期末數(shù)電課程設計四路智力競賽搶答器設計

1、WORD格式數(shù)字邏輯期末課程設計四路智力競賽搶答器設計專業(yè)班級：計算機 0791學號： 12日期2021.6.12指導教師XX：陸超成績專業(yè)資料整理WORD格式1專業(yè)資料整理WORD格式多路智能搶答器設計前言關于這次設計的用于多人競賽搶答的器件，在現(xiàn)實生活中很常見，尤其是在隨著各種智益電視節(jié)目的不斷開展，越來越多的競賽搶答器被用在了其中，這種搶答器的好處是不僅能夠鍛煉參賽選手的反響能力，而且能增加節(jié)目現(xiàn)場的緊X、活潑氣氛， 讓觀眾看得更有情趣?？梢姄尨鹌髟诂F(xiàn)實生活中確實很實用，運用前景非常廣泛。在知識競賽中， 特別是做搶答題時，在搶答過程中， 為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要有一個系統(tǒng)

2、來完成這個任務。如果在搶答中， 只靠人的視覺是很難判斷出哪組先答題。 這次設計就是用幾個觸發(fā)器以及三極管巧妙的設計搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。本文主要介紹了搶答器的工作原理及設計，以及它的實際用途。目錄1前言22設計內容及要求33 系統(tǒng)設計方案設計方案的比擬和選定44電路工作原理(設計思路 )65元電路設計參數(shù)計算及元器件選擇106完整電路圖177系統(tǒng)需要的元器件清單188總結與體會189參考文獻18專業(yè)資料整理WORD格式2專業(yè)資料整理WORD格式一 .設計內容及要求該電路的根本任務時準確的判斷出第一搶答者的信號并將其鎖存。實現(xiàn)這一功能可

3、用觸發(fā)器和鎖存器等。在得到第一信號后應立即將電路的輸入封鎖，即使其他組再次發(fā)出搶答信號也無效。 同時還必須注意，第一搶答信號應該在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。當電路形成第一搶答信號之后，用編碼、 譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答者的組別，也可以用發(fā)光二級管直接指示出組別。1 . 根本功能(1) 搶答器同時供4 名選手或 4 個代表隊比賽，分別用4 個按鈕 S0 S3表示。(2) 設置一個系統(tǒng)去除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。用來控制系統(tǒng)清零編號顯示數(shù)碼管滅燈和搶答的開場。(3) 搶答器具有鎖存與顯示功能。即搶答開場后，選手按動按鈕，鎖存相應的編號，并在編號顯示器上顯示該編號。同時封鎖輸入

4、編碼電路，制止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)去除為止。2 擴展功能選做(1) 搶答器具有定時搶答功能。要求定時器開場倒計時，并用定時顯示器顯示倒計時時間。(2) 參賽選手在設定時間 9 秒， 30 內搶答，搶答有效，同時定時器停頓倒計時，編號顯示器上顯示選手的編號， 定時顯示器上顯示剩余搶答時間， 并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(3) 如果定時搶答時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警音響持續(xù) 0.5 秒，并封鎖輸入編碼電路，制止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0 。3 . 搶答器的組成框圖定時搶答器的總體框圖如圖1 所示，它由主體電路和擴展電路兩局部組

5、成。主體電路完成根本的搶答功能， 即開場搶答后， 中選手按動搶答鍵時， 能顯示選手的編號， 同時能封鎖輸入電路，制止其他選手搶答。擴展電路完成定時搶答的功能。圖 1 所示的定時搶答器的工作過程是：接通電源時，節(jié)目主持人將開關置于“去除位置，搶答器處于制止工作狀態(tài)， 編號顯示器滅燈， 定時顯示器顯示設定的時間， 當節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開場 ，同時將控制開關撥到“開場位置，揚聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)， 定時器倒計時。 當定時時間到， 卻沒有選手搶答時， 系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路， 制止選手超時后搶答。 中選手在定時時間內按動搶答鍵時， 搶答器要完成以下四項工作： 優(yōu)先

