四人搶答電路設(shè)計(jì).

1、滁州學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 題 目： 搶答器電路設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 專 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 林老師 日 期： 2011 年 6 月 2日 茂 名 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書一、 設(shè)計(jì)題目搶答器電路設(shè)計(jì)二、 主要內(nèi)容及要求(1)可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器。（2）當(dāng)某臺(tái)參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時(shí)，由數(shù)碼管顯示該臺(tái)編號(hào)并伴有聲響。此時(shí)，搶答器不再接收其他輸入信號(hào)。（3）電路具有定時(shí)功能。要求回答問題的時(shí)間60秒（顯示為0059），時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)方式。當(dāng)達(dá)到限定時(shí)間時(shí)，發(fā)出聲響提示。（4）具有計(jì)分功能。要求能設(shè)定初始分值，能進(jìn)行加減分。（5）在復(fù)位狀態(tài)

2、下臺(tái)號(hào)數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈）。三、 進(jìn)度安排十七周星期一接收任務(wù)書。十七周星期二開始上網(wǎng)收集資料。十七周星期三開始進(jìn)行設(shè)計(jì)，先分段把各個(gè)重要部分用protuse仿真軟件。十八周星期六進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，將設(shè)計(jì)好的各個(gè)部分連接起來進(jìn)行整體電路的仿真。十八周星期日對(duì)仿真好的電路進(jìn)行整理寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告。十九周星期一進(jìn)行答辯和交報(bào)告。四、 總評(píng)成績 指導(dǎo)教師 學(xué)生簽名 題目：搶答器電路設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求(1)可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器。（2）當(dāng)某臺(tái)參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時(shí)，由數(shù)碼管顯示該臺(tái)編號(hào)并伴有聲響。此時(shí)，搶答器不再接收其他輸入信號(hào)。（3）電路具有定時(shí)功能。要求回答問題的時(shí)間60秒（顯示為0059），

3、時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)方式。當(dāng)達(dá)到限定時(shí)間時(shí)，發(fā)出聲響提示。（4）具有計(jì)分功能。要求能設(shè)定初始分值，能進(jìn)行加減分。（5）在復(fù)位狀態(tài)下臺(tái)號(hào)數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈）。二、方案設(shè)計(jì)與論證搶答器的基本工作原理：1、 當(dāng)主持人按下“開關(guān)”按鈕后，選手可以通過按按鈕的快慢來決定由誰來回答，按得快的選手的編號(hào)顯示在電子顯示管上并伴有響聲。2、 此后選手輸入被鎖住，如果主持人按下復(fù)位鍵則編號(hào)顯示處不作任何顯示。3、 然后主持人就按下計(jì)時(shí)開關(guān)，選手開始作答，作答的時(shí)間少于60秒，以倒數(shù)的方式進(jìn)行，而且通過顯示屏把時(shí)間顯示出來。4、 當(dāng)選手作答僅剩10秒時(shí)，開始通過喇叭響來做提示。如果到了顯示“00”時(shí)，計(jì)時(shí)器不再

4、進(jìn)行倒數(shù)而停留在“00”狀態(tài)。5、 此時(shí)選手仍沒有作答成功，則主持人會(huì)對(duì)該選手進(jìn)行減分處理，如果在“00”之前作答成功則加分，分?jǐn)?shù)也是通過計(jì)分器顯示出來。6、 之后主持人按下開關(guān)，所有的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)以便進(jìn)行下一次答題。原理框架圖（圖1）主持人選手搶答聲音提示記分器控制電路定時(shí)電路顯示時(shí)間封鎖電路編碼器臺(tái)號(hào)顯示圖1.原理框架圖方案一、對(duì)照上面原理框架圖，各個(gè)主要的部分選用對(duì)應(yīng)功能的芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，如果在仿真時(shí)沒能找到相應(yīng)的芯片則用相近的。比如在選手搶答時(shí)的輸入用74148優(yōu)先編碼器進(jìn)行編碼讓一個(gè)輸入有效，并用七段顯示譯碼器顯示出臺(tái)號(hào)。方案二、對(duì)照框架圖，選用各種邏輯站以及相關(guān)的邏輯函

5、數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，編號(hào)進(jìn)直接把鎖存器的輸出轉(zhuǎn)化8421BCD碼，并通過邏輯函數(shù)表達(dá)式的方式輸入到顯示譯碼器中讓其顯示出來。通過比較可以得出方案一更可行，理由在于芯片組上集成的功能要強(qiáng)大些，且用的元器件的數(shù)目會(huì)相對(duì)少一些這樣會(huì)更美觀而且不容易出錯(cuò)。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1、封鎖電路封鎖電路的主要功能是分辨選手按鍵的先后，并能把第一個(gè)搶答者的編號(hào)鎖存起來，并使其他選手的按鍵操作無效。實(shí)現(xiàn)該電路的功能的主要芯片是74175（圖1為功能表，圖2為邏輯功能圖，圖3為鎖存器電路）表1圖2工作原理：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時(shí)該電路清零即當(dāng)RD接低電平時(shí)，全為低電平，各顯示燈均熄滅，即此時(shí)封鎖器電路不工

