六人數(shù)字式競(jìng)賽搶答器

1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課 程 設(shè) 計(jì)課題名稱： 六人數(shù)字式競(jìng)賽搶答器姓 名：丁鑫燁 王義勝 蘇世杰學(xué) 號(hào)： 班 級(jí)： 2009級(jí) 11 班指導(dǎo)教師： 申利平重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院2011年6月目錄一.概述11.內(nèi)容摘要12.設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求23.總體方案系統(tǒng)框圖2二. 單元電路設(shè)計(jì)及其工作原理32.時(shí)鐘電路43.計(jì)時(shí)電路54.提示報(bào)警電路75.小組提示燈電路76.計(jì)分電路8三.完整電路圖(見(jiàn)附頁(yè))8四.個(gè)人總結(jié)9原件清單9參考文獻(xiàn)9電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告六人數(shù)字式競(jìng)賽搶答器一.概述1.內(nèi)容摘要智力競(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

2、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)和生活常識(shí)。但是，在這類比賽中，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)供六人使用的定時(shí)搶答器。他要實(shí)現(xiàn)以下主要功能：（1）為6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；（2）主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開(kāi)始，選手成績(jī)加分與減分。（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，搶答成功

3、后揚(yáng)聲器發(fā)出嘀嘟聲提示，同時(shí)其他人再按對(duì)應(yīng)按鈕無(wú)效；（4）搶答器要有定時(shí)功能，一次搶答時(shí)間為30秒。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，定時(shí)器自動(dòng)計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)30秒搶答時(shí)間到后停止，同時(shí)揚(yáng)聲器上發(fā)出短暫低頻聲響；（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，同時(shí)答題計(jì)時(shí)器開(kāi)始工作 （6）若在搶答時(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。（7）若搶答后選手答題的時(shí)間超過(guò)2分鐘，則系統(tǒng)發(fā)出嘀嘟聲提示答題結(jié)束。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)計(jì)時(shí)與報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過(guò)搶答

4、隊(duì)伍編號(hào)鎖存電路和數(shù)據(jù)分配電路實(shí)現(xiàn)對(duì)每組計(jì)分電路的控制，有主持人開(kāi)關(guān)控制加減計(jì)分，以上構(gòu)成拓展電路。利用本次設(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6人或6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)內(nèi)容及要求在許多比賽活動(dòng)中，為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設(shè)置一臺(tái)搶答器，通過(guò)數(shù)顯、燈光及音響等多種手段指示出第一搶答者。同時(shí)還可以設(shè)置記分、犯規(guī)及獎(jiǎng)勵(lì)記錄等多種功能。該設(shè)計(jì)就是針對(duì)上述各種要求設(shè)計(jì)出的供6名選手參賽使用的數(shù)字式競(jìng)賽搶答器。 本題要求是：（1）設(shè)計(jì)制作一個(gè)可容納六組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)計(jì)一個(gè)搶答按鈕供搶答者使用。（2）電路具有

5、第一搶答信號(hào)的鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復(fù)位并發(fā)出搶答指令后，若參賽者按搶答開(kāi)關(guān)，則該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的組別，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出“嘀嘟”的雙音音響持續(xù)23秒。此時(shí)，電路應(yīng)具備自鎖功能，使別組的搶答開(kāi)關(guān)不起作用。（3）設(shè)置記分電路。每組在開(kāi)始時(shí)預(yù)置成100分，搶答后由主持人記分，答對(duì)一次加10分，否則減10分。（4）設(shè)置定時(shí)電路。30秒時(shí)仍無(wú)人搶答，則報(bào)警電路工作表示搶答時(shí)間耗盡并禁止搶答。（5）設(shè)置犯規(guī)電路。對(duì)提前搶答和超時(shí)搶答的組別鳴喇叭示警，并由組別電路顯示出犯規(guī)組別。3.總體方案系統(tǒng)框圖組別顯示(數(shù)碼管管)組別顯示(LED)窄脈沖形成穩(wěn)壓電源數(shù)字式智力競(jìng)賽搶答器原理

6、框圖計(jì)時(shí)器器犯規(guī)電路提示報(bào)警電路預(yù)置記分電路加分(主持人)減分(主持人)組別鎖定第一信號(hào)鑒別搶答開(kāi)關(guān)時(shí)鐘電路清零開(kāi)始主持人搶答器工作原理為：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)器置零；主持人將開(kāi)關(guān)置撥至開(kāi)始”狀態(tài)，宣布”開(kāi)始”，搶答器工作。搶答定時(shí)器30秒倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示等功能。如果再次搶答必須由主持人再次操作”清除”和”開(kāi)始”狀態(tài)開(kāi)關(guān)。二. 單元電路設(shè)計(jì)及其工作原理1.搶答電路提前搶答鎖存正常搶答鎖存該電路完成兩個(gè)主要功能：一是在主持人按下開(kāi)始開(kāi)關(guān)后，分辨出選

