4人智力競賽搶答器的設計

1、2006級學生數(shù)字電路課程設計 一、設計任務及要求：設計任務：設計一個具有鎖存與顯示功能的4人搶答邏輯電路。要 求： 1. 搶答器同時供4名選手或4個代表隊比賽，分別用4個按鈕A D表示。每個參賽者控制一個按鈕，用按動按鈕發(fā)出搶答信號。2. 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關X，該開關由主持人控制。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。競賽開始后，先由主持人將控制開關撥到“開始”位置，然后先按動按鈕的參賽者將被顯示器顯示出來，此后其他三人參賽者再按動按鈕對電路不起作用。優(yōu)先搶答的參賽者編號將一直被顯示直至主持人將系統(tǒng)清零。指導教師簽名： 2008年07月06 日 二、指導教師評語：指導教師簽名： 200

2、8 年7月 日 三、成績 驗收蓋章 2008年 月 日 4人智力搶答器的設計1 設計目的（1）熟悉集成電路的引腳安排。（2）掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。（3）了解面包板結構及其接線方法。（4）了解數(shù)字搶答器的組成及工作原理。（5）熟悉數(shù)字搶答器的設計與制作。2 設計思路（1）設計搶答器電路。（2）設計可預置時間的定時電路。（3）設計報警電路。 （4）設計時序控制電路。3 設計過程 3.1方案論證數(shù)字搶答器總體方框圖如圖1所示：圖 1 數(shù)字搶答器框圖其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置于“開始”狀態(tài)，宣

3、布“開始”搶答器工作。定時器倒計時，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、揚聲器提示。當一輪搶答之后，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。3.2電路設計搶答器電路如圖2所示：圖2 數(shù)字搶答器電路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X置于“清除”端時，搶答器不工作，顯示器上顯示0。當開關X置于“開始”時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將鍵按下時（如按下A），經(jīng)D觸發(fā)器和a段譯

4、碼，顯示器上顯示為“A”。此外，電路禁止工作，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號“A”，確保不會出現(xiàn)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X開關重新置于“清除”然后再進行下一輪搶答。（注意：在進行下次搶答時，參賽者必須先手動將開關置于非輸入端，之后，主持人才能控制開關X置于“開始”端，等待參賽者進行搶答。） 由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。可預置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器74LS192進行設計。定時電路如圖3所示:圖 3 可預置時間的定時電路報警電路如圖4所示。由555定時器和三極

5、管構成的報警電路如圖4所示。其中555構成多諧振蕩器，振蕩頻率fo1.43/（RI2R2）C，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。圖 4 報警電路時序控制電路如圖5所示。時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能： 主持人將控制開關撥到“開始”位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態(tài)。 當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。 當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。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74LS14

6、8的輸人使能端。圖5的工作原理是：主持人控制開關從“清除”位置撥到“開始”位置時，來自圖 2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CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則“定時到信號”為 1，門G2的輸出=0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當選手在定時時間內(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=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當定時時間到時，則“定時到信號”為0，=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)

7、，禁止選手進行搶答。同時，門G1處于關門狀態(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。圖 5 時序控制電路4系統(tǒng)調試與結果（1）組裝調試搶答器電路。（2）可預置時間的定時電路，并進行組裝和調試。當輸人1Hz的時鐘脈沖信號時，要求電路能進行減計時，當減計時到零時，能輸出低電平有效的定時時間到信號。（3）調試報警電路。 （4）定時搶答器的聯(lián)調，注意各部分電路之間的時序配合關系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設計要求。主持人開關置于“開始”狀態(tài)，編號C參賽者優(yōu)先搶答的電路結果如圖6所示： 圖 6 編號C搶答結果主持

8、人將開關置于清零狀態(tài)時，系統(tǒng)清零的電路結果如圖7所示： 圖7 系統(tǒng)清零電路結果5主要儀器與設備數(shù)字電路實驗箱 或 EDA 軟件MAX PLUS集成電路 D觸發(fā)器-4片,74LS483片,74LS1922片， 74LS001片，NE5552片，74LS1211片,555組成的單穩(wěn)態(tài)電路一片。電 阻 5102只,4.7kl只，5.1kl只，100kl只，10k1只，15k1只， 68kl只。電 容 0.1uF1只，10 uF2只，100 uF1只。三極管 3DG121只。其 它 發(fā)光二極管2只，共陰極顯示器3只。6設計體會與建議 6.1設計體會通過這次對數(shù)字搶答器的設計與制作，讓我了解了設計電路的

9、程序，也讓我了解了關于搶答器的基本原理與設計理念，要設計一個電路總要先用仿真仿真成功之后才實際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時完全一樣，因為，再實際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實際中因為芯片本身的特性而能夠成功。所以，在設計時應考慮兩者的差異，從中找出最適合的設計方法。此外，本實驗也可通過EDA軟件MAX PLUS實現(xiàn)。通過這次學習，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應該自己動手實際操作才會有深刻理解。經(jīng)歷數(shù)星期的電子競賽眼看塵埃落定，感覺忍不住要長出一口氣。我們組的3位成員除學習外均有一定的日常工作，數(shù)日來

10、，為了這個競賽可謂廢寢忘食，在實驗室里日出而作，日落不息。將所有的課余時間均奉獻給了這個比賽。結果怎樣已然不再重要，在這幾日里，我們經(jīng)歷了階段性成功的狂喜、測試失敗后的絕望、陷入困境時的不知所措，重新投入的振作。這樣的比賽是無法孤軍作戰(zhàn)的，只有通力合作才有可能成功。3位成員在數(shù)日里的朝夕相伴中培養(yǎng)出了無與倫比的默契和深厚的友誼。由于前幾次去實驗室比較晚，結果沒有空余的電腦可供使用，我們商量后，決定早上6點到實驗室。于是，在零下的溫度下，我們陸續(xù)到達。途中數(shù)次感嘆，早晨的空氣真好。除此之外，我們學會了焊接電路板，掌握了書本以外的電子技術知識，培養(yǎng)了專心致志的工作學習習慣，懂得了相互之間的理解與體諒，可謂獲益匪淺。如果非要用一句話來概括我們的體會的話，那只能是：痛并快樂著。6.2對設計的建議我希望老師在我們動手制作之前應先告訴我們一些關于所做電路的資料、原理，以及如何檢測電路的方法，還有關于檢測芯片的方法。這樣會有助于我們進一步的進入狀態(tài)，完成設計。再就是有關電路設計的芯片放大器之類的電子元件功能做更進一步的說明，同有些芯片功能之間的比較，并且和哪些電路可以替換，這樣可以是我們進一步了解芯片，從而能設計更為準確的電路，以來用于日常生活。參考文獻1 康華光.