多路智能搶答器設(shè)計(jì)

1、天 津 大 學(xué) 網(wǎng) 絡(luò) 教 育 學(xué) 院?？飘厴I(yè)論文題目：多路智能搶答器設(shè)計(jì)完成期限：2016年1月8日 至 2016年4月20日學(xué)習(xí)中心：嘉興專業(yè)名稱：電氣自動(dòng)化技術(shù)學(xué)生姓名：鄭忠平學(xué)生學(xué)號(hào)：132092433079指導(dǎo)教師：劉伯穎天津大學(xué)網(wǎng)絡(luò)教育學(xué)院?？飘厴I(yè)論文多路智能搶答器設(shè)計(jì) 隨著電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，社會(huì)發(fā)展步入了信息時(shí)代，隨著信息時(shí)代對(duì)人才高素質(zhì)和信息化的要求，隨著高等教育發(fā)展的趨勢(shì)，人們的生活水平提高，對(duì)精神文明生活的要求也跟著提高，這對(duì)電子領(lǐng)域提出了跟更高的要求。電子學(xué)是一門應(yīng)用很廣泛的科學(xué)技術(shù)，發(fā)展及其迅速。要想學(xué)好這門技術(shù)，首先是基礎(chǔ)理論的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，然后要技術(shù)訓(xùn)練，進(jìn)而培養(yǎng)我們

2、對(duì)理論聯(lián)系實(shí)際的能力，設(shè)計(jì)電路的能力，實(shí)際操作的能力，以及培養(yǎng)正確處理數(shù)據(jù)、分析和綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果、檢查和排除故障的能力。同時(shí)也加深我們對(duì)電子產(chǎn)品的理解。智力搶答器的設(shè)計(jì)和測(cè)試作為此次課程設(shè)計(jì)的課題，我們采用一般意義上的設(shè)計(jì)方案，即采用集成芯片構(gòu)成電路。數(shù)字電路具有很多的有點(diǎn)：（1） 便于高度集成化。由于數(shù)字電路采用二進(jìn)制，因此單元電路的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，允許電路參數(shù)有較大的離散性，便于集成。（2） 工作可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)字信號(hào)用二進(jìn)制表示，數(shù)字電路的識(shí)別能力強(qiáng)。（3） 數(shù)字信息便于長(zhǎng)期存放。（4） 數(shù)字電路集成產(chǎn)品多，通用性強(qiáng)，成本低。（5） 保密性好。數(shù)字信息容易進(jìn)行加密處理，不易被竊取。設(shè)計(jì)

3、功能要求一、功能要求1、設(shè)計(jì)制作一個(gè)可容納5組參賽的數(shù)字式槍答器，每組設(shè)置一個(gè)搶答按鈕供搶答者使用。2、給主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零和搶答的開始。3、搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)（15），同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。同時(shí)禁止其他選手搶答。4、搶答器具有定時(shí)搶答的功能，搶答時(shí)間設(shè)定為30秒，當(dāng)主持人按下開始按鈕時(shí)，定時(shí)器立刻倒計(jì)時(shí)，并顯示。選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答有效。超過時(shí)間搶答無效，定時(shí)顯示器顯示00。二、設(shè)計(jì)步驟與要求1、擬定電路的組成框圖，要求能實(shí)現(xiàn)所有功能，使用的元器件少，成本低。2、設(shè)計(jì)并安

4、裝電路，要求布線整齊、美觀，便于級(jí)聯(lián)和調(diào)試。3、測(cè)試所設(shè)計(jì)搶答器的邏輯功能，滿足各項(xiàng)功能要求。4、畫出整機(jī)邏輯電路圖。5、寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。搶答器框架設(shè)計(jì) 定時(shí)搶答器的總體框圖（如圖1.1）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(dòng)搶答按鈕時(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。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。圖1如圖所示為總體方框圖。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?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置;開始"狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響

5、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。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)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)。電路設(shè)計(jì)一、 搶答電路設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)電路如圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。該電路主要完成兩個(gè)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(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。 圖2工作過程：開關(guān)S置于"清除"端時(shí)，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出

6、置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端）0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于"開始"時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（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,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端），處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為CTR，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端），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

7、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(jìn)行下一輪搶答。74LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，表1為其功能表。表1二、 定時(shí)電路設(shè)計(jì)節(jié)目主持人根據(jù)搶答器的難易程度，設(shè)計(jì)一次搶答的時(shí)間，通過預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖3。原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)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(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)

8、鐘產(chǎn)生電路提供。原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)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(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)圖3由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 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)以后選手搶答無效。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=

