電子搶答器數電課程設計

1、設計題目：智力競賽電子搶答器設計要求及技術指標：1、搶答器電路分為搶答電路設計和必答電路設計。2、搶答電路設計具體要求：(1)搶答組數分為四組，序號為14。(2)優(yōu)先判斷與指示電路設計。(3)主持人清除上次搶答結果的電路設計。(4)主持人給選手打分電路與選手得分累計顯示電路設計 3、必答電路設計具體要求：(1) 30秒必答倒計時電路設計。(2)超時短暫報警。第1章電路設計簡介1原理電路設計：1.1電路總體工作框圖圖1:課程設計的總體框圖整個電路框圖如上圖所示，主要可分為三個部分，第一部分為四路選手搶搭電路，這部分電路主要采用了四個74LS595來實現四位選手僅選可選通一路的 功能實現，并結合使

2、用多個四路與非門（即74LS10）來實現其對計時電路的控制。 第二部分為計時電路，其通過兩個級聯(lián)的74LS161與555定時器來實現計時功能， 并通過其對于聲音警示電路控制。 第三部分為選手計分電路， 需用了可加可減的74LS192來實現對于選手的加減積分功能。整個電路在學校提供的開發(fā)板上，其 中所需使用的LED燈、按鈕按照開發(fā)板作相應的調整。第 2 章 硬件電路的組成1 電路工作原理當第一位選手按下按鈕， 74LS373 鎖存器構成的選通電路就會將低電平傳至二極管 led 的負極， 此時若有其他選手再按下按鈕， 其會導致 74LS373 處于鎖存數據狀態(tài)， 從而使已經亮的小燈不會受到其他選手

3、按鈕的影響， 另一方面已經選通一路會通過鎖存器阻止其他路數據的傳入。另一方面四位按鈕通過控制74LS161 來實現對計時電路的控制，以使得當有選手按下按鈕時計時才開始。計時電路由兩個異步清零的模十計數器構成，對其清零通過對于其清零端與使能端置低電平完成， 而兩位已內置好74LS48 的數碼管通過與74LS161 的輸出管腳來實現時間的顯示。因為電路要求30 秒計時，所以使用計時十位的74LS161的低兩位作為是否到達30s的判斷信號，當Q1、Q0均為1的時候就是 到達30s,此時通過與非門輸出來控制揚聲器以及停止計時。選手計分電路通過使用可加可減的74LS192來完成，當其5管腳為上升沿是，其

4、數值加一；而當 4 管腳為上升沿時，其數值減一。而上升的產生則通過使用電源、地與一個按鈕完成。選手分數的顯示通過使74LS192 的輸出管腳與已內置好 74LS48 的數碼管相連來完成?？傮w電路的設計思路如上，后期搭建電路過程中依據實際情況做了小幅調整，當整體思路未變。1.1 總體電路原理圖如下圖2:電路工作原理圖2單元電路設計及芯片簡介2.1搶答器控制電路設計搶答器控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能：(1)當參賽選手按動搶答鍵時，燈泡發(fā)光，并顯示相應的組號，搶答電路封 鎖和定時電路開始工作。(2)當設定的答題時問到，答題人不準再答題并且將按鈕彈上0u I i十手.一工,I黑標魯

5、：行空15 / 14圖3:搶答器控制電路74LS373簡介:圖4: 74LS373資料概括起來：(1) : 1與11管腳均置低時，74LS373起到所存數據作用，保存內部數據組織 外部數據的進入。(2):當1管腳置低，11管腳置高時，74LS373會將輸入端的數據傳至輸出端, 而我就是使用74LS373這兩種工作功能的轉換來實現四路選一的搶答功能2.2 計時電路設計2.2.1 顯示部分計時電路由兩個異步清零的模十計數器構成，通過低位Q3、Q1的與或門產生低電平，并且用此低電平作為自身個位的清零信號以及下一位十位的計數信對其清零通過對于其清零端與使能端置低電平完成，而兩位已內置好74LS48的數

6、碼管通過與74LS161的輸出管腳來實現時間的顯示。在顯示電路中還有一些 與非，這些與非門是用于實現對 30s的控制，計數的開始、清零，報警聲音的產生與主持人復位電路的實現.74E怕I圖5:計時電路Truth TableswLOAD口 ENAR.E電WLFP EXft&LFLMOCoinnection Diagram nppLi SiTOJTS cmr i Vee CHJTPVrDATA flPlfTS看 PTK QA UHRTCHJTTUTULE扁付CW M Go enaw. TCLXCLREMPEMTLoadFunctiwiXLXXClearXHLHCojuL & RC dibldXHLH

