多路智力搶答器課程設(shè)計報告書

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告書課題名稱 多路智力搶答器姓 名 學(xué) 號 院、系、部專 業(yè)指導(dǎo)教師 2011年 07 月 01日 一、設(shè)計任務(wù)及要求：設(shè)計任務(wù)：多路智力搶答器電路設(shè)計。要 求： 1、設(shè)計一個多路智力搶答器，搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕s0 s7表示。2、給主持人設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)s，該開關(guān)由主持人控制。 3、搶答器具有鎖存與顯示功能。4、搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。5、參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答，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的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6、如果定時搶答的時間

2、已到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)進(jìn)行短暫的報警，并鎖存輸入電路，禁止選手超時后搶答，定時顯示器顯示00.指導(dǎo)教師簽名： 2011年 月 日 二、指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師簽名： 2011 年 月 日 三、成績 驗收蓋章 2011年 月 日 多路智力搶答器的設(shè)計1 設(shè)計目的（1）學(xué)習(xí)數(shù)字電路中的優(yōu)先編碼器，鎖存器，計數(shù)器，時序控制電路，多諧振蕩器等單元電路的綜合運用。（2）掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。（3）了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。（4）了解數(shù)字搶答器的組成及工作原理。（5）熟悉數(shù)字搶答器的設(shè)計與制作。2 設(shè)計思路（1） 設(shè)計出總體的原理框圖（2） 設(shè)計框圖中的部分單元，搶答電路、定時電路、時序控

3、制電路。（3） 分析單元應(yīng)具有的功能以及應(yīng)用哪些元器件（4） 對設(shè)計的電路進(jìn)行仿真測試，調(diào)整與測試。3 設(shè)計過程 3.1方案論證定時搶答器的總體框圖如圖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。如圖所示：選手搶答按鈕主持人控制開關(guān)秒脈沖產(chǎn)生優(yōu)先編碼電路時序控制電路定時電路譯碼顯示鎖存功能譯碼顯示報警電路 圖3-1 多路智力搶答器的原理框圖它的工作原理：圖1所示的定時搶答器的工作過程是：接通電源時，節(jié)目主持人將開關(guān)置“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)

4、，編號顯示器滅燈，定時顯示器顯示，設(shè)定的時間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開始”，同時將控制開關(guān)撥到“開始”位置，揚聲器給出聲響提示，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，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，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，搶答器要完成以下四項工作： 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，然后由譯碼顯示電路顯示編號； 揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意； 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；控制電路要使定時器停止工作，時間顯示器上顯示剩余的搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問題回答完畢，

5、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3.2電路設(shè)計1、搶答電路 圖3-2數(shù)字搶答電路及其仿真電路工作原理：該電路完成兩個功能：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；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)s置于清除端時，rs觸發(fā)器的 端均為，個觸發(fā)器輸出置，使74ls148的 ，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)s置于開始時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時（如按下s5），74ls148的輸出 經(jīng)rs鎖存后，1q=1, =1,74ls48處于工作狀態(tài)，qqq=101,經(jīng)譯碼顯示為。此外，1，使74ls148 ，處于禁止?fàn)顟B(tài)，

6、封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，74ls148的 此時由于仍為，使 ，所以74ls148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出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開關(guān)重新?lián)艿健扒宄缓笤龠M(jìn)行下一輪搶答。74ls148為線線優(yōu)先編碼器。74ls148的功能真值表2、定時電路 a b圖4-2可預(yù)定時間的定時的電路（a）及其仿真圖(b)工作原理：待添加的隱藏文字內(nèi)容3如圖所示，分為兩個部分，一是秒脈沖，由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩電路，根據(jù)公式振蕩周期為t=0.7（r1+2r2）c，可計算出該振蕩器的振蕩周期為1秒，由于是矩形脈沖，所以一個周期內(nèi)發(fā)光二極管會發(fā)一次光。另一部

7、分是可預(yù)置時間的減計數(shù)器，對于預(yù)置端可以采用十進(jìn)制8421bcd碼設(shè)置，當(dāng)555振蕩器發(fā)出一個脈沖時，74ls192的cp-端就接受一個信號，在cp脈沖的上升沿預(yù)置數(shù)就開始自減，當(dāng)各位減少到0時，bo2就會輸出一個負(fù)脈沖，cp2-就會開始減少1，然后74ls192二開始再自減1，直到預(yù)置數(shù)最后變成00，最后在bo2輸出一個周期的負(fù)脈沖。在時間未到時，bo2一直到是輸出正脈沖，除非最后變成00時，才會輸出負(fù)脈沖，這就可以作為定時到的信號，如果是時間到了，輸出是零，時間不到，輸出是1。另外，假如有選手按鍵的話，則最后不會計數(shù)器不會因為自減為00而最后輸出負(fù)脈沖，而是應(yīng)為秒脈沖輸出與1q的非相與后當(dāng)