9、15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得 ，即秒脈沖。三、 報(bào)警電路設(shè)計(jì)由555 芯片構(gòu)成多諧振蕩電路 ,555 的輸出信號(hào)再經(jīng)三極管放大 ,從而推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲?？刂齐娐钒〞r(shí)序和報(bào)警兩個(gè)電路 ,如圖4 所示?？刂齐娐沸杈哂幸韵聨讉€(gè)功能。 主持人閉合開關(guān)揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,多路搶答器電路和計(jì)時(shí)電路進(jìn)入正常狀態(tài); 參賽者按鍵時(shí) ,揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作; 搶答時(shí)間到 ,無人搶答 ,揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作圖4四、 時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能。1) 主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)

10、入正常搶答工作狀態(tài)。2) 當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。圖53) 當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，定時(shí)和定時(shí)電路停止工作。根據(jù)上面的功能要求，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如（圖5）所示。圖中，門G1 的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端 。圖11、4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(shí)，來自于（圖2）中的74LS279的輸出 1Q=0，經(jīng)G3反相， A1，則時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間

11、未到時(shí)，則“定時(shí)到信號(hào)”為 1，門G2的輸出 =0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，1Q1，經(jīng) G3反相， A0，封鎖 CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出 =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則“定時(shí)到信號(hào)”為0， =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)， 門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 CP信號(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)（功能3）的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間。元器件介紹一、 74LS148功能介紹 在優(yōu)先編碼器電路中，

12、允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上編碼信號(hào)。不過在設(shè)計(jì)優(yōu)先編碼器時(shí)，已經(jīng)將所有的輸入信號(hào)按優(yōu)先順序排了隊(duì)。在同時(shí)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上輸入信號(hào)時(shí)，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級(jí)高的輸入信號(hào)編碼，優(yōu)先級(jí)低的信號(hào)則不起作用。74148是一個(gè)八線-三線優(yōu)先級(jí)編碼器。如圖6所示的是八線-三線編碼器74148的管腳圖引腳圖。 圖6二、 74LS192功能介紹74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。 圖7圖8 仿真電路實(shí)驗(yàn)

13、一、 Proteus仿真電路圖仿真電路課實(shí)現(xiàn)搶答功能，由于軟件局限，報(bào)警電路沒有在仿真當(dāng)中。實(shí)物制作一、 原理圖二、 PCB制圖三、 焊接與調(diào)試在制板中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是線路的印制。在這次的制作中，由于打印的客觀原因，使在轉(zhuǎn)印的效果不是很好。做出的實(shí)物沒有預(yù)期的好。這也是以后一定要注意的地方。1) 焊接部分需要注意的是：嚴(yán)格按照線路的設(shè)計(jì)進(jìn)行焊接，首先焊接過孔，在對(duì)元器件進(jìn)行焊接。焊接時(shí)間不宜過久，但要完全熔著，以免造成冷焊。焊點(diǎn)的表面要平滑、有光澤。 焊點(diǎn)完全冷卻前，不可移動(dòng)。電烙鐵不用時(shí)要放置于電烙鐵架上，并隨時(shí)保持烙鐵頭的清潔。焊接完畢，要在烙鐵頭鍍上薄層焊錫，避免氧化，并等冷卻后再收

14、存。2) 調(diào)試部分需要注意的是：在通電之前必須對(duì)照原理圖對(duì)線路進(jìn)行詳細(xì)的檢查。檢查是否有虛焊或者為焊接的點(diǎn)。可用萬用表進(jìn)行線路檢查，看是否有線路在焊接的時(shí)候不慎連接在了一起，如有進(jìn)行修改。在檢查完畢之后才可以通電測(cè)試。如果在通電之后任然有問題，應(yīng)立即斷電，再仔細(xì)檢查。心得體會(huì)通過這次設(shè)計(jì)，我的理論知識(shí)掌握得更扎實(shí)，動(dòng)手能力明顯提高。同時(shí)，通過網(wǎng)上搜索等多方面的查詢資料，我學(xué)到許多在書本上沒有的知識(shí)，也認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)踐的重要。在制作當(dāng)中遇到了許多以前沒遇到的困難。我們利用許多的方法去解決所遇到的問題。制作好以后，雖然基本符合設(shè)計(jì)要求，但我們總覺得欠缺點(diǎn)什么。這次設(shè)計(jì)，讓我感受最深是。在仿真的階段遇到很多的問題，計(jì)時(shí)電路不能隨搶答而停止，還有就是由于軟件的局限在仿真時(shí)候沒有完成整體電路的調(diào)試，這也為最后的實(shí)物調(diào)試造成了困難。我們一定要具備一定的檢查、排除電路故障的能力。我深刻認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要