7、HCoLtiKksabloaXHLLHGtwnr i HG diwbisd1HXLLeadTHHHHhcrwnwt CcunierW160/HC161K 工 rxgh RMHL L KwK = mi l Ug f = tow 田 巾Order Mumber MM54HC161/102/163W MM74HC160/161/162/163CLKCLREMFENTLoadFunctkniTLXXXctw/HHLHCaunl & RC dibladXHLHHDolul cfesableaXHLLHCtwnr 4 RC diMbisdTHKXLLoddTHHHHIncforncnt CounterTU

8、F/5WB-HC162/HClfl3圖6: 74LS161資料2.2.2 計時部分由555定時器產生時間脈沖，參賽選手按動搶答鍵時，即出現正脈沖，定時 時間15S,當第一次出現低電平時燈泡熄滅，表示答題時問到，然后主持人即可 按復位。：3JyFR2C376THC4. 0-,01-uF- sTEHT 尸rR7 ：71kU11圖7:555定時電路它基本原理是，由于電容C的兩端的電壓不能突變，定時器的2端電壓低觸 發(fā)端為低電平，輸出端3為高電平。電源經過R、R2給電容C充電，當電容的電 壓充到電源電壓的2/3時，555內部的MO箔導通，輸出為低電平。接著電容通 過R和已經導通的MOg放電，當電容的兩

9、端電壓下降到低于 1/3的電源電壓 時，MO第截止電容放電停止，此時電源通過 R、R再次向電容充電，如此反復， 形成震蕩，從而在3端得到時鐘脈沖源輸出，根據公式： 周期 t= (R1+2R2 XCX ln2=0.7 (R1+2R2 C。高電平：TW 1 = 0.7 (R1+R2 C= 1 S?。篟20=1k (實際因找不到1k的，所以選用1.2k) R7=71kC4=0.01UfC3=10uF2.3 選手計分電路設計選手計分電路通過使用可加可減的 74LS192來完成，當其5管腳為上升沿 是，其數值加一；而當4管腳為上升沿時，其數值減一。而上升的產生則通過使 用電源、地與一個按鈕完成。選手分數

10、的顯示通過使74LS192的輸出管腳與已內置好74LS48的數碼管相連來完成。具體來說管腳 9、10、1、15四管腳懸空, 3、2、6、7四個管腳與數碼管的Qa、Qb、Qc、Qd相連，清零端置高，載入數據端置低圖8:選手積分電路Connection DiagramOuihln*LJnitt Pack叼，HlTUP/MHI-IOrdr Number MMi4HC192/193 or MM74HC197/193M iPUMlUFFE(iunpyilUFTCKI TOLFfEUSuntCl*ariLoiadFunctionUpDowntHLHGOunt UpHTLHCow t Do 所XXHXClM

11、fXXLLLiMdTruth TableH = high PML - ikw* levelI - trsnaibdri tw 曲xl白 *i 典X - don；圖9: 74LS192資料從真值表中我們可以看出其計數脈沖為上升沿有效，對于 4、5管腳的脈沖依 次會產生減數、加數功能，而 Load端口可以將預設值傳入輸出端口。而 Clear 作為清零端口，低電平有效。第3章硬件電路的調試1 .仿真軟件簡介Proteus是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于 Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟 件的特點是：實現了單片機仿真和

12、 SPICE電路仿真相結合。具有模擬電路仿真、數字電路 仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調試器、SPI調試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分 析儀、信號發(fā)生器等。支持主流單片機系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：ARM7(LPC21xx)、8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多種外圍芯片。 提供軟件調試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設置斷點等調試功能， 同時可以觀察各個變量、寄存器等的當前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三萬的軟件編譯和調試環(huán)境，如

13、Keil C51 uVision2、MPLAB等軟件。具有強大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。proteus6.5是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具，真的很不錯?？梢苑?真51系列、AVR,PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD,RAM,ROM,鍵盤，馬 達,LED,AD/DA,部分SPI器件，部分IIC器件，）其實proteus與multisim比較類似，只不過它可以仿真 MCU!當然，軟件仿真精度有限，而且不可能所有的器件都找得到相應的仿真模型，用開發(fā)板和仿真器當然是最好選擇，可是估計初學者有的可能性比較小吧？如果你在學 5

14、1單片機，如果你想自己動手做做LCD,LED,AD/DA,直流馬達,SPI,IIC,鍵盤，的小實驗的話，試一下吧，不會讓你失望的！用51不管你是用匯編或是 C編程當然要用keil啦（那個medwin實在不怎 么樣） ,uvisoin3有不少新特性呢！使用keil c51 v7.20 + proteus 6.5 可以像使用仿真器一樣調試程序，一般而言, 微機實驗中用萬利仿真器+電工系自己做的實驗板的實驗都可以做得到吧！仿真結果:2 .電路調試過程整機電路安裝、調試（1）安裝因為設計電路圖時，為將芯片個數考慮進去，所以該設計方案用到了較多 的芯片，而開發(fā)板上僅僅提供了 14個槽位，所以我安裝的思路

