位智能搶答器課程設(shè)計

1、沈陽航空航天大學課程設(shè)計（說明書）智能搶答器的設(shè)計班級 / 學號學生姓名指導教師沈陽航空航天大學課程設(shè)計任務(wù)書課程名稱電子技術(shù)綜合課程設(shè)計課程設(shè)計題目 智能搶答器的設(shè)計 課程設(shè)計的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計說明與技術(shù)指標用數(shù)字電路設(shè)計一個具有鎖存與顯示功能的8人搶答邏輯電路接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置于“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再

2、次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。二、設(shè)計要求1在選擇器件時，應(yīng)考慮成本。2根據(jù)技術(shù)指標，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。3畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規(guī)范化）。三、實驗要求1根據(jù)技術(shù)指標制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路，用軟件仿真。2進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1. 童詩白，華成英主編模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰寫課程設(shè)計報告成績 指導教師 日期 一、概述進入21世紀越來越來多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答記分器是必要設(shè)備。過去在舉行的各種競賽中我們經(jīng)?？吹接?/p>

3、搶答的環(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。人們于是開始尋求一種能不依人的主觀意愿來判斷的設(shè)備來規(guī)范比賽。因此，為了克服這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利用各種資源和條件設(shè)計出很多的搶答器，從最初的簡單搶答按鈕，到后來的顯示選手號的搶答器，再到現(xiàn)在的數(shù)顯搶答器，其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計時搶答，還兼具報警，計分顯示等等功能，有了這些更準確地儀器使得我們的競賽變得更加精彩紛呈，也使比賽更突顯其公平公正的原則。今天隨著科技的不斷進步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費很多元件僅來實現(xiàn)用指示燈和一些電路來實現(xiàn)

4、簡單的搶答功能，使第一個搶答的參賽者的編號能通過指示燈顯示出來，避免不合理的現(xiàn)象發(fā)生。但這種電路不易于擴展，而且當有更高要求是酒無法實現(xiàn)，例如參賽人數(shù)的增加。隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)字搶答器誕生了，它易于擴展，可靠性好，集成度高，而且費用低，功能更加多樣話，是一種高效能的產(chǎn)品。而如今在市場上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機技術(shù)進行設(shè)計，本次設(shè)計主要利用常見的74LS系列集成電路芯片和555芯片，并通過劃分功能模塊進行各個部分的設(shè)計，最后完成了八路智力競賽搶答器的設(shè)計。二、方案設(shè)計譯碼顯示鎖存器譯碼電路控制電路優(yōu)先編碼電路控制開關(guān)搶答按鈕報警電路脈沖信號發(fā)生電路定時電路譯碼電路顯

5、示電路圖1 智能搶答器電路的原理框圖如圖所示電路包括主體電路和擴展電路兩部分。其中主體電路完成基本的搶答功能，即主持人按下控制開關(guān)后，當選手按動搶答鍵時，數(shù)碼管顯示選手編號，同時封鎖輸入電路，其他選手搶答無效。擴展電路完成定時搶答的功能以及報警功能。圖1所示電路的工作過程是：接通電源后，主持人將控制開關(guān)置于“清除”處，此時搶答器處于禁止狀態(tài)，選手不能進行搶答，定時顯示器顯示設(shè)定的時間（30s），當主持人將控制開關(guān)置于 “開始”時，搶答器處于工作狀態(tài)，同時定時器開始倒計時。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，電路要完成以下功能： （1）優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后通過譯碼顯

6、示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號； （2）控制電路對其余輸入編碼進行封鎖，禁止其他選手進行搶答； （3）控制電路要使定時器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時間，當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)進行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)恢復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。當定時時間到，卻沒有選手搶答是，系統(tǒng)將報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。三、電路設(shè)計1.搶答電路此部分電路主要完成的功能是實現(xiàn)8路選手搶答并進行鎖存，同時有相應(yīng)發(fā)光二極管點亮和數(shù)碼顯示。使用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS373來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼

7、顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S 置于"清除"端時，RS 觸發(fā)器的 R、S 端均為0，4 個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148 的優(yōu)先編碼工作標志端 0，使之處于工作狀態(tài)。當開關(guān)S 置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148 的輸出經(jīng)RS 鎖存后，CTR=1,RBO =1, 七段顯示電路74LS48 處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR 1，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標志端，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他

8、按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148 的此時由于仍為CTR1，使優(yōu)先編碼工作標志端1，5 所以74LS148 仍處于禁止狀態(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。只要有一組選手先按下?lián)尨鹌鳎蜁⒕幋a器鎖死，不再對其他組進行編碼。通過74LS48譯碼器使搶答組別數(shù)字顯示0-7。如有再次搶答需由主持人將S 開關(guān)重新置“清除”然后再進行下一輪搶答。原理圖如下：圖2 搶答模塊原理圖表1 74LS148真值表輸入輸出1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX011101

9、1010XXX01111100010XX011111101010X0111111110010011111111110174LS148的輸入端和輸出端低電平有效。是輸入信號，為三位二進制編碼輸出信號，1時，編碼器禁止編碼，當0時，允許編碼。是技能輸出端，只有在0，而均無編碼輸入信號時為0。為優(yōu)先編碼輸出端，在0而的其中之一有信號時，0。各輸入端的優(yōu)先順序為：級別最高，級別最低。如果0（有信號），則其它輸入端即使有輸入信號，均不起作用，此時輸出只按編碼，000。優(yōu)先編碼被廣泛用于計算機控制系統(tǒng)中，當有多個外設(shè)申請中斷時，優(yōu)先編碼器總是給優(yōu)先級別高的設(shè)備先編碼2.譯碼顯示電路圖3 譯碼顯示電路二進制

10、譯碼器是將輸入的二進制代碼的各種狀態(tài)按特定含義翻譯成對應(yīng)輸出信號的電路。也稱為變量譯碼器。若輸入端有n位，代碼組合就有2n個，當然可譯出2n個輸出信號。顯示譯碼器由譯碼輸出和顯示器配合使用，最常用的是BCD七段譯碼器。其輸出是驅(qū)動七段字形的七個信號，常見產(chǎn)品型號有74LS48、74LS47等。字符顯示器：分段式顯示是將字符由分布在同一平面上的若干段發(fā)光筆劃組成。電子計算器，數(shù)字萬用表等顯示器都是顯示分段式數(shù)字。而LED數(shù)碼顯示器是最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。LED的死區(qū)電壓較高，工作電壓大約1.53V，驅(qū)動電流為幾十毫安。74LS47譯碼驅(qū)動器輸出是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管須采用共陽

11、極接法；而74LS48譯碼驅(qū)動器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管須采用共陰極接法。數(shù)碼管常用型號有BS201、BS202等。使用時，公陰極接地，7個陽極ag由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動。3. 倒計時電路圖4 倒計時模塊原理圖LED數(shù)碼管接收來自74LS192的輸出信號并顯示出來。74LS192的9，10，11，15引腳完成時間設(shè)定功能，本設(shè)計要求定時30秒，所以把左邊的芯片的1，15引腳接高電位，期于的全接低位，使的初始時間設(shè)定為30秒。555芯片完成產(chǎn)生秒脈沖的功能。工作過程為：搶答開始前，74LS192的置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為30，5引腳接高電位。搶答開始后，秒脈

12、沖沖推動右邊的芯片開始倒記時，同時右邊芯片產(chǎn)生的信號做為左邊芯片的CP信號推動左邊的芯片倒記時，完成十進制的倒記時功能。當有人搶答后1Q的輸出為1，經(jīng)過非門后變?yōu)?，通過與門屏蔽了秒信號，停止記時，完成顯示搶答時間的功能。當記到了30秒時，左邊的芯片產(chǎn)生的定時到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使得數(shù)碼管顯示為00。4. 脈沖電路圖5 555計時器電路圖其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：f0=1/(R1+2R2)*C*ln2=1.43/(R1+2R2)*C4、 性能的測試1. 脈沖電路的測試如圖表所示，該脈沖信號輸出波形為周期（T）=1s，頻率（f）=1Hz的脈沖表1 脈沖電路測試數(shù)據(jù)表R

