八路搶答器設(shè)計論文

1、 編 號： 審定成績： xxxx大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計（論文）題目：單片機數(shù)字搶答器的實現(xiàn)學(xué) 院 名 稱 ：計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué) 生 姓 名 ：x x專 業(yè) ：計算機科學(xué)與技術(shù)專業(yè)班 級 ：0490xxx學(xué) 號 ：0610xxxx指 導(dǎo) 教 師 ：x x x答辯組 負責(zé)人 ：填表時間： 2009 年 5 月xxxx大學(xué)教務(wù)處目    錄引言1第一章 設(shè)計任務(wù)2（1） 設(shè)計要求2（2） 功能要求3第二章  主要器件介紹4（1） 74ls148 4 （2） 74ls485（3） 74ls192及74ls006（4） 74ls121及74ls2797 （5

2、） ne555及74ls118第三章 設(shè)計方案9（1） 搶答功能設(shè)計9 （2） 定時功能設(shè)計及其總方案11第四章  電路實現(xiàn)及電路調(diào)試15第五章 結(jié)論 16第六章 參考文獻17附錄117 引言數(shù)字電路產(chǎn)品在生活中有著極其廣泛的應(yīng)用，包括計算機、數(shù)字通信、智能儀器儀表、自動控制及航天等領(lǐng)域中。這些給人們帶來了生活，工作等方面帶來了極大的方便。工廠、學(xué)校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答器是必要設(shè)備。在我校舉行的各種競賽中我們經(jīng)常看到有搶答的環(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。為解決這個問題

3、，我們小組準備就本次課設(shè)的機會制作一個低成本但又能滿足學(xué)校需要的八路數(shù)顯搶答器。搶答器在比賽等場合中不可缺少的設(shè)備。本文就是從數(shù)字電路芯片的功能簡介開始，利用功能不同的數(shù)字電路芯片的組合來實現(xiàn)多路搶答器的功能。首先簡要的介紹了數(shù)字電路的發(fā)展和演變。然后介紹幾個主要集成芯片的管腳功能和用法。最后介紹多路搶答器的原理和設(shè)計過程?？偨Y(jié)與改進部分，講一些電路在實際設(shè)計調(diào)試中的不足，并加以改進。智力競賽是一種生動活潑的教育方式，而搶答就是智力競賽中非常常見的一種答題方式。搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學(xué)知識和生活常識。但是，在這類比賽中，對于誰先誰后搶答，在

4、何時搶答，如何計算答題時間等等問題，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鎖存，置位，清零等功能智能搶答器來解決這些問題。 第第一章 設(shè)計任務(wù) （1）設(shè)計要求搶答器主要是基于 7 4系列集成芯片組成電路各個部分，成本較低 ，且基本能夠使用于學(xué)校的一些活動中。采用74ls148編碼器和74ls279 rs鎖存器組成 搶答器的核心部分搶答電路。采用74ls192十進制加/減計數(shù)器設(shè)計搶答器的定時部分，計數(shù)器的時鐘脈沖電路提供。采用555定時器和三極管構(gòu)成報警電路，時序控制電路由74ls121產(chǎn)生。采用七段共陰極led數(shù)碼管顯示搶答序號和定時時間，由74ls48數(shù)字

5、顯示譯碼管顯示數(shù)碼管。設(shè)計器材統(tǒng)計如下表：（設(shè)計中些基本的器材則實驗室提供）74ls48 3個電阻68 k 1個74ls121 1個電阻510 2個74ls148 1個電容10uf 2個74ls192 2個電容0.1uf 1個74ls279 1個電容100uf 1個ne555 2個發(fā)光二極管 2個電阻1 k 1個按鍵開關(guān) 9個電阻10 k 9個共陰數(shù)碼管 3個電阻15 k 1個74ls00 1個電阻4.7 k 1個74ls11 1個電阻5.1 k 1個三極管3dg12 1只電阻100 k 1個（2）功能要求將主要設(shè)計一個供八人使用的定時搶答器，他要實現(xiàn)以下主要功能：（1）為8位參賽選手各提供一

6、個搶答按鈕，分別編號s0、s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7；（2）主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開始；（3）搶答器要有數(shù)據(jù)鎖存與顯示的功能。搶答開始后，若有任何一名選手按動搶答按鈕，則要顯示其編號至系統(tǒng)被主持人清零，并且揚聲器發(fā)生提示，同時其他人再按對應(yīng)按鈕無效；（4）搶答器要有自動定時功能，并且一次搶答時間由主持人任意設(shè)定。當主持人啟動“開始”鍵后，定時器自動減計時，并在顯示器上顯示。同時揚聲器上發(fā)出短暫聲響；（5）參賽選手只有在設(shè)定時間內(nèi)搶答方為有效搶答。若搶答有效，則定時器停止工作，并且顯示搶答開始時間直到系統(tǒng)被清零；（6）若設(shè)定時間內(nèi)無選手進行搶答（按對應(yīng)按鈕），則系統(tǒng)短暫報警

7、，并且禁止選手超時搶答，定時器上顯示00。數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴展電路。利用本次設(shè)計出的電路制造成的定時搶答器，即可輕松實現(xiàn)在8人或8個代表隊之間進行的搶答比賽中進行控制，使得這一活動更加趣味、公平。 第二章  主要器件介紹（1） 74ls148 74ls148優(yōu)先編碼器（a） 符號圖 (b) 管腳圖74ls148的功能表：輸 入輸 出 1000000000× &#