7、手按鍵的先后，并有正常搶答鎖存電路鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示該編號(hào)并禁止其他選手搶答，使其按鍵操作無(wú)效；二是在主持人未按下開(kāi)關(guān)時(shí)，若有人提前搶答則由提前搶答電路鎖存提前搶答這的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示器顯示該編號(hào)，并輸出提前搶答信號(hào)驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路報(bào)警。工作過(guò)程：開(kāi)關(guān)S置于”清零”端時(shí)，輸出清零信號(hào)(低電平，是電路中所有計(jì)數(shù)器的清零信號(hào))，正常搶答鎖存RS觸發(fā)器的 端均為0，其4個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的ST=0，使之處于工作狀態(tài)，此時(shí)提前搶答鎖存RS觸發(fā)器端均為1，若此時(shí)有人按下?lián)尨鸢粹o，其組別編號(hào)將被提前鎖存電路鎖存同時(shí)由數(shù)碼管顯示，并輸出提前搶答信號(hào)(高電平)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S置

8、于”開(kāi)始”時(shí)(提前搶答鎖存RS觸發(fā)器的端均為0,被清零)，輸出搶答開(kāi)始信號(hào)(高電平)，提示搶答開(kāi)始的發(fā)光二級(jí)管發(fā)光，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鈕按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后輸出101給74LS48，經(jīng)譯碼數(shù)碼管顯示為”5”。此外，YEX=0，經(jīng)過(guò)鎖存后輸入1至74LS148的ST，使74LS148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YEX=1 ,此時(shí)由于ST輸入的仍為鎖存后的信號(hào)為，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)重新置于“清除”端，然后

9、再進(jìn)行下一輪搶答。2.時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路為555構(gòu)成的周期為1s的多諧振蕩器，為整個(gè)計(jì)時(shí)電路提供時(shí)鐘信號(hào)3.計(jì)時(shí)電路(1）搶答計(jì)時(shí)及揚(yáng)聲器計(jì)時(shí)電路1搶答計(jì)時(shí)時(shí)揚(yáng)聲器計(jì)時(shí)1搶答計(jì)時(shí)電路為兩片74LS160組成的同步計(jì)數(shù)器，輸入脈沖為時(shí)鐘信號(hào)，有開(kāi)始信號(hào)A啟動(dòng)，當(dāng)計(jì)數(shù)滿30(即30秒)或者有正常搶答信號(hào)B時(shí)停止。計(jì)數(shù)滿30時(shí)U56的QA=QB=1，ENT=QAQB=0(QAQB=1為無(wú)人搶答信號(hào))，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。有正常搶答型號(hào) ENP=AB=0，停止計(jì)數(shù)。當(dāng)有正常搶答信號(hào)，或前搶答信號(hào)，或無(wú)人搶答信號(hào)輸入時(shí)揚(yáng)聲器計(jì)時(shí)電路開(kāi)始工作，計(jì)數(shù)滿3時(shí)(即3秒)停止，停止原理同搶答計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)滿30時(shí)停止類似，

10、在計(jì)數(shù)期間輸出揚(yáng)聲器控制信號(hào)(高電平)，計(jì)數(shù)結(jié)束后控制信號(hào)為低電平，以此來(lái)控制揚(yáng)聲器的發(fā)聲時(shí)間。(2)答題計(jì)時(shí)器及揚(yáng)聲器計(jì)時(shí)電路2答題計(jì)時(shí)器揚(yáng)聲器計(jì)時(shí)2答題計(jì)時(shí)器由3片74LS160計(jì)數(shù)器組成，有正常答題信號(hào)啟動(dòng)，計(jì)滿120(即120秒)停止，并且輸出答題時(shí)間到信號(hào)(高電平)停止原理同搶答計(jì)時(shí)器。由于連接了數(shù)碼管與譯碼器，答題者回答所用去的時(shí)間可以實(shí)時(shí)顯示。、揚(yáng)聲器計(jì)時(shí)電路2有答題時(shí)間到信號(hào)啟動(dòng)，其工作原理同揚(yáng)聲器計(jì)時(shí)電路14.提示報(bào)警電路揚(yáng)聲器計(jì)時(shí)信號(hào)2揚(yáng)聲器計(jì)時(shí)信號(hào)1時(shí)鐘電路答題超時(shí)信號(hào)高頻振蕩器低頻振蕩器報(bào)警電路由正常信號(hào)，或提前搶答信號(hào)，或無(wú)人搶答信號(hào)，或答題超時(shí)信號(hào)啟動(dòng)。當(dāng)輸入為正常

