_八路搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告[1]

1、南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院 課程設(shè)計(jì) 八路搶答器電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告課程設(shè)計(jì)名稱(chēng)： 數(shù)電課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目： 八路智能搶答器姓名：李蘇贛 班級(jí)學(xué)號(hào)：11043120專(zhuān)業(yè)： 電子信息科學(xué)與技術(shù) 同組人：汪越興 指導(dǎo)老師：楊素華南昌航空大學(xué)電子信息工程學(xué)院2013年10月29日目錄摘要-3前言-4第一章 設(shè)計(jì)要求 -51.1基本要求 -51.2提高要求 -5第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理-62.1系統(tǒng)的組成框圖-62.2系統(tǒng)的工作原理-7第三章 電路設(shè)計(jì)-83.1.1搶答電路的設(shè)計(jì)-83.1.2定時(shí)電路的設(shè)計(jì)-93.1.3報(bào)警電路的設(shè)計(jì)-103.1.4時(shí)序電路的設(shè)計(jì)-113 . 1 . 5總電路原理-

2、14第4章 電路實(shí)驗(yàn)與調(diào)試-154.1Multisilm仿真-154.2焊接-164.3調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決-16第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)-17參考文獻(xiàn)-19附錄（元件清單）-20摘 要介紹了數(shù)碼顯示八路搶答器電路的組成、設(shè)計(jì)及功能，電路采用74系列常用集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時(shí)、計(jì)時(shí)和報(bào)警功能。主持人通過(guò)時(shí)間預(yù)設(shè)開(kāi)關(guān)預(yù)設(shè)供搶答的時(shí)間，系統(tǒng)將完成自動(dòng)倒計(jì)時(shí)。若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)有人搶答，則計(jì)時(shí)將自動(dòng)停止；若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無(wú)人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響，提示主持人本輪搶答無(wú)效，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，若超過(guò)搶答時(shí)間則搶答無(wú)效。該搶答器主要運(yùn)用到了編碼器，譯碼器和鎖存器：它采用74

3、LS148來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答器的選號(hào)，采用74LS279芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)號(hào)碼的鎖存，采用74LS192實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制的減法計(jì)數(shù)，采用555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)來(lái)共同實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，采用74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號(hào)的輸出。通過(guò)課程設(shè)計(jì)提高和鞏固了所學(xué)的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，以及知識(shí)的綜合應(yīng)用和焊接技術(shù)。關(guān)鍵詞: 搶答器 編碼 譯碼 定時(shí) 報(bào)警前 言進(jìn)入21世紀(jì)越來(lái)越來(lái)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(xué)校和電視臺(tái)等單位常舉辦各種智力競(jìng)賽, 搶答記分器是必要設(shè)備。過(guò)去在舉行的各種競(jìng)賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過(guò)舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比

4、賽的不公平性。人們于是開(kāi)始尋求一種能不依人的主觀意愿來(lái)判斷的設(shè)備來(lái)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(jì)出很多的搶答器，從最初的簡(jiǎn)單搶答按鈕，到后來(lái)的顯示選手號(hào)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(lái)倒計(jì)時(shí)搶答，還兼具報(bào)警，計(jì)分顯示等等功能，有了這些更準(zhǔn)確地儀器使得我們的競(jìng)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(jìn)步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費(fèi)很多元件僅來(lái)實(shí)現(xiàn)用指示燈和一些電路來(lái)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的搶答功能，使第一個(gè)搶答的參賽者的編號(hào)能通過(guò)指示燈顯示出來(lái)，避免不合理的現(xiàn)象發(fā)生。但這種電路不易于擴(kuò)展，而

5、且當(dāng)有更高要求是酒無(wú)法實(shí)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(kuò)展，可靠性好，集成度高，而且費(fèi)用低，功能更加多樣話(huà)，是一種高效能的產(chǎn)品。而如今在市場(chǎng)上銷(xiāo)售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)主要利用常見(jiàn)的74LS系列集成電路芯片和555芯片，并通過(guò)劃分功能模塊進(jìn)行各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，最后完成了八路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)。第一章 設(shè)計(jì)要求1.1基本要求1) 搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S0  S7表示。2) 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān)S，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。3) 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選