6、編碼電路立即分辨出搶答者的編號， 并由鎖存器進展鎖存， 然后由譯碼顯示電路顯示編號； 揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意； 控制電路要對輸入編碼電路進展封鎖，防止其他選手再次進展搶答； 控制電路要使定時器停頓工作， 時間顯示器上顯示剩余的搶答時間， 并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。中選手將問題答復完畢，主持人操作控制開關，使系統(tǒng)回復到制止工作狀態(tài)，以便進展下一輪搶答。專業(yè)資料整理WORD格式3專業(yè)資料整理WORD格式搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶搶圖 1 定時搶答器總體框圖4 本實驗要求學生在所提供

7、的元器件X圍內設計一個4 人搶答器，其功能要求如下：（ 1能判別輸入量的優(yōu)先權；（ 2具有鎖存優(yōu)先判別功能；（ 3主持人開關可以恢復下一輪搶答；（ 4具有數(shù)字顯示和聲音提示。5 . 實驗室可將數(shù)字顯示和輸入開關電路板提供應學生，同學們只需將其與自己所設計并已接好的電路聯(lián)接在一起即可。二 .系統(tǒng)設計方案設計方案的比擬和選定2.1方案比擬：以下設計的是智力搶答器的方案流程圖：聲光提示搶答控制器專業(yè)資料整理WORD格式秒脈沖計時控制倒計時顯示主持人控 制專業(yè)資料整理WORD格式計分器顯示圖 2.1 方案一流程圖專業(yè)資料整理WORD格式4專業(yè)資料整理WORD格式搶答器主要是由四個三極管、和四個D 觸發(fā)

8、器以及四個或非門構成，其中三極管是與主持人一起配合使用，用來控制是否開場搶答，當主持人將開關接地時，三極管截至， 此時三極管可以當作一個二極管使用當有選手搶答時就通過三極管將信號傳送給D 觸發(fā)器， D觸發(fā)器在將信號傳送給或非門并將其他選手鎖存，同時將信號送給發(fā)光二極管與喇叭。其工作原理是當主持人按下?lián)尨痖_關時，選手能進展搶答。當有選手搶時，搶答信號就通過三極管傳入D 觸發(fā)器，并且最先收到搶答信息的D 觸發(fā)器送出一個反饋信號將其余三位選手的信號封鎖。中選手答復完畢問題時，主持人啟動計分器，并且給該選手加上或減去分數(shù)。計分器通過譯碼器將信號傳送給一數(shù)碼管顯示出來。選手搶答按專業(yè)資料整理WORD格式

9、主持人控制定時器倒計時器顯示時間搶答控制器聲光提示專業(yè)資料整理WORD格式圖 2.2 方案二流程圖方案二的搶答器那么主要是由四個RS 觸發(fā)器，一個 74LS48 以及一個優(yōu)先編碼器74LS148 構成，其中四個RS 觸發(fā)器的輸出接74LS48 ， 74LS48 在接數(shù)碼管， R 端接 5V電源其如圖5v10kR.QQQQRSRSRSRS.主持人圖 2.3RS 觸發(fā)器S 端接 74LS48 連接選手的輸入信號，當主持人將開關接通時，RS 觸發(fā)器的R 端為低電平，輸出端也全部為低電，選手不能搶答。當斷開時，RS 觸發(fā)器處于工作狀態(tài)中，當有選手搶答時，信號輸入S 端，并且鎖定其他選手。專業(yè)資料整理W

10、ORD格式5專業(yè)資料整理WORD格式方案論證及選擇通過以上兩種方案的比擬可知，方案一的設計是每當有選手搶答成功時，都會有聲光伴隨，而且是具體到每一位，給人直觀的感覺。方案二的設計那么是用一個數(shù)碼顯示器顯示搶答成功者的， 與第一個相比顯得不能讓人一下就反映過來誰是搶答成功者；另外方案一更加的簡潔、 易行，而且使用到的元器件也都是我們所常用到的一些元件比方：555 ，74LS148以及開關 二極管 電容 電的電路與方案二比擬顯得更簡單、明了。這樣就是就選擇第一種方案。三 . 電路工作原理 (設計思路 )1 、搶答電路設計搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯

