8路搶答器的數(shù)字電路 (1)

1、數(shù)字電子技術課程設計報告8路智力搶答器設計與制作設計要求：1、可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽；2、主持人控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始；3、搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能；4、搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設定；5、具有報警功能。設計人：羅帥學號： 專業(yè)：08電氣班級：1成績： 評閱人： 哈爾濱應用技術職業(yè)技術學院8路智力搶答器設計與制作8路智力搶答器是一種用數(shù)字電路技術實現(xiàn)由主持人控制、定時搶答、報警功能的裝置。他是在規(guī)定的時間內(nèi)進行搶答。一旦有人搶答，顯示器上會同時顯示搶答時間和搶答選手號碼。當超出規(guī)定時間時，即使搶答，不會顯示選手號碼。8路

2、智力搶答器包括組合邏輯電路和時序電路。通過此次設計與制作，進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法.且由于8路智力搶答器包括組合邏輯電路和時敘電路.通過它可以進一步學習與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。一、設計要求（一）設計指標 1、 計一個智力競賽搶答器，可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽，他們的編號分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應，分別是S0S7。2、給節(jié)目主持人設置一個控制開關，用來控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）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，若有選手按動搶答

3、按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管行顯示出選手的編號，同時揚聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。4、搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設定（如30s）。 當節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響。 5、參賽選手在設定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。6、 如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示

4、00。 （二）設計要求1、畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；2、元器件及參數(shù)選擇；3、電路仿真與調試；（三）制作要求 自行裝配和調試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。（四）編寫設計報告 寫出設計與制作的全過程，附上有關資料和圖紙，有心得體會。二、原理框圖搶答器系統(tǒng)原理框圖如下所示。它由主體電路和擴展電路兩部分組成，主體電路完成基本搶答后，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，禁止其他選手搶答，擴展電路完成定時搶答的功能，和搶答響鈴、倒計時為零時報警功能。 搶答按鈕優(yōu)先編碼電路鎖存器譯碼電路顯示電路主持人控制開關控制電路報警電路秒脈沖產(chǎn)生電路定是電路顯示電路主體電路擴展電路圖1 八路智力

5、搶答器的組成框圖三、元器件序號名 稱型 號數(shù)量1七段譯碼器74LS4812十進制加減計數(shù)器74LS19223555定時器CB55524優(yōu)先編碼器74HC14815RS鎖存器74LS279 26與非門74LS00 17非門74LS0438與門74LS11D19電阻根據(jù)具體要求 710電容16CE470AX 211蜂鳴器SP10212開關AZD1169113共陰極顯示器314搶答按扭DSWPK 115開關SPD1 16小燈泡PROBE117發(fā)光二極管A694B 2四、各功能塊電路圖及功能簡介l 主體電路電路圖如下：1、電路功能分析（1）優(yōu)先編碼電路（74LS148）分辨出搶答者編號，由鎖存器（74

6、LS279）鎖存，由譯碼器（74LS47）顯示編號；（2）控制電路對輸入電路進行封鎖，避免其他人兩次搶答；（3）Space開關置于“閉合”，顯示數(shù)碼管熄滅（黑屏），置于“斷開”，等待下一輪。（4）當有選手搶答時，譯碼器74LS47的BI/RBO出現(xiàn)高電平，此時蜂鳴器發(fā)生，報警有選手搶答。2、電路工作原理分析（1）RS觸發(fā)器“74LS47”的真值表 （2）RS觸發(fā)器“74LS148”的真值表 （3）RS觸發(fā)器“74LS279”的真值表（與非門）3、工作狀態(tài)（1）Space位于“消除”，觸發(fā)器“74LS279”的四個端接地（低電平），輸出端（1Q1，1Q2，2Q1，2Q2）全部為低電平，于是74L

7、S47的，顯示器燈熄滅。（2）74LS148選通輸入端（即），74LS148處于工作狀態(tài)，此時鎖存器不工作。（3）當Space位于“開始”端時，優(yōu)先編碼電路和鎖存器同時工作，等待輸入端（74LS148）的輸入端0、7輸入信號。（4）例如：按下“5”號，編碼器的輸出，即（CBA=010）經(jīng)RS儲存器后，1Q1=1,即，74LS279處于工作狀態(tài)，2Q2，2Q1，1Q2=101,經(jīng)過74LS47譯碼后，顯示器顯示“5”。 （5）1Q1，使74LS148的（即），74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其他鍵的輸入。（6）當按下的鍵松開后，74LS148的（即），但由于1Q的輸出端仍維持高電平不變，所