6、手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，并在數(shù)碼管上顯示選手號(hào)碼。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 1.2提高要求1) 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開(kāi)始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的響聲，響聲持續(xù)0.5秒左右。發(fā)光二極管燈亮。2) 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。3) 如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。第二章

7、系統(tǒng)的組成及工作原理2.1系統(tǒng)的組成框圖：圖2.1 系統(tǒng)組成框圖2.2系統(tǒng)的工作原理：定時(shí)搶答器的總體框圖如下圖2.2： 圖2.2 搶答器工作框圖如圖所示電路包括主體電路和擴(kuò)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(kāi)關(guān)后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示選手編號(hào)，同時(shí)封鎖輸入電路，其他選手搶答無(wú)效。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能以及報(bào)警功能。圖2.2所示電路的工作過(guò)程是：接通電源后，主持人將控制開(kāi)關(guān)置于“清除”處，此時(shí)搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，選手不能進(jìn)行搶答，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間（30s），當(dāng)主持人將控制開(kāi)關(guān)置于 “開(kāi)始”時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，搶答器處于工作狀態(tài)，同時(shí)定時(shí)器開(kāi)始倒

8、計(jì)時(shí)。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，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(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后通過(guò)譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號(hào)；2) 揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響；3) 控制電路對(duì)其余輸入編碼進(jìn)行封鎖，禁止其他選手進(jìn)行搶答；4) 控制電路要使定時(shí)器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時(shí)間，當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢，主持人操作控制開(kāi)關(guān)進(jìn)行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)將報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。第三章 電路設(shè)計(jì)3.1.1、搶答電路的設(shè)計(jì)搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖存優(yōu)先搶答

9、者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無(wú)效。選用優(yōu)先編碼74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，其電路組成如圖3-1所示：圖3.1.1 搶答電路其工作原理是：當(dāng)主持人控制開(kāi)關(guān)處于“清零”位置時(shí)，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端（4Q1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人將開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，既搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號(hào)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按

10、下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時(shí)74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開(kāi)后，74LS148的YEX高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號(hào)仍不會(huì)被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，主持人操作控制開(kāi)關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。3.1.2、定時(shí)電路

11、的設(shè)計(jì)74LS48的7，6，2，3引腳接受來(lái)自74LS192的輸出信號(hào)并把它譯碼 顯示在數(shù)碼管上。74LS192的9，10，11，15引腳完成時(shí)間設(shè)定功能，本設(shè)計(jì)要求定時(shí)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(shí)間設(shè)定為30秒。555芯片完成產(chǎn)生秒脈沖的功能。工作過(guò)程為：搶答開(kāi)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(kāi)始后，秒脈沖沖推動(dòng)右邊的芯片開(kāi)始倒記時(shí)，同時(shí)右邊芯片產(chǎn)生的信號(hào)做為左邊芯片的CP信號(hào)推動(dòng)左邊的芯片倒記時(shí)，完成十進(jìn)制的倒記時(shí)功能。當(dāng)有人搶答后1Q的輸出為1，經(jīng)過(guò)非門(mén)后變?yōu)?，通過(guò)與門(mén)屏蔽了秒信號(hào)，

12、停止記時(shí)，完成顯示搶答時(shí)間的功能。當(dāng)記到了30秒時(shí)，左邊的芯片產(chǎn)生的定時(shí)到信號(hào)輸出為低電位，也屏蔽了秒信號(hào)，使得數(shù)碼管顯示為00。圖3.1.2 定時(shí)電路3.1.3報(bào)警電路的設(shè)計(jì)由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖3.1.3所示：圖3.1.3 報(bào)警電路其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：f0=1/(R1+2R2)*C*ln2=1.43/(R1+2R2)*C其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。PR為控制信號(hào)，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。3.1.4時(shí)序電路的設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：1) 主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶

13、答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)，2) 當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。3) 當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。根據(jù)上面的功能要求以及圖3.1.1和圖3.1.2，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖3.2.4所示：圖3.1.4(A) 搶答與定時(shí)電路的時(shí)序控制電路圖3.1.4(B) 報(bào)警電路的時(shí)序控制電路圖中，門(mén)G1的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門(mén)G2的作用是控制74LS148的輸入使能端ST。圖3-4（a）的工作原理是：主持人控制開(kāi)關(guān)從“清零”位置撥到“開(kāi)始”位置時(shí)，來(lái)自于圖3-1中的74LS279的輸出CTR=0，經(jīng)G3