6、作，當(dāng)主持人將開關(guān)撥到“開始”后即RD為高電平時(shí)，此時(shí)鎖存器處于工作狀態(tài)，即搶答器電路處于等待工作狀態(tài)。這時(shí)當(dāng)有選手將按鍵按下時(shí)（如按下SW2）。此時(shí)=1，由D觸發(fā)器的功能可知，此時(shí)=1，=0。當(dāng)=0時(shí)，經(jīng)過與非門變?yōu)?再經(jīng)過非門變?yōu)?，再和4個(gè)選手組成的或門邏輯器再與，選手就可以通過開關(guān)來搶答，而且只有一次輸入變化，因此CP只接收到一次的電平變化，因此那就后就保持了第一次的輸出所以就封鎖了CP的輸入，此時(shí)74175不再工作，從而實(shí)現(xiàn)了封鎖其他選手的作答。只有在第一個(gè)人答完以后，由主持人操作清零開關(guān)使搶答器電路復(fù)位，才能進(jìn)行下一步的搶答。圖32.顯示編號(hào)的電路 當(dāng)有選手按下了開關(guān)后，快的那個(gè)選

7、手的編號(hào)可以被輸出并記憶起來送到74148和7448組成的編碼器和七段顯示器組成的顯示臺(tái)號(hào)電路中去顯示出選手編號(hào)。74148是低電平有效的優(yōu)先編碼器，其功能表表2所示： 輸入 輸出 EI 0 1 2 3 4 5 6 7A2 A1 A0 GS EOH × × × × × × × ×L H H H H H H H H L × × × × × × × LL × × × × × × L H L

8、× × × × × L H HL × × × × L H H HL × × × L H H H HL × × L H H H H HL × L H H H H H H L × L H H H H H H H H H H HH H H H LL L L L HL L H L HL H L L HL H H L HH L L L HH L H L HH H L L HH H H L H （L 低電平 H 高電平 × 任意電平）表2

9、圖4圖4為74148的邏輯圖十進(jìn)制或功能 輸 入BI/RBO 輸 出字形LTRBID C B Aa b c d e f g 0123456789101112131415HHHHHHHHHHHHHHHHH×××××××××××××××L L L LL L L HL L H LL L H HL H L LL H L HL H H LL H H HH L L L H L L HH L H LH L H HH H L LH H L HH H H LH H

10、 H HHHHHHHHHHHHHHHHHH H H H H H HLHHLLLLHHLHHLHHHHHLLHLHHLLHHHLHHLHHLLHHHHHHHHLLLLHHHHHHHHHHLLHHLLLHHLHLLHHLLHLHLLLHHHLLHLHHLLLHHHHLLLLLLL0123456789亂碼消 隱脈沖消隱燈測(cè)試×HL ×L×××××LLLL××××LLHLLLLLLLLLLLLLLHHHHHH8 （ L 低電平 H 高電平 × 任意電平） 表3.七段LED譯碼驅(qū)動(dòng)器7

11、448功能表 圖5圖5是封鎖電路和臺(tái)號(hào)顯示電路合在一起的電路圖，只有兩個(gè)合在一起才能很好的在一次答題中只顯示一個(gè)選手號(hào)。由于74175是低電平有效，可以將從74175輸出端，分別接到其1，2，3，4端，其余的5，6，7端均接高電平，這樣就可以形成，最高輸出4而不會(huì)出現(xiàn)顯示大于4的可能出現(xiàn)。由于其輸出以為低電平有效，正常情況下每個(gè)輸出經(jīng)過一個(gè)非門后就可進(jìn)行顯示編號(hào)。 在復(fù)位狀態(tài)下臺(tái)號(hào)數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈），所以必須要接7448。7448的功能表與電路分別如表3所示3.搶答器定時(shí)電路 在比賽規(guī)則里，要求選手的答題時(shí)間不能超到60秒，因此必須要有一個(gè)定時(shí)電路，這個(gè)電路可以設(shè)計(jì)成60進(jìn)制加法器，但

12、是更多的情況下，為了直觀的原因我們采用的是60進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器。如果選手能在60秒里答對(duì)，則算答題成功，否則為失敗。而且在最后的10秒鐘伴有響聲做為提示，當(dāng)時(shí)最后到達(dá)00時(shí)，響聲也會(huì)停止。為了實(shí)現(xiàn)60進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，采用了74192芯片，它具有加減法功能，是同步10進(jìn)制的。74LS192（54/74194）兩個(gè)引腳圖管腳及功能表如下：74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如下所示：             

13、  （a）引腳排列                       (b) 邏輯符號(hào)圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端， 為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下：         &

14、#160;    輸入     輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 1 × × ×××××0000 0 0× ×dcbadcba 0 1 1××××    加計(jì)數(shù) 0 1 1 ××××

