；同時(shí)，在優(yōu)先編碼器工作時(shí)，其輸出使能端為高電平，將其連接到鎖存器74LS373的控制端口，使其有低電平變?yōu)楦唠娖剑i存器停止工作，此時(shí)，其他選手再進(jìn)行按鍵鎖存器也不再有輸出。從而實(shí)現(xiàn)了

12、預(yù)期的第二個(gè)功能，即實(shí)現(xiàn)鎖存，使其他選手的按鍵操作無(wú)效。圖3 搶答部分電路2.3.2 報(bào)警電路設(shè)計(jì)由555定時(shí)器構(gòu)成的報(bào)警電路如圖4所示圖4 報(bào)警部分電路其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率f=1.43/(R1+2*R2)*C1,其輸出信號(hào)經(jīng)三極管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。當(dāng)輸入端為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。2.3.3 定時(shí)電路設(shè)計(jì)節(jié)目主持人可根據(jù)搶答題的難以程度，來(lái)設(shè)定某一次搶答的時(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?？深A(yù)置時(shí)間的電路選用可由兩片十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74Ls192、譯碼器7448、氣短數(shù)碼顯示管來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)。其中，兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)

13、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。74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，具備雙時(shí)鐘輸入，同時(shí)具備清零和置位功能。其管腳圖如圖5所示：圖5 74LS192管腳圖其邏輯符號(hào)如圖6所示：圖

14、6 74LS192管腳圖其中，D0、D1、D2、D3置數(shù)并行數(shù)據(jù)輸入；Q0、Q1、Q2、Q3計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)輸出；CR清零端；LD置數(shù)端；CPu 加法計(jì)數(shù)CP輸入；CPd 減法計(jì)數(shù)CP輸入；CO進(jìn)位輸出端；BO借位輸出端；其功能表如表5所示：表5 74LS192的功能表七段數(shù)碼顯示譯碼器7448的原理及功能如第一部分設(shè)計(jì)搶答電路時(shí)所述。根據(jù)以上原理，我們可以設(shè)計(jì)出定時(shí)部分電路圖如圖7所示圖7 置數(shù)60的定時(shí)部分電路圖 2.3.4 秒脈沖設(shè)計(jì)在本設(shè)計(jì)電路中，要進(jìn)行準(zhǔn)確計(jì)時(shí)，就必須為定時(shí)部分電路提供一個(gè)精確的輸入脈沖。為了使數(shù)碼顯示器上顯示的時(shí)間遞減周期與日常時(shí)間對(duì)應(yīng)，我們?cè)诖嗽O(shè)計(jì)一個(gè)能夠產(chǎn)生周期為1秒的

15、脈沖電路，作為定時(shí)部分電路的脈沖。下面具體說(shuō)明一下標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖產(chǎn)生電路的原理。結(jié)合圖8，圖中電容C的放電時(shí)間和充電時(shí)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(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。 圖8 標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖產(chǎn)生電路2.3.5 控制部分電路控制部分電路是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在。有了搶答電路，有了定時(shí)電路，有了報(bào)警電路，有了脈沖產(chǎn)生電路，我們還需要一個(gè)能將以上各個(gè)電路連結(jié)起來(lái)發(fā)揮總體效應(yīng)的控制電路。結(jié)合本次設(shè)計(jì)，控制電路要實(shí)現(xiàn)以下幾個(gè)功能：首先，主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到開(kāi)始位置時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)