11、搶答信號(hào)或答題超時(shí)信號(hào)時(shí)，在一個(gè)時(shí)鐘脈沖周期內(nèi)，時(shí)鐘信號(hào)為低電平時(shí)低頻振蕩器工作高頻振蕩器不工作，時(shí)鐘信號(hào)為高電平時(shí)則相反，因此揚(yáng)聲器發(fā)出嘀嘟的提示聲音。當(dāng)輸入為無(wú)人搶答信號(hào)時(shí)，只有低頻振蕩器工作，揚(yáng)聲器發(fā)出低頻報(bào)警音。當(dāng)輸入為提前搶答信號(hào)時(shí)，只有高頻振蕩器工作，揚(yáng)聲器發(fā)出高頻報(bào)警音。由于揚(yáng)聲器計(jì)時(shí)電路的控制，揚(yáng)聲器的提示及報(bào)警時(shí)間均只有3秒。5.小組提示燈電路計(jì)分組別輸入正常搶答信號(hào)小組提示燈電路由74LS138數(shù)據(jù)分配器組成與發(fā)光二極管組成，當(dāng)有人正常搶答時(shí)，組別編碼信號(hào)與正常搶答高電平信號(hào)輸入74LS138數(shù)據(jù)分配器，74LS138根據(jù)組別編碼將正常搶答的高電平信號(hào)取非后輸出到正確的支路

12、上，使相應(yīng)組別前的搶答提示二極管發(fā)光。6.計(jì)分電路計(jì)分電路能實(shí)現(xiàn)對(duì)當(dāng)前搶答小組加分、減分、預(yù)置100分功能。六個(gè)計(jì)分小組的十位、百位（個(gè)位始終顯示零）分別用計(jì)數(shù)器74Ls192、顯示譯碼器74ls48、七段數(shù)碼管構(gòu)成。預(yù)置數(shù)都為100，計(jì)數(shù)器用異步連接。主持人的置數(shù)開(kāi)關(guān)同時(shí)控制六個(gè)計(jì)數(shù)器74ls192的置數(shù)端。加分開(kāi)關(guān)通過(guò)數(shù)據(jù)分配器74ls138選擇控制某一個(gè)組，其地址變量為當(dāng)前搶答小組的組號(hào)輸入（來(lái)自搶答信號(hào)），74138輸出端Q1-Q6分別連接十位的計(jì)數(shù)器的加法計(jì)數(shù)端up。每按動(dòng)一次加法開(kāi)關(guān)產(chǎn)生一個(gè)上升沿，計(jì)數(shù)器十位加1。同理，扣分開(kāi)關(guān)的數(shù)據(jù)分配器Q1-Q6連接至74ls192的down端

13、，實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)顯示。三.完整電路圖(見(jiàn)附頁(yè))四.個(gè)人總結(jié)本次電子實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程的實(shí)踐。通過(guò)這次電子設(shè)計(jì)，加深了對(duì)課程概念的理解，鍛煉了自己的動(dòng)手能力。我在本組主要負(fù)責(zé)計(jì)分電路和提示亮燈電路。在做電子設(shè)計(jì)的最開(kāi)始階段，本小組完全處于迷茫的狀態(tài)。本實(shí)驗(yàn)需要實(shí)現(xiàn)的功能較多，需要用到的電路知識(shí)也比較全面。但是通過(guò)在網(wǎng)上搜索近似功能電路、查看老師給的部分電路參考以及盡心設(shè)計(jì)，基本完成了實(shí)驗(yàn)要求的基本內(nèi)容，并盡可能做到用盡量少的元件完成更完美功能。在設(shè)計(jì)電路過(guò)程中，遇到了大量概念理解不熟悉的情況，特別是555計(jì)時(shí)器的相關(guān)知識(shí)。通過(guò)翻看課本、網(wǎng)絡(luò)查詢等方式加深對(duì)很多知識(shí)的理解。雖然遇到了很多復(fù)雜難以解決的問(wèn)題，但是通過(guò)努力解決后會(huì)獲得極大的成就感，有次也產(chǎn)生了對(duì)本門課程更多得興趣。通過(guò)設(shè)計(jì)也認(rèn)識(shí)了74ls192等課程學(xué)習(xí)中沒(méi)有認(rèn)識(shí)到的功能元件，認(rèn)識(shí)到了自己用一些簡(jiǎn)單的元件的組合原來(lái)是可以完成很多功能的。同時(shí)，通過(guò)這次實(shí)踐認(rèn)識(shí)到了自己的不足。有些相當(dāng)然的設(shè)計(jì)看似正確，但是仿真卻無(wú)法通過(guò)。真正的電子設(shè)計(jì)是需要掌握每一個(gè)細(xì)節(jié)的，而并非像考試那樣做對(duì)一部分就能得一部分的分。所以，學(xué)習(xí)需要盡心，不能得過(guò)且過(guò)。最后，由于我們的知識(shí)水平有限，雖盡心設(shè)計(jì)，但依然會(huì)有一些不如意的地方，希望老師見(jiàn)諒并斧正。原件清單共陰極數(shù)碼管2274LS48N2274LS279N274LS14