8、作脈沖輸入74ls192的。當(dāng)沒有選手按鍵時，1q的非為0，所以cp脈沖就會停止輸入，時間就會停止，所顯示的時間就是該選手搶答的時間，但此時的定時到信號還是1。定時部分電路仿真圖如下，又555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器輸出頻率為1hz，作為計數(shù)器的脈沖源，定時顯示可實現(xiàn)30秒定時，此部分設(shè)計成功。圖 脈沖發(fā)生電路部分仿真圖3、報警電路圖4-3報警電路工作原理：該報警電路有555定時器和三極管構(gòu)成，有555定時器構(gòu)成一個多諧振蕩器，其輸出信號可以經(jīng)三極管推動揚聲器。pr為控制信號，當(dāng)pr為高電平時，4端接高電平，振蕩器正常工作，當(dāng)為低電平時，振蕩器停止工作，不會發(fā)聲。因為來一個高電平是該報警電路會發(fā)

9、聲，但是只有在一個周期內(nèi)發(fā)聲，這個周期非常短，只是多諧振蕩器的一個周期，只有一秒鐘，所以中間需要加一個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，根據(jù)555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能原理，這樣可以延長這個周期，是發(fā)聲信號加長，該定時器用到的電阻是30 k，電容是100uf，根據(jù)公式計算得到的周期是3秒。圖 多諧振蕩器仿真圖4、時序控制電路圖4-4時序控制電路工作原理：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，搶答電路和定時電路進(jìn)行正常搶答工作狀態(tài)。 當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(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 根據(jù)上面的功能要求以及各圖所示，圖中，門g1 的作用

10、是控制時鐘信號cp的放行與禁止，門g2的作用是控制74ls148的輸人使能端 。圖八的工作原理是：主持人控制開關(guān)從清除位置撥到開始位置時，來自于圖六中的74ls279的輸出 1q=0，經(jīng)g3反相， a1，則時鐘信號cp能夠加到74ls192的cp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，則定時到信號為 1，門g2的輸出st =0，使 74ls148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，1q1，經(jīng) g3反相， a0，封鎖 cp信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門g2的輸出 st=1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當(dāng)定時時間到

11、時，則定時到信號為0，1q =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，從而實現(xiàn)功能的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74ls121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間，其工作原理如下：當(dāng)主持人將開關(guān)撥到開始鍵時，s信號從0變成1，是上升的，但是定時到信號還是1，yex由于74ls148已經(jīng)開始工作所以為0，所以根據(jù)74ls121功能表可以看到pr會有一個高電平輸出，所以揚聲器就會發(fā)出聲音。在最后結(jié)束時候，如果沒有選手按鍵但是時間已經(jīng)結(jié)束，這時候s是1，yex因為沒有選手按鍵而為1，而又因為定時到信號而又有一個負(fù)脈沖輸入，所以pr

12、會輸出一個正脈沖，從而使揚聲器發(fā)聲。假如有選手按鍵，yex會從1變成0，定時到信號還是1，所以最后也會有一個正脈沖輸出，揚聲器也會發(fā)生的。圖 邏輯控制電路仿真整體電路仿真整體仿真圖如圖，可實現(xiàn)如下功能：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?fàn)顟B(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)，宣布開始搶答器工作。定時器倒計時30秒，揚聲器給出聲響提示。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(dāng)一輪搶答之后，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)。圖 整體電路仿真圖5主要儀器與設(shè)備1.

13、數(shù)字實驗箱。2. 集成電路74ls148 1片，74ls279 1片，74ls48 3片，74ls192 2片，ne555 2片，74ls00 1片，74ls121 1片。3. 電阻 510 2只，1k 9只，4.7k l只，5.1k l只，100k l只，10k 1只， 15k 1只， 68k l只。4. 電容 0.1uf 1只，10uf 2只，100uf 1只。5. 三極管 3dg12 1只。6. 其它：發(fā)光二極管2只，共陰極顯示器3只6設(shè)計體會與建議 6.1設(shè)計體會第一次做課程設(shè)計，開始很迷茫，不知道從哪里開始，對于自己的學(xué)的模電和數(shù)點都是一些最基礎(chǔ)的知識，無從下手，不知所措，剛開始對于

14、多路智能搶答器只是稍微了解，查了一下有關(guān)搶答器的相關(guān)知識，自己對于這個搶答器做了簡單的分析，做了一個大致的框圖，再把每一個框圖的功能分析清楚，然后再逐個的進(jìn)行單元分析，分析各個單元要用什么器件，選好了各個單元的器件后，開始自己的設(shè)計組裝工作，連線是一個最重的步驟，一個連線錯誤導(dǎo)致全部出錯，在自己組裝連線的時候嘗試的數(shù)十次，最后才連接成功，連接成功后在嘗試自己的仿真工作，在仿真的過程中，發(fā)現(xiàn)很多問題，需要個個的調(diào)試，逐個的排除，最后仿真成功，測試成功的瞬間終于體會到了什么叫成就感，讓自己有了信息，讓自己對于設(shè)計充滿了興趣，只要自己肯做，總之，這次課程設(shè)計讓我知道了，努力就有希望，一切皆有可能。 6.2對設(shè)計的建議課程設(shè)計是每個學(xué)習(xí)電子技術(shù)的必備基礎(chǔ)技能，但是對于一個初學(xué)者，對于一個初次課程設(shè)計的新手是很迷茫的，不知道自己到底從哪里下開始，萬事開頭難，老師是一位引路人，所以老師的指引是很重要的，對于課程設(shè)計，我想我們應(yīng)該提前給課程設(shè)計下一