16、入正常搶答工作狀態(tài)，并且揚(yáng)聲器要發(fā)聲提示。此時(shí)，對(duì)應(yīng)選手編號(hào)的顯示器上無(wú)顯示，而對(duì)應(yīng)定時(shí)電路部分的顯示器上則要顯示主持人設(shè)定的時(shí)間并開(kāi)始遞減；其次，當(dāng)任一選手或代表隊(duì)按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，揚(yáng)聲器要發(fā)聲，并且搶答電路和定時(shí)電路停止工作。此時(shí)，搶答部分電路的顯示器上顯示對(duì)應(yīng)選手或代表隊(duì)的編號(hào)，而定時(shí)部分電路的顯示器上則是顯示選手按動(dòng)按鈕（即開(kāi)始搶答）的時(shí)間；另外，當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間已經(jīng)結(jié)束卻無(wú)人搶答時(shí)，定時(shí)部分顯示器上顯示00，同時(shí)揚(yáng)聲器自動(dòng)報(bào)警，表示此次搶答無(wú)效。此時(shí)，主持人可通過(guò)通過(guò)置位按鈕將顯示器上數(shù)據(jù)顯示為設(shè)定的數(shù)據(jù)。這部分的控制電路比較簡(jiǎn)單?？赏ㄟ^(guò)幾個(gè)門(mén)電路實(shí)現(xiàn)。另外就是對(duì)報(bào)警電路的控制，主要是

17、對(duì)輸入脈沖的脈寬即脈沖周期亦即揚(yáng)聲器的響聲持續(xù)時(shí)間進(jìn)行控制。在這里我們選用不可重復(fù)觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121。此觸發(fā)器在進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)期間，若有觸發(fā)脈沖作用，電路的工作狀態(tài)不受其影響，只有當(dāng)電路的暫穩(wěn)態(tài)結(jié)束后，輸入觸發(fā)脈沖才會(huì)影響電路狀態(tài)。電路的輸出脈寬由R、C等參數(shù)決定。其引腳圖如圖8所示，邏輯符號(hào)如圖9所示：74LS121集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器有3個(gè)出發(fā)輸入端，分別為A1、A2、B。其功能表如表7所示表6 74121功能表A1A2BQQLHLHLHLHLLHHHLHHHHHHLL單穩(wěn)電路的定時(shí)取決于定時(shí)電阻和定時(shí)電容的數(shù)值。74121的定時(shí)電容連接在芯片的10、11引腳之間。若輸出脈沖寬度較寬，

18、而采用電解電容時(shí)，電容C的正極接在Cext輸入端。采用外接定時(shí)電阻時(shí)，9腳應(yīng)懸空，電阻接在11、14腳之間。74121的輸出脈沖寬度Tw0.7RC通常R的數(shù)值范圍為2k40 k，C的數(shù)值范圍為10pF1000F。所以此部分電路圖如圖10所示：圖11 74121構(gòu)成的控制電路我們欲設(shè)計(jì)的搶答器中揚(yáng)聲器發(fā)聲時(shí)間為0.5秒。所以令 Tw=0.7*R*C=0.5，并取R=10k，則有C=71F ，此時(shí)，121單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器產(chǎn)生脈沖的脈寬為0.5s，激勵(lì)揚(yáng)聲器發(fā)聲時(shí)間為0.5s。到此時(shí)為止，我們的搶答部分電路，報(bào)警部分電路，定時(shí)部分電路，秒脈沖生成部分電路，控制部分電路都已設(shè)計(jì)完畢。2.4 總體設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)以

19、上分析，我們將各部分電路連接，并加以適當(dāng)控制，即得到了八位定時(shí)搶答器的總體電路圖。如圖11所示：其工作原理是：八位選手編號(hào)分別為0、1、2、3、4、5、6、7，對(duì)應(yīng)按鈕分別為S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；首先主持人根據(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D、C、B、A四個(gè)管腳的高低電平來(lái)進(jìn)行（例如要設(shè)定時(shí)間為60s,就將十位的192的D、C、B、A分別置位為0、0，而將各位的192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，此高電平分為三路：一路輸出到集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121的輸入端