8、以仍然處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其他鍵的輸入。（7）當Space接地，才能復位，進入下一輪工作。l 拓展電路1、定時電路：由節(jié)目主持人根設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。可預置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器74LS192進行設計，具體電路如圖所示1、電路功能分析（1）通過十進制同步加/減計數(shù)器74LS192進行預置時間設置，由555定時器構成多諧振蕩器，產(chǎn)生時鐘脈沖，進行倒計時。（2）A開關置于“閉合”，顯示器顯示被置數(shù)30，置于“斷開”，開始進行30秒倒計時。2、電路工作原理分析“74LS192”的真值表減計數(shù)××&

9、#215;×110加計數(shù)××××110abcdabcd××000000×××××××1Q0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPDCPUCR輸出輸入該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關電路組成。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預置數(shù)控制端實現(xiàn)預置數(shù)，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計

10、數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時間到時，輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。 2、 控制電路設計時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能： 主持人將控制開關撥到“開始”位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)。 當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。 當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。 根據(jù)

11、上面的功能要求設計的時序控制電路如圖5所示。圖中，門G1的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸入使能端 。 下圖的工作原理是：主持人控制開關從“清除”位置撥到“開始”位置時，來自于圖2中的74LS279的輸出Q=0，經(jīng)G3反相，A1，則時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則“定時到信號”為 1，門G2的輸出=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，Q1，經(jīng) G3反相，A0，封鎖 CP信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時門G2的輸出=1，74LS14

12、8處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當定時時間到時，則“定時到信號”為0， =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。同時門G1處于關閉狀態(tài)，封鎖 CP信號，使定時電路保持00狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能的要求。五、總接線元件布局簡圖六、總結1 實驗過程中遇到的問題及解決方法（1） 對搶答器數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能的處理 在實驗初期設計的電路基本功能電路中，選手搶答時，具有優(yōu)先級排列，電路顯示不具有穩(wěn)定性，不斷產(chǎn)生脈沖。在老師的幫忙，發(fā)現(xiàn)是在對SR鎖存器74LS279的接線上有問題，S和R端在不斷的被置為高電平和低電平，導致電路不穩(wěn)定，后仔細研究電路產(chǎn)生的脈沖，調試，得以實現(xiàn)搶答器對數(shù)

13、據(jù)鎖存顯示的功能。（2） 對定時搶答功能的處理 實驗初期，對十進制加減法計數(shù)器74LS192的真值表和555定時器各功能端度沒能掌握，導致對置數(shù)和產(chǎn)生脈沖進行減數(shù)兩個功能都沒能實現(xiàn)，后經(jīng)過上網(wǎng)和到圖書館查閱資料，并在老師的解釋下，了解了如何正確使用，經(jīng)多次連接實驗，最終實現(xiàn)定時搶答功能。（3） 報警功能設置經(jīng)查閱資料，得到報警功能設置的電路設計及時序控制電路如下：l 報警電路由555定時器和三極管構成的報警電路如下圖所示。其中555構成多諧振蕩器，振蕩頻率fo1.43（R12R2）C，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。l 時序控制電

14、路集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。由于所使用的multisim1.0仿真軟件沒有74LS121非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,所以無法調試該功能的有效性，但是我在基本功能的設置時添加了一個蜂鳴器，如果有選手搶答，則蜂鳴器發(fā)聲。另外在定時電路上也添加了蜂鳴器和指示燈，以達到報警功能。但是由于本人使用的multisim1.0仿真軟件又存在無法發(fā)聲的問題，所以無法驗證報警功能是否達到。2 設計體會實驗的初期，由于對整個的電路還不能從整體把握，只能從實驗書上的實驗要求出發(fā)，結合查找到的資料提出解決方案。通過多次連接他人的電路，不斷地發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，于是對電路的設計和要求有了自己的想法，并加以了嘗試。這次實驗是數(shù)電實驗的一個綜合性實驗，通