13、1值(k)R2值(k)C值(F)頻率（Hz）周期(s)40401011圖6 脈沖電路周期2搶答電路測試圖7 搶答電路測試經(jīng)測試，當選手1在規(guī)定時間內(nèi)率先搶答時，LED數(shù)碼管顯示1.3. 電路整體性能測試圖8 整體電路測試 對電路的整體測試結(jié)果完全符合實驗最初設(shè)計要求，電路設(shè)計連接成功。5、 結(jié)論接通電源，開關(guān)打到預(yù)置端，倒計時數(shù)碼管顯示30。主持人撥動開關(guān)后，倒計時電路開始從30秒倒數(shù)，8路觸點開關(guān)處于待命狀態(tài)。若有選手按下所在開關(guān)（搶答），搶答電路顯示選手所在編碼（07），倒計時電路停止計時。同時其他選手所在的開關(guān)被鎖定，搶答無效。如果30秒倒計時結(jié)束后仍無人搶答，LED燈熄滅，倒計時電路鎖

14、定為00，搶答不再有效。這時只需主持人重新將開關(guān)打到預(yù)置段，整個電路全部回到初態(tài)。準備進行下一輪搶答。6、 性價比本實驗設(shè)計電路結(jié)構(gòu)簡單明了，元器件價格低廉，易獲取，且運行可靠。本實驗可實現(xiàn)性較高，性價比較高。7、 課設(shè)體會及合理化建議剛開始覺得這次課程設(shè)計的電路是比較復(fù)雜的。初期還是感到無從下手。這是我再一次接觸multisim軟件，熟練以后十分順手。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設(shè)計上，在多種方案的選擇中，我仔細比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通多次對電路的改進，上機仿真以及接線調(diào)試，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計過程中，我深刻的體會到在設(shè)計

15、過程中，需要反復(fù)實踐，其過程很可能相當煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。設(shè)計單元電路階段，這個階段可以說是考察數(shù)電書本知識的階段。所有的設(shè)計方法還有步驟在數(shù)電書上都有，而且還有例題。這個階段遇到的主要問題就是以前的知識忘記不少，所以做設(shè)計的時候要常隨手翻閱課本，等于是做了幾道數(shù)電作業(yè)題。這個階段的難度也不是很大，一般翻課本就可以找到答案并解決問題。實驗階段

16、可以說是這次設(shè)計中最重要的部分，因為以前的只是理論而不是真正的實體。所以說它是最重要的。實驗階段遇到的問題有：對軟件不熟悉；對實驗過程中信號的測量知識學習很少；因為各個模塊是分開做而后又組裝到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合為一個整體，部分工作能行但是接到一起就會出現(xiàn)問題）;針對以上幾個問題我作出了以下的“對策”:軟件不熟悉，就借來參考書，一步一步的對著學，而且老師給的資料上也有軟件的使用說明，所以隨著接觸的增加軟件也就越來越熟悉，這方面的問題不是太難因為一邊理論一邊學習正好是學習的好方法，而且也學的特別快。另外就是要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。這是應(yīng)用課本知識的大好時機?？傊ㄟ^這次課程設(shè)計我有了很多收獲。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增強了動手能力。在改進電路的過程中，同學們共同探討，最后的電路已經(jīng)比初期設(shè)計有了很大提高。在讓我體會到了設(shè)計電路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。參考文獻1.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 范文兵 清華大學出版社 20072.數(shù)字電路邏輯設(shè)計（第三版） 王毓銀 高等教育出版社 20053.數(shù)字電路實驗基礎(chǔ) 崔葛瑾 同濟大學出版社 20054.數(shù)字電路實驗與課程設(shè)計 呂思忠、施齊云 哈爾濱工程大學出版社 20015.Multsim9在電工電子技術(shù)中的應(yīng)用 董