數(shù)電課設(shè)搶答器

1、數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)報(bào)告系 別： 物理系 專 業(yè)： 電子信息工程 指導(dǎo)教師： 薛艷輝 班 級： 1402 姓 名： 李海燕 呂 梁 學(xué) 院2016.6課程設(shè)計(jì)任務(wù)書院（系）： 物理系 專業(yè) ：電子信息工程學(xué) 號20140506213學(xué)生姓名李海燕班級1402課程設(shè)計(jì)（論文）題目競賽搶答器設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)設(shè)計(jì)目標(biāo)：設(shè)計(jì)并仿真實(shí)現(xiàn)一個競賽搶答器基本要求： 1、搶答器可供四組使用，搶答指示用發(fā)光二極管2、記分部分獨(dú)立，并且具有預(yù)置、遞增、遞減功能指導(dǎo)教師評語及成績 成績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日摘要隨著我國經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多競爭場合要求有快速公正的競爭裁決，例如證券、股票交

2、易以及各種智力競賽等。在現(xiàn)實(shí)生活中很常見，尤其是在隨著各種智益電視節(jié)目的不斷發(fā)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應(yīng)能力，而且能增加節(jié)目現(xiàn)場的緊張、活躍氣氛，讓觀眾看得更有情趣?？梢姄尨鹌髟诂F(xiàn)實(shí)生活中確實(shí)很實(shí)用，運(yùn)用前景非常廣泛。在知識競賽中，特別是做搶答題時(shí)，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)來完成這個任務(wù)。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(shè)計(jì)就是用幾個觸發(fā)器以及三極管巧妙的設(shè)計(jì)搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)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(shè)計(jì)，

3、以及它的實(shí)際用途。數(shù)字搶答器有主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽組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(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能。搶答開始后，若有選手安東強(qiáng)大按鈕，編號立即鎖存，并數(shù)碼管上顯示選手的編號，同時(shí)揚(yáng)聲器給出聲音提示；同時(shí)封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 【關(guān)鍵詞】智力搶答，數(shù)字搶答器，鎖存器目錄緒論基于數(shù)字電子技術(shù)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新看起來似乎永無止境，而且它們也的的確確在方方面面日益完善和豐富著我們每個人的日常生活和工作。隨著科技的進(jìn)步和社會的發(fā)展，現(xiàn)代

4、電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)越來越注重產(chǎn)品的易使用型，人機(jī)界面一定要良好。聲音、圖象等作為人類交往的最重要手段，也被體現(xiàn)在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。采用一顆語音芯片，讓產(chǎn)品開口說話，可以起到強(qiáng)化宣傳品牌、指導(dǎo)用戶使用、故障緊急提示、娛樂等功能，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)新穎實(shí)用、先聲奪人、出奇制勝。1、 搶答器的基本工作原理整個電路框圖主要分為兩部分，一個是計(jì)時(shí)部分，一個是搶答電路，其中搶答器電路由，編碼器電路，RS觸發(fā)電路，譯碼器電路，數(shù)碼管顯示電路組成，封鎖電路由三個或門組成，其作用是只讓先按下的有效，而后按下的無效，主持人按鈕用來將電路復(fù)位，并將輸出清零和編碼電路解除封鎖，譯碼電路用來譯出編碼，數(shù)碼顯示部分用來顯示按下的選手號碼

5、，555定時(shí)電路用來定答題的時(shí)間。 2.2 系統(tǒng)框圖 當(dāng)主持人宣布開始，定時(shí)電路開始秒脈沖電路的作用而進(jìn)行倒記時(shí)，并通過譯碼器在顯示器中顯示。報(bào)警電路給出聲音提示。當(dāng)選手首先按某一開關(guān)鍵時(shí)，可通過觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)并鎖存，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電平信息，同時(shí)為防止其它開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂，最先產(chǎn)生的輸出電平變化又反過來將觸發(fā)電路鎖定。然后在譯碼器中譯碼，將觸發(fā)器輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)。最后在顯示電路中顯示出所按鍵選手的號碼。若有多個開關(guān)同時(shí)按下時(shí)，則在它們之間存在著隨機(jī)競爭的問題，結(jié)果可能是它們中的任一個產(chǎn)生有效輸出。如圖2.1搶答按鈕觸發(fā)器鎖存電路譯碼電路主持人控制開關(guān)控制電