15、    減計(jì)數(shù)圖6定時(shí)器電路如上（圖6）上圖用兩塊74192來組成60進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，通過置數(shù)法讓一有電源輸入到該電路上，就直接把輸出置為59，差通過數(shù)碼管顯示出來，如圖左邊的74192，它的一個(gè)D1、D3接到地（圖中沒法看到）D0D1D2D3=0101，所以當(dāng)有電源接入時(shí)，左邊的數(shù)碼管能即時(shí)顯示出“5”。左邊的74192芯片代表十位數(shù)字，右邊的代表個(gè)位數(shù)，只有個(gè)位上發(fā)生從0變到9的狀態(tài)，才能促使十位上減1，因此把右邊芯片的減法進(jìn)位端作為脈沖信號(hào)送到左邊的脈沖輸入端DN中，而右邊接DN接入的應(yīng)該是一個(gè)頻率為1HZ的輸入脈沖。UP為加法輸入端所以置為高電平。如果單由

16、兩個(gè)74192組成定時(shí)器則這種定時(shí)器會(huì)有問題，就是沒辦法在計(jì)數(shù)為00時(shí)停止計(jì)數(shù)而是繼續(xù)回到59再做一次這樣的循環(huán)。為了克服這個(gè)問題，特意加入了一個(gè)JK邊沿觸發(fā)器。將兩個(gè)的輸出端通過異或非門作為輸入，送到JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)端CLK，因?yàn)槿绻?jì)時(shí)器一旦輸出“00”，異或非門的輸出剛好為1，而觸發(fā)器的CLK從0到1，接收到一次上升沿的時(shí)鐘信號(hào)，因而JK觸發(fā)器此時(shí)Q輸出為1，再把Q送到兩個(gè)芯片的MR端，此時(shí)芯片就不再處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，因而可以做出來到“00”停止計(jì)時(shí)的效果。JK說 明000000輸出狀態(tài)不變110011000輸出狀態(tài)與J端狀態(tài)相同101100011輸出狀態(tài)與J端狀態(tài)相同11111101每

17、輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖輸出狀態(tài)改變一次10 表4.JK觸發(fā)器的功能表這個(gè)定時(shí)計(jì)數(shù)器還要實(shí)現(xiàn)一個(gè)功能，就是實(shí)現(xiàn)最后10秒時(shí)要伴有警告聲這是一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)發(fā)出聲音的蜂鳴器。圖7如圖上所示，將十位芯片組的輸出用一個(gè)或非門輸出，這時(shí)輸出為1。而個(gè)位芯片用一個(gè)或門輸出，在個(gè)位上還沒有到達(dá)0時(shí)，這個(gè)或門U13：A始終輸出為1，再將這個(gè)或門U17用一個(gè)與門U18：A跟一個(gè)脈沖信號(hào)連起來。再將U13：A和U18：A組成一個(gè)與非門U3：D輸入到BUZ2的一端，由于脈沖信號(hào)作用，當(dāng)公平?jīng)]有達(dá)到00時(shí)，U18：A輸入為1，U13：A為1，所以當(dāng)脈沖處于高時(shí)，U3：D為低，當(dāng)處于低電平時(shí)，U3：D為高，就形成了一個(gè)有變化的電

18、流，造成BUZ響。但是一旦到達(dá)“00”，U17輸出0，U18：A也是一直是0，U3：D也一直是0，沒有發(fā)生變化，因而就不會(huì)響。4、計(jì)分器當(dāng)選手作答完后，要根據(jù)選手答題的情況來進(jìn)行加法或減分。而這個(gè)加分減分功能我同樣用了74192，每答對(duì)一題得一分，答錯(cuò)一題減一分，主持人根據(jù)選手答題情況來加減分，最高分為9分，最低分為0分。圖7這個(gè)電路是通過一個(gè)BUTTON按鈕，按一下會(huì)自動(dòng)的彈上來，這樣確保每一次的按和放都有一次的脈沖輸入，兩個(gè)開關(guān)代表加分減分，將開關(guān)的一端接脈沖，另一端接UP或DN，然后能過輸出就可以知道當(dāng)前得分。四、總電路工作原理及元器件清單總電路原理圖：圖82.總電路工作原理當(dāng)主持人按下

19、“開關(guān)”按鈕后，選手可以通過按按鈕的快慢來決定由誰來回答，按得快的選手的編號(hào)顯示在電子顯示管上并伴有響聲。此后選手輸入鎖住，如果主持人按下復(fù)位鍵則編號(hào)顯示處不作任何顯示。然后主持人就按計(jì)時(shí)開關(guān)，選手開始作答，作答的時(shí)間少于60秒，以倒數(shù)的方式進(jìn)行，而通過顯示屏把時(shí)間顯示出來。當(dāng)選手作答僅剩10秒時(shí)，開始通過喇叭響來做提示。如果到了顯示“00”時(shí)，計(jì)時(shí)器不再進(jìn)行倒數(shù)而停留在“00”狀態(tài)。此時(shí)選手仍沒有作答成功，則主持人會(huì)對(duì)該選手進(jìn)行減分處理，如果在“00”之前作答成功則加分，分?jǐn)?shù)也是通過計(jì)分器顯示出來。之后主持人按下開關(guān)，所有的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)以便進(jìn)行下一次答題。3元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備 注1741926十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器27448