20、，使其產(chǎn)生單個(gè)周期為0.5S的脈沖，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出聲響，即實(shí)現(xiàn)了發(fā)聲提示的功能；另一路輸出到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C端；若沒(méi)有選手安東按鈕，則74LS373輸出全為高電平，74LS148也輸出高電平，E0端輸出低電平至7448的滅燈輸入/端，使得信號(hào)經(jīng)7448到顯示器上時(shí)無(wú)顯示；當(dāng)任意一路（設(shè)1）搶答器按下按鈕時(shí)，八D鎖存器74LS373工作，與輸入端相對(duì)應(yīng)的輸出端（1）輸出高電平，則鎖存器輸出的八位電平經(jīng)83八位優(yōu)先編碼器74LS148編碼輸出的A0A2成為與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的三位二進(jìn)制碼，而74LS148的管腳15（E0）的輸出電平由低變

21、高，輸出到七段譯碼顯示器74LS48的二進(jìn)制碼經(jīng)其譯碼后輸出到七段共陰數(shù)碼管上，則顯示器上顯示對(duì)應(yīng)的編號(hào)（1）。此時(shí)，7448的RI/RBO端輸出高電平，開(kāi)關(guān)出也輸出高電平，二者經(jīng)過(guò)與非門(mén)輸出低電平，經(jīng)過(guò)與門(mén)還是低電平輸出到鎖存器373的C端，起到所存功能，其他選手若再按動(dòng)對(duì)應(yīng)按鈕也無(wú)對(duì)應(yīng)輸出，即實(shí)現(xiàn)了搶答功能；同時(shí)，由于74LS148的E0段輸出高電平輸出到集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121的輸入端，使其產(chǎn)生單個(gè)周期為0.5S的脈沖，驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出聲響，即實(shí)現(xiàn)了發(fā)聲提示的功能；同時(shí)，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192的D

22、own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；當(dāng)選手回答完問(wèn)題后，主持人將開(kāi)關(guān)置于“清零”的位置，輸出低電平，也是分為三路：一路與74148的E0端（高）與非后變?yōu)楦唠娖捷敵龅?73的使能端C，使得鎖存器不再鎖存數(shù)據(jù)，此時(shí)，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192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)；若在定時(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，兩片74LS192的借位輸出端都輸出高電平，二者相與后輸出高電平到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的B端口，使其產(chǎn)生周期為0.5s的脈沖刺激報(bào)警電路發(fā)聲提示；綜上

23、可見(jiàn)，本次設(shè)計(jì)的八位定時(shí)搶答器實(shí)現(xiàn)了所有預(yù)定的功能，是一次成功的設(shè)計(jì)。3 設(shè)計(jì)結(jié)果的仿真驗(yàn)證按照總體電路圖在仿真軟件EWB上一一選擇芯片并進(jìn)行連接，然后啟動(dòng)開(kāi)關(guān)觀察。下面，我們分兩部分對(duì)設(shè)計(jì)出的電路進(jìn)行EWB仿真。我們將各部分電路在EWB上連接好后，為各個(gè)電阻和電容選取適當(dāng)值，為各個(gè)開(kāi)關(guān)設(shè)置好適當(dāng)?shù)逆I盤(pán)打開(kāi)數(shù)值（例如，為某一開(kāi)關(guān)設(shè)為1連接，則啟動(dòng)EWB仿真按鈕后，在鍵盤(pán)上按1則此開(kāi)關(guān)就由斷開(kāi)狀態(tài)變?yōu)檫B接狀態(tài)）然后打開(kāi)EWB的開(kāi)關(guān)，即可根據(jù)顯示器上顯示的數(shù)字以及小燈泡的亮滅情況來(lái)判斷電路設(shè)計(jì)是否成功。3.1部分電路的仿真按照各部分電路圖在EWB上練好后，開(kāi)始仿真。因限于篇幅，我將搶答部分和定時(shí)部