11、碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和 RS 鎖存器 74LS279可以完成上述功能。查看優(yōu)先編碼器74LS148和 RS 鎖存器 74LS279的功能表和引腳圖等使用資料。也可以選用其他的器件完成此功能。工作過程：開關S 置于 " 去除 " 端時， RS 觸發(fā)器的 端均為，個觸發(fā)器輸出置，使74LS148 的 ，使之處于工作狀態(tài)。 當開關 S 置于 " 開場 " 時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將鍵按下時 如按下 S5 ，74LS148 的輸出 經(jīng) RS 鎖存后， 1Q=1, =1,74LS48處于工作狀態(tài)，

12、Q Q Q=101, 經(jīng)譯碼顯示為 " " 。此外， 1 ，使 74LS148，處于制止狀態(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， 使 ， 所以 74LS148 仍處于制止狀態(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開關重新置" 去除 "然后再進展下一輪搶答。專業(yè)資料整理WORD格式6專業(yè)資料整理WORD格式表、74LS148 的功能真值表專業(yè)資料整理WORD格式7專業(yè)資料整理WORD格式8專業(yè)資料整理WORD格式2 、定時電路設計節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設定一次搶答的

13、時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進展預置，可以選用十進制同步加/ 減計數(shù)器74LSl92 進展設計，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。器構成圖如下：專業(yè)資料整理WORD格式9專業(yè)資料整理WORD格式四 .單元電路設計參數(shù)計算及元器件選擇1 . 74LS48 芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中，下面我就給大家介紹一下這個元件的一些參數(shù)與應用技術等資料。2 . 74LS279 中文資料 .:54/74279四/R-/S鎖存器專業(yè)資料整理WORD格式10專業(yè)資料整理WORD格式簡要說明 :279 為四個 /R-/S鎖存器，共有54/74279和 54/7

14、4LS279兩種線路構造型式,其主要電器特性的典型值如下( 不同廠家具體值有差異):型號tPD PD54279/74279 12ns 90mW54LS279/74LS279 12ns 19mW四個鎖存器中有2 個具有2 個置位端 /SA,/SB 。當/S為低電平， /R為高電平時，輸出端Q 為高電平。當 /S為高電平， /R為低電平時， Q 為低電平。當 /S 和 /R 均為高電平時，Q 被鎖存在已建立的電平。當/S和 /R均為低電平時，Q 為不穩(wěn)定的高電平狀態(tài)。對/SA 和 /SB ，/S 的低電平表示 /SA 和/SB 只要有一個為低電平，/S 的高電平表示 /SA 和 /SB 均為高電平

15、。引出端符號：1Q4Q輸出端/1S/4S置位端低電平有效/1R/4R復位端低電平有效外部管腿圖：邏輯圖：真值表：專業(yè)資料整理WORD格式11專業(yè)資料整理WORD格式3 . 74LS148在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時輸入兩個以上編碼信號。不過在設計優(yōu)先編碼器時，已經(jīng)將所有的輸入信號按優(yōu)先順序排了隊。在同時存在兩個或兩個以上輸入信號時，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級高的輸入信號編碼，優(yōu)先級低的信號那么不起作用。74148是一個八線 -三線優(yōu)先級編碼器。如下圖的是八線- 三線編碼器 74148 的慣用符號及管腳圖引腳圖。專業(yè)資料整理WORD格式12專業(yè)資料整理WORD格式74148 優(yōu)先編碼器為 16 腳的集

16、成芯片，除電源腳VCC(16) 和 GND(8)外，其余輸入、輸出腳的作用和腳號如圖中所標。 其中 I0 I7 為輸入信號， A2,A1,A0 為三位二進制編碼輸出信號， IE 是使能輸入端， OE 是使能輸出端， GS 為片優(yōu)先編碼輸出端。由74148真值表可列輸出邏輯方程為：A2 = (I4+I5+I6+I7)IEA1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)·IEA0 = (I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)·IE使能輸出端OE 的邏輯方程為：OE =I0 ·I1 ·I2 ·I3 ·I4 ·I5 &#