15、是小模塊安裝在 面包板上，主模塊安裝在開發(fā)板上，兩者相連的與非門、非門都安裝在開發(fā)板上。在安裝前先要測試一下開發(fā)板上數碼管的好壞， 采用將數碼管的四個管教全部接高電平的方法，觀察數碼管是會否顯示為 8，如果是則數碼管是好的，反之則數碼管壞了。安裝調試的先后順序如下， 先安裝選手積分電路部分， 原因在于此電路與其他電路相對獨立， 可以將電路搭在面包板上， 這樣就只需與開發(fā)板連接電源就可以使用，既方便調試又可使連線清楚。然后搭建 555 計時器電路， 其是計時電路的基礎。 先使用1.2K、 50K、 21K的電阻，0.01uF、 10uF 電容搭建于面包板上。而后搭建由兩個74LS192 構成的計

16、時電路， 先讓其與 555 定時器相連可以顯示數字030s 的變化，而后再接周邊的幾個與非門，實現清零、報警、復位功能。這樣逐步進行搭建可以較快發(fā)現并改正搭建過程中產生的問題。最后安裝選手搶答電路， 之所以將這部分內容放在最后， 其一在于其功能的測試需要通過計時電路才能實現， 其二在于選手搶答電路所需芯片較多， 電路接法最為復雜，在前面電路接完后，把握會比較大。最后部分選用搭建四路中的一路， 先將一路的功能實現， 余下的三路就好搭建的多了。 選手搶答電路四路具有極大的相似性， 且芯片管腳的利用率也較低，接線方便。（ 2）調試1 .選手積分電路調試選手積分電路設計上要實現對于選手加減分功能， 但

17、在實際使用中出現了一種情況， 按下按鈕會使計數一次加二或一次減二。 進過分析， 我覺得這是因為我使用的是按鈕中的鐵片抖動造成的，我想通過RS 觸發(fā)器來搭建個防抖動電路，來消除抖動造成的連續(xù)加數。2 .計時電路調試在搭建過程中，發(fā)現74LS192 的 1 與 15 管腳不需相連，相連后回造成進位問題；并且在數值由 19 向 20 進位的時候會出現問題，進位后并不顯示20，顯示出 10， 但是由 9 進位為 10 的時候并未發(fā)生問題， 這個問題當時并未得到解決。第二天其自動好了。在使用十位的低兩位作為停止計時與報警的輸入信號， 發(fā)現一個與非門連出兩條線無法實現， 可能是因為電流不足， 無法驅動其兩

18、個功能的電路， 所以我采用了兩個與非門分別實現。3 . 選手搶答電路調試選手搶答電路設定使用的是共陽極的數碼管， 但是開發(fā)板上使用的共陰極數碼管，所以我在此使用了四路反相器來使設計圖與開發(fā)板情況相同。4 . 總結本電路使用了 74LS373鎖存器，74LS48編碼器，555定時器，譯碼器數碼管等構成搶答電路， 倒計時電路。 還使用了 74ls192 等電路實現計分功能， 并利用 使能端與一些門電路，實現各項鎖存，鳴叫，清零等功能，總結如下：優(yōu)點 ： 電路功能原理清晰， 各項功能均達到了要求； 電路各部分獨立性較好，連線方便，便于尋錯糾錯，基本滿足了普通競賽的搶答要求。缺點 ： 1. 在主持人清

19、零前， 選手不需要先將按鈕彈回， 否則主持人無法進行清零。 2. 在電路采用的是順計時，即計0 到 30，而非倒計時。3. 選手使用的是非自動上彈型按鈕。第 4 章 結束語1 設計體會此次為期 5 天的數電課程設計， 將理論與實踐有機地結合， 既考查了同學對理論知識的掌握程度， 由反映了實際動手能力， 更主要的是考查了同學對知識的綜合運用以及創(chuàng)新設計思維能力，為今后的發(fā)展提供了一次良好的學習環(huán)境。針對課設題目四路搶答器， 一開始還沒有頭緒， 不會運用所學知識進行有效設計， 但通過上網查閱各種類似的設計， 去圖書館翻閱相關設計書籍， 查閱所提供的芯片功能， 確定基本設計方案， 又通過仿真驗證試驗方案的可實行性， 雖說比較煩雜但卻對設計一個電路有了基本的經驗。同時也使自己認識到：1、設計思路是整個設計的靈魂拿下每個課題能有一個非常清晰的設計思路是至關重要的。 只有對課題的充分理解， 對各種器件的熟練掌握， 勾畫出基本的設計圖是成功的關鍵， ，必須多花時間在設計上才能為后續(xù)工作提供更扎實的基礎。翻閱