24、分電路的仿真現(xiàn)象的圖形都放在各部分的電路圖上。具體現(xiàn)象是：1）.搶答部分 閉合S0S7開(kāi)關(guān)，則顯示器上顯示對(duì)應(yīng)數(shù)字；2）.定時(shí)部分 若設(shè)初值為60，則顯示器上數(shù)字由60開(kāi)始隨秒倒計(jì)數(shù)；3）.報(bào)警部分 在輸入端接入高電平后，小燈泡閃了一下，表明有短暫的電流流過(guò)，即有脈沖輸入；4）.秒脈沖部分 在555的四腳接入高電平，則有脈沖輸出，用示波器仿真得到波形；因?yàn)镋WB尚沒(méi)有芯片74LS121和揚(yáng)聲器，我們就無(wú)法將以上而單元進(jìn)行仿真。但由于74LS121的功能比較明確，連線也比較簡(jiǎn)單，出錯(cuò)的幾率不大，所以可以在仿真時(shí)去掉這一塊。同時(shí)，揚(yáng)聲器可以一個(gè)燈泡代替。仿真現(xiàn)象如下圖13所示：圖13 秒脈沖部分仿

25、真現(xiàn)象3.2 總體電路的仿真按照電路圖連接好電路后。此時(shí)，三個(gè)顯示器上均無(wú)數(shù)字顯示。將主持人控制的開(kāi)關(guān)從0撥到1，則可以看到燈泡變亮（即為揚(yáng)聲器發(fā)聲），同時(shí)，定時(shí)部分電路工作，開(kāi)始從設(shè)定的數(shù)據(jù)倒計(jì)時(shí)（60、59、58、57.）。若倒計(jì)時(shí)至零還沒(méi)有選手對(duì)應(yīng)的按鈕按下的話，最終定時(shí)部分的顯示器上顯示00并且燈泡變亮（即為揚(yáng)聲器發(fā)聲）;若在倒計(jì)時(shí)的過(guò)程中，有一個(gè)選手（例如1）對(duì)應(yīng)的按鈕按下的話，則有三個(gè)現(xiàn)象產(chǎn)生：第一，搶答部分的顯示器上顯示對(duì)應(yīng)出對(duì)應(yīng)的編號(hào)（1），燈泡再次變亮，同時(shí)定時(shí)部分的顯示器上的數(shù)據(jù)停止計(jì)數(shù)不再變化（52）,此時(shí)，若有其他選手再次按動(dòng)對(duì)應(yīng)按鈕，則顯示器上無(wú)反應(yīng)，仍舊是第一個(gè)搶答

26、選手對(duì)應(yīng)的編號(hào)（1）然后，將主持人的開(kāi)關(guān)從1撥到0，則可以看到搶答部分的顯示器上無(wú)顯示，而對(duì)應(yīng)定時(shí)部分的顯示器上則顯示主持人設(shè)定的初始時(shí)間（60s）。以上仿真是在沒(méi)有芯片74LS121和揚(yáng)聲器的情況下進(jìn)行的。若按照電路圖連接，具備了上述兩個(gè)器件，則會(huì)在每次燈亮的時(shí)候，變?yōu)榫哂幸欢〞r(shí)間的響聲。以上事實(shí)說(shuō)明，本次八路智能搶答器的設(shè)計(jì)是成功的。4 設(shè)計(jì)方案的論證本次設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，我們從以下幾個(gè)方面進(jìn)行論證：第一，經(jīng)濟(jì)性，第二，實(shí)用性，第三，設(shè)計(jì)意義首先，從經(jīng)濟(jì)性方面拉看，我本次選取了眾多的74系列芯片，既有簡(jiǎn)單的門(mén)電路，如74LS00與非門(mén)，74LS04非門(mén)等等，也有復(fù)雜一點(diǎn)的中等規(guī)模集成電路，如7