6、路報(bào)警電路秒脈沖產(chǎn)生電路定時(shí)電路譯碼電路顯示電路顯示電路 圖2.1系統(tǒng)框圖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顯示在電子顯示管上。2、此后選手輸入被鎖住，如果主持人按下復(fù)位鍵則編號顯示處不作任何顯示。3、然后選手開始作答，作答的時(shí)間少于30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、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。 2.3 方案比較方案1：采用CD4511芯片作為搶答信號的觸發(fā)、鎖存和譯碼輸出。這樣雖然比較簡便，但實(shí)際在實(shí)現(xiàn)鎖存功能時(shí)比較繁瑣難實(shí)現(xiàn)。方案2：采用JK觸發(fā)器和譯碼器來完成搶答部

7、分。雖然元件較多，但在實(shí)現(xiàn)鎖存功能時(shí)可以簡單的實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過對比兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用搶答信號鎖存簡單實(shí)現(xiàn)的方案2。然后利用軟件proteus來進(jìn)行仿真調(diào)試，再進(jìn)行逐步改進(jìn)。單元電路設(shè)計(jì)1、搶答器按鍵保持與封鎖電路圖2 按鍵保持與封鎖電路該電路可以完成兩個功能：一是能夠分辨出選手按鍵的先后順序，并且能夠鎖存優(yōu)先搶答選手的號碼，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號；二是后面的選手按鍵操作將無效。工作過程：開關(guān)J6開啟時(shí)，則輸入為高電位“1”，經(jīng)過四個或非門后變成低電位“0”。則四個D觸發(fā)器的異步復(fù)位端將觸發(fā)器置“0”，搶答電路處于系統(tǒng)清零狀態(tài)；當(dāng)J6閉合時(shí)，搶答電路處于工作狀態(tài)。當(dāng)搶答開始，若J1先按鍵，則Q

8、1端輸出高電位“1”通過或非門變成低電位“0”，將其他D觸發(fā)器置0，則搶答信號輸出為“1110”（J4J3J2J1），然后通過輸出選手號碼顯示電路顯示對應(yīng)號碼。2、選手號碼顯示電路圖3選手號碼顯示電路 該電路由優(yōu)先編碼器74LS148N（1）四路搶答器原理見圖-1圖-1該電路由四個D觸發(fā)器、與非門及脈沖觸發(fā)電路等組成。其中S1，S2，S3、S4為搶答人按鈕，S5為主持人復(fù)位。74LS175為四D觸發(fā)器。無人搶答時(shí)，S1S4均未被按下，1D4D均為低電平，在555定時(shí)器電路產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖作用下，1Q立即變?yōu)楦唠娖剑瑢?yīng)指示燈X1發(fā)光，同時(shí)數(shù)碼管顯示為1，將555定時(shí)脈沖封鎖，此時(shí)送給74ls175

9、的CLK端不再有脈沖信號，所以74LS175輸出不再變化，其他搶答者再按下按鈕也不起作用，從而實(shí)現(xiàn)了搶答。若要清除，則由主持人按S5按鈕完成，并為下一次搶答做好準(zhǔn)備。3.2 編碼器電路的設(shè)計(jì)編碼器采樣74ls148作為編碼芯片，將輸入的信號進(jìn)行編碼，然后輸出2二進(jìn)制碼，輸出接到74279上，A0 ，A1 ，A2 均分別接到74279的S上，當(dāng)輸出均為高時(shí)表示無選手按下，為無效電平，RS觸發(fā)器輸出為低，即無編碼輸出。74ls148芯片及真值表如下：74LS48的引腳排列： 真值表如下：燈測試輸入：LT 滅燈輸入 ： RBI鎖存使能輸入：BI A、B、C、D 是輸入端 a、b、c、d、e、f、g是

10、輸出端（2）定時(shí)器實(shí)現(xiàn)秒脈沖發(fā)生器由555定時(shí)器和外接元件R1、R2、C構(gòu)成多諧振蕩器。F=1Hz定時(shí)器電路見圖-2圖-2計(jì)數(shù)器由兩片74LS192同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器構(gòu)成利用錯位輸出端BO于下一級DOWN相連30循環(huán)設(shè)置為，十位片DCBA=0011 個位片DCBA=0000譯碼及顯示電路有譯碼驅(qū)動器74LS48和7段數(shù)碼管組成控制電路與非門U20A和U21A組成RS觸發(fā)器，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)器復(fù)位、計(jì)數(shù)和保持30電路如圖-3所示圖-34、8421BCD碼遞減計(jì)數(shù)器電路（3）報(bào)警電路(4)零點(diǎn)鎖存電路3.4 復(fù)位電路圖3.3JK說 明000000輸出狀態(tài)不變110011000輸出狀態(tài)與J端狀態(tài)相同10110