8、215; × × × × × ×1 1 1 1 1 1 1 1× × × × × × × 0× × × × × × 0 1× × × × × 0 1 1× × × × 0 1 1 1× × × 0 1 1 1 1× × 0 1 1 1 1 1× 0 1 1 1

9、 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 11 1 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 10 11 01 01 01 01 01 01 01 0 （2）74ls48 74ls48符號圖和管腳圖（a）符號圖 （b）管腳圖顯示譯碼器74ls48的功能表： （3）74ls192及74ls0074ls192管腳圖74ls192功能表： 輸入 輸出mrp3p2p1p0q3q2q1q0 1 × × ×××××0000 0 0 × ×dcbadcba 0 1 1

10、×××× 加計數(shù) 0 1 1×××× 減計數(shù)74ls00管腳圖及其功能表： （4）74ls121及74ls27974ls121管腳圖及其功能表：74ls279管腳圖及其功能表：74ls279進行反碼和鎖存作用（5）ne555及74ls11ne555管腳圖： 74ls11管腳圖及其真值表: y=abc input output a b c y x x l l x l x l l x x l h h h h 第三章 設(shè)計方案（1）搶答功能設(shè)計設(shè)計電路如圖1所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74ls148 和鎖存器 74ls29

11、7 來完成。該電路主要完成兩個功能：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（顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)s置于"清除"端時，rs觸發(fā)器的 r、s端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74ls148的優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）0，使之處于工作狀態(tài)。當開關(guān)s置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下s5），74ls148的輸出經(jīng)rs鎖存后，ctr=1,rbo(圖中4端) =1,七段顯示電路74ls48處于工作狀態(tài)，4q3q2q=101,

12、經(jīng)譯碼顯示為"5"。此外，ctr，使74ls148 優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端），處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74ls148的 此時由于仍為ctr，使優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端），所以74ls148仍處于禁止狀態(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s開關(guān)重新置"清除"然后再進行下一次搶答。 圖1輸入端（按鍵）真值表如下圖2：（2）定時功能設(shè)計及其總方案定時原理及設(shè)計（圖3）：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74ls192減法計數(shù)電路、74ls48譯碼電

13、路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74ls192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74ls48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實現(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)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管dpy_7-seg 上，當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。下面結(jié)合圖4具體講一下標準秒脈沖產(chǎn)生電路的原

14、理。結(jié)合圖3，圖中電容c的放電時間和充電時間分別為 于是從ne555的3端輸出的脈沖的頻率為 結(jié)合我們的實際經(jīng)驗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，代入到振蕩頻率fo143（ri2r2）c中即得 ，即秒脈沖。 總方案如下：總方案電路包括四部分：前面具體講了兩部分，下面是報警和時序控制電路圖。報警電路圖：由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖1.5所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo143（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。時序控制電路圖：時序控制電路是搶答器設(shè)計

15、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，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(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(shè)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?？偪驁D如下：1. 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）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時。2. 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，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。3.如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效

16、，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。對于總體方框圖則只要：（1）將圖1中74ls279的1，5，10，14引腳任意一腳與圖3中任一74ls192的11引腳相連（說明：圖2中74ls279的13引腳輸出ctr信號）；（2）將圖1中輸入74ls148中5引腳信號撤掉換成 74ls279中13引腳輸出的ctr信號經(jīng)一非門與圖3中74ls192的13引腳輸出的信號經(jīng)一與非門輸出的信號。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清零"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(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

17、。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(guān)。第四章  電路實現(xiàn)及電路調(diào)試 3塊實驗電路板分別做成數(shù)字搶答器電路、可預(yù)置時間的定時電路、報警電路及時序控制電路，根據(jù)ewb仿真電路及工程上的可操作性布置芯片、元件、導(dǎo)線等?？梢酝ㄟ^很多電路仿真軟件進行，通過對以上進行了解，到仿真電路中去（例如：multisim），以上都可以很好的實現(xiàn)其功能 電路調(diào)試:

18、（針對搶答功能） 第1點（圖1）：依次按s0至s7鍵，每按完進行清除，達到數(shù)碼管（顯示選手號碼）顯示的數(shù)字一一與按鍵對應(yīng)，達到效果，反之，查找問題所在：第2點（總體方案）：模擬搶答過程，（1）預(yù)設(shè)時間倒記時開始，依次按s0至s7鍵數(shù)碼管（顯示選手號碼）沒有數(shù)字顯示并且報警發(fā)光二極管亮起表示成功，有則找出問題所在：（2）倒記時結(jié)束，搶答開始，同時或者只按s0至s7任意鍵，發(fā)光二極管亮起，數(shù)碼管顯示號碼，在把所有鍵依次按一遍看顯示號碼會不會改變，不改變則完成調(diào)試，反之則找出問題。第五章 結(jié)論搶答器豐富了我們的生活，社會中本來就充滿著競爭。只是沒有很明顯的表現(xiàn)出來，通過運用它我們可以很好的證明自己的膽識和自信，所以做起搶答器來，也很想去了解它，對于八路搶答器原理也只是幾個芯片的合成體，也沒什么復(fù)雜性，所以很好的做出來，但實踐中就有些小小的麻煩，就是電壓在實踐中很難把握?？傊?，這次實踐是非常成功的，我們追求的是理論與實踐并存，課程設(shè)計就很好的為大學(xué)生表現(xiàn)自己綜合能力提供有