27、4LS192十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，74LS373八D鎖存器等等，這些芯片與CD系列、MAX系列等等相比，在能滿(mǎn)足需要的同時(shí)，卻便宜許多；其次，從實(shí)用性來(lái)看，本次設(shè)計(jì)完全起到了一個(gè)八人搶答器所應(yīng)具備的所有功能，同時(shí)做適當(dāng)處理后也可適用于八人以下的比賽。完全可以用于學(xué)校、工廠以及電視臺(tái)等等機(jī)構(gòu)舉辦的各種搶答智力競(jìng)賽中去；再次，從設(shè)計(jì)意義上來(lái)看，本次設(shè)計(jì)對(duì)于鍛煉我們的水平，提高我們的動(dòng)手能力有很大的作用。本次用到的74系列芯片大多數(shù)都在我們的數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)一書(shū)中學(xué)過(guò)，所以設(shè)計(jì)起來(lái)難度就大大降低，增加了本次設(shè)計(jì)的趣味性與實(shí)用性，同時(shí)，對(duì)鞏固我們?cè)谡n堂所學(xué)的知識(shí)有重要意義。5 設(shè)計(jì)器件清單表8 元器件清單

28、序號(hào)編號(hào)名稱(chēng)數(shù)量說(shuō)明174LS373八D鎖存器1片工作電壓5V274LS1488線3線優(yōu)先編碼器1片工作電壓5V374LS48七段顯示譯碼器3片工作電壓5V474LS192十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器2片工作電壓5V574LS121非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1片工作電壓5V6NE555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2片工作電壓5V774LS00與非門(mén)1片工作電壓5V874LS08與門(mén)1片工作電壓5V974LS04非門(mén)1片工作電壓5V109013三極管1個(gè)用于報(bào)警電路11R110k1只連接121的11腳與地12R268k2只連接555的6與7管腳13R315k2只連接555的7與8管腳14R4100k1只連接555的3與三極管15

29、R550k1只連三極管發(fā)射極與地16C171uF1只連121的10與11腳17C210uF2只連555的2腳與地18C30.01uF2只連555的5與1腳19C4100uF1只用于發(fā)聲電路20S0S7彈片開(kāi)關(guān)8只供選手答題21S8單刀雙置開(kāi)關(guān)1只供主持人控制電路22Speaker蜂鳴器1只8，6V23DPY_7-SEG共陰極七段數(shù)碼顯示管3片顯示選手編號(hào)和計(jì)時(shí)6 功能擴(kuò)展本次設(shè)計(jì)的八位定時(shí)搶答器已可以完全起到一個(gè)八人搶答器所應(yīng)具備的所有功能，同時(shí)做適當(dāng)處理后也可適用于八人以下的比賽。完全可以用于學(xué)校、工廠以及電視臺(tái)等等機(jī)構(gòu)舉辦的各種搶答智力競(jìng)賽中去。但在現(xiàn)實(shí)生活中，為了滿(mǎn)足比賽的種種規(guī)則，例如

30、超前搶答者扣分等等，我們這里雖然能夠避免超前搶答帶來(lái)的各種影響，但是卻無(wú)法知道是哪位選手超前搶答。還有主持人說(shuō)“開(kāi)始”并不能與按“開(kāi)始”按鈕同步，所以也在客觀上對(duì)搶答選手造成了一定的影響。所以，要是能設(shè)計(jì)一個(gè)電路，讓二者同步，就是一個(gè)很好的解決方法，也能使比賽更公平，更合理。在本次設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，我經(jīng)過(guò)思考，想到了以下兩個(gè)解決方案，隨不一定正確適用，但還是可以帶來(lái)啟發(fā)思考。首先，另設(shè)一個(gè)與搶答部分電路類(lèi)似的電路，但使它能正常工作，不受主持人開(kāi)關(guān)限制，兩個(gè)鎖存器74LS373的八根輸入端分別對(duì)應(yīng)相連，即可實(shí)現(xiàn)顯示超前搶答者編號(hào)的功能；其次，可以設(shè)計(jì)聲控裝置，在主持人說(shuō)開(kāi)始時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成清零并開(kāi)始計(jì)時(shí)的功能。 當(dāng)然還有其他很多類(lèi)似的功能可供我們?nèi)ニ伎己驮O(shè)計(jì)，但由于時(shí)間和條件有限，很多思想和觀點(diǎn)也僅僅只限于想象，卻無(wú)法進(jìn)行實(shí)踐操作。但不能