11、0011輸出狀態(tài)與J端狀態(tài)相同11111101每輸入一個時(shí)鐘脈沖輸出狀態(tài)改變一次10 表3.2.JK觸發(fā)器的功能表JK邊沿觸發(fā)器。將兩個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，因而JK觸發(fā)器此時(shí)Q輸出為1，再把Q送到兩個芯片的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。 4.1 總電路原理圖：圖4.14.3 元件清單型號數(shù)量型號數(shù)量74190274ls266741911七段顯示器474ls0454072274ls484J K觸發(fā)器

12、174ls1481555定時(shí)器1開關(guān)1按鍵4表4.1 五、硬件電路的調(diào)試5.1 仿真軟件簡介 Proteus 是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)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(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)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(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/

13、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(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)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(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2、MPLAB等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能?？傊撥浖且豢罴瘑纹瑱C(jī)和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。 proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具,真的很不錯。可以仿真51系列、AVR,PIC等常用的MCU及其外圍電路（如LCD,RAM,ROM,鍵盤,馬達(dá),L

14、ED,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件.） 其實(shí)proteus 與 multisim比較類似,只不過它可以仿真MCU！5.2仿真結(jié)果：六、結(jié)論與心得持續(xù)近三個星期的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，我們的設(shè)計(jì)雖然有一些小毛病，但總體上還是很成功的。三周的時(shí)間雖然很短暫，但從中獲益匪淺. 畢竟在課堂上學(xué)習(xí)的內(nèi)容真真正正能用到實(shí)際是有點(diǎn)超乎我們的想象，而且要把理論知識付諸實(shí)踐確實(shí)非一件易事。我從最初的設(shè)想設(shè)計(jì)一個什么樣的數(shù)字電路到繪制電路圖，然后打印排版，最后校正設(shè)計(jì)中的漏洞與不足。整個過程中我翻閱大量資料，跑遍圖書館各個能找到數(shù)電資料的角落，上網(wǎng)查找有關(guān)內(nèi)容，馬不停蹄思考如何繪制電路，并和周圍同學(xué)進(jìn)行著

15、一遍又一遍的交流與設(shè)計(jì)思想。首先對數(shù)字電路這門課程有了更深的了解，因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)本身要求將以前所學(xué)的理論知識運(yùn)用到實(shí)際的電路設(shè)計(jì)當(dāng)中去，在電路的設(shè)計(jì)過程中，無形中便加深了對數(shù)字電路的了解及運(yùn)用能力，對課本以及以前學(xué)過的知識有了一個更好的總結(jié)與理解；以前的數(shù)字實(shí)驗(yàn)只是針對某一個小的功能設(shè)計(jì)，而課程設(shè)計(jì)對我們的總體電路的設(shè)計(jì)的要求更嚴(yán)格，需要通過翻閱復(fù)習(xí)以前學(xué)過的知識確立了實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計(jì)方案，然后逐步細(xì)化進(jìn)行各模塊的設(shè)計(jì)。例如： 555定時(shí)器的使用原理和作用，用它構(gòu)成觸發(fā)器和振蕩器的方法，還有一個難題就是怎么來選擇我們所需要的芯片，從而實(shí)現(xiàn)我們所想實(shí)現(xiàn)的功能。其次，以前沒有接觸過仿真軟件，這次審計(jì)要使

16、用仿真軟件，所以學(xué)會了proteus 軟件的基本應(yīng)用，這對我們以后的工作和學(xué)習(xí)的幫助都很有用處。但是在電路仿真的過程中出現(xiàn)大量問題，需要我們細(xì)心解決，所以，我對電路故障的排查能力有了很大的提高。但由于是自己學(xué)習(xí)沒有專業(yè)指導(dǎo)難免有一些我們不了解的功能。所以我們以后要多接觸和了解一些仿真軟件，多向老師請教學(xué)習(xí)。最后，感謝學(xué)校給我們這次機(jī)會，鍛煉了我們的動手能力。通過這次課設(shè)讓我明白了理論和實(shí)際操作之間差距，而且也讓我很明確得意識到自己在數(shù)電上有很多的知識漏洞，以后應(yīng)該多鉆研一下。從這過程，我鍛煉了自己的動手能力，獨(dú)立思考能力，分析實(shí)踐能力，并學(xué)會了把自己的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和思路拿出來與大家分享。再次感謝老師的輔導(dǎo)以及同學(xué)的幫助?！凹埳系脕斫K覺淺，絕知此事要躬行”，由此看來實(shí)踐的重要，短短兩星期的課程設(shè)計(jì)，學(xué)到了很多的東西，最重要的是我自己動手把我學(xué)習(xí)的知識用于實(shí)踐，做出成功的作品，這才算真正學(xué)習(xí)到了東西?？傊@次實(shí)驗(yàn)我收獲頗多。實(shí)踐是獲得知識的一種最好的手段！七、參考文獻(xiàn)1、閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1989.2、張乃國.電子測量.北京：人民郵電出