17、183;67 ·IE當使能輸入 IE=1 時，制止編碼、輸出 (反碼 )： A2,A1,A0 為全 1 。( 如表 5.1.2 第一行所示。 )當使能輸入IE=0 時，允許編碼，在I0 I7 輸入中，輸入I7 優(yōu)先級最高，其余依次為：I6,I5,I4,I3,I2,I0， I0 等級排列。OE 為使能輸出端， 它只在允許編碼 (IE=0) ， 而本片又沒有編碼輸入時為 0 。如表 5.1.2 中第二行所示 ) 。擴展片優(yōu)先編碼輸出端GS 的邏輯方程為：專業(yè)資料整理WORD格式13專業(yè)資料整理WORD格式GS = (I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7)·IEGS 為

18、片優(yōu)先編碼輸出端，它在允許編碼(IE=0) ，且有編碼輸入信號時為0( 如表 5.1.2中第三至第十行) ；假設允許編碼而無編碼輸入信號時為1( 如表 5.1.2 第二行 )；在不允許編碼(IE=1) 時，它也為 1( 如表 5.1.2 第一行 ) 。GS = 0 表示“電路工作，而且有編碼輸入74148用兩片 74148 優(yōu)先編碼器擴展為十六線- 四線優(yōu)先編碼器的連線圖4 . 十進制可逆計數(shù)器74LS192 引腳圖管腳及功能表74LS192 是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有去除和置數(shù)等功能，其專業(yè)資料整理WORD格式14專業(yè)資料整理WORD格式引腳排列及邏輯符號如下所示：圖

19、5-4 74LS192 的引腳排列及邏輯符號 a 引腳排列(b)邏輯符號圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)端，為減計數(shù)端，為非同步進位輸出端，為非同步借位輸出端，P0 、P1 、 P2 、P3 為計數(shù)器輸入端，為去除端， Q0 、 Q1 、Q2 、 Q3 為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下：輸入輸出MPPPPQQQQR321032101×××××××000000××dcbadcba011××××加計數(shù)011××××減計數(shù)74LS192 的功能表

20、5.555定時器555 定時器內部構造的簡化原理圖如下，它由3 個阻值為5k 的電阻組成的分壓器、兩個電壓比擬器 C1和 C2 、根本 RS 觸發(fā)器、放電BJT 以及緩沖器 G 組成。定時器的主要功能取決于比擬器的輸出控制RS 觸發(fā)器和放電BJT T 的狀態(tài)。圖中 Rd專業(yè)資料整理WORD格式15專業(yè)資料整理WORD格式為復位輸入端，當Rd 為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出Vo 為低電平。因此在正常工作時，應將其接高電平。圖 3.4555 構造原理圖由圖可知，當5 腳懸空時，比擬器C1 和 C2 的比擬電壓分別為2/3Vcc和 1/3Vcc 。當 VI1>2/3Vcc， VI2

21、>1/3Vcc時，比擬器C1 輸出低電平，比擬器C2 輸出高電平，基本 RS 觸發(fā)器被置0，放電三極管T 導通，輸出端Vo 為低電平。當 VI1<2/3Vcc， VI2<1/3Vcc時，比擬器C1 輸出高電平 ,比擬器 C2 輸出輸出低電平，根本 RS 觸發(fā)器被置1，放電三極管截止，輸出端Vo 為高電平。當 VI1<2/3Vcc ， VI2>1/3Vcc 時，根本 RS 觸發(fā)器 R=1 、S=1 ，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路以保持原狀態(tài)不變。表 3.2555 功能表輸入輸出閥值輸入R出發(fā)輸入S復位 Rd 輸出放電管 TVI1 VI2 Vo××00導通<2/3Vcc1<1/3Vcc011截止>2/3Vcc0>1/3Vcc110導通<2/3Vcc1>1/3Vcc11不變不變五 . 完整電路圖專業(yè)資料整理WOR