14、反相，A=1，則從555輸出端來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，來(lái)自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BO2=1，門(mén)G2的輸出ST=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求；當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，CTR=1，經(jīng)G3反相，A=0，封鎖CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持狀態(tài)，門(mén)G2的輸出ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求；當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，來(lái)自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BO2=0，門(mén)G2的輸出ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答，門(mén)G1同時(shí)處于關(guān)門(mén)狀態(tài)，封鎖

15、CP信號(hào)，使定時(shí)電路為00狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求，74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間。3.1.5總電路如下圖所示:第四章 電路實(shí)驗(yàn)與調(diào)試4.1Multisilm仿真在焊接之前我們必須對(duì)電路用multisilm進(jìn)行仿真以確保電路的正確性,通過(guò)對(duì)仿真電路進(jìn)行調(diào)試后才能進(jìn)行焊接.仿真電路如下圖所示:4.2焊接 通過(guò)實(shí)驗(yàn)原理圖進(jìn)行實(shí)物焊接，焊接時(shí)能深刻體會(huì)到焊接工藝的重要性：各個(gè)芯片的引腳功能不能混淆，必須了解各個(gè)芯片的使用方法，內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用時(shí)的注意事項(xiàng)，該接電源的一定要接電源，該接地的一定要接地，且不能有懸空。同時(shí)在電路板上要預(yù)先確定電源的正負(fù)端，便于區(qū)分及焊接。正確焊接各芯片個(gè)管腳連

16、接必須查閱各種資料并記錄，以確保在焊接過(guò)程和調(diào)試過(guò)程中芯片不被燒壞，同時(shí)確保整個(gè)電路的正確性。在焊接完后每塊芯片都用萬(wàn)用表檢測(cè)，看是否有短接等，還有焊接時(shí)要盡量使布線(xiàn)規(guī)范清晰明了，這樣才有利于在調(diào)試過(guò)程中檢查電路。4.3調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法1) 顯示電路不穩(wěn)定問(wèn)題在完成電路的焊接進(jìn)入調(diào)試階段時(shí)發(fā)現(xiàn)搶答器數(shù)碼管顯示選手編號(hào)不穩(wěn)定。主要表現(xiàn)在單選手按下?lián)尨疰I后數(shù)碼管顯示的不是選手當(dāng)前號(hào)碼。因此著手對(duì)電路進(jìn)食檢查，首先檢查數(shù)碼管看是否是關(guān)節(jié)焊接錯(cuò)誤，后又檢查電路各個(gè)芯片管腳接錯(cuò)均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，最后發(fā)現(xiàn)當(dāng)觸動(dòng)某按鍵連線(xiàn)時(shí)顯示正常由此判斷可能是因?yàn)槌霈F(xiàn)了虛焊，遂將電路各焊點(diǎn)又仔細(xì)焊接了一遍，此時(shí)電路

17、顯示正常。2）控制開(kāi)關(guān)無(wú)法控制電路在調(diào)試是發(fā)現(xiàn)當(dāng)按下主持人開(kāi)關(guān)時(shí)電路斷電，當(dāng)松開(kāi)后數(shù)碼管顯示始終為7，經(jīng)過(guò)一個(gè)多小時(shí)對(duì)電路用萬(wàn)用表逐個(gè)檢查，發(fā)現(xiàn)是開(kāi)關(guān)觸焊接錯(cuò)誤，通過(guò)改正焊接后電路能正常工作。3）數(shù)碼管不能正常倒計(jì)時(shí)在進(jìn)入定時(shí)電路調(diào)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常倒計(jì)時(shí)，出現(xiàn)亂碼。對(duì)這問(wèn)題我們檢查了芯片是否完好，電路界限是否正確均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，后發(fā)現(xiàn)是由于在焊接時(shí)焊線(xiàn)有些地方出現(xiàn)部分短接，于是就將焊線(xiàn)重新理清，數(shù)碼管也能正常工作了。第五章 設(shè)計(jì)總結(jié)本次電子課程設(shè)計(jì)實(shí)習(xí)將理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合，既考查了同學(xué)對(duì)理論知識(shí)的掌握程度，由反映了實(shí)際動(dòng)手能力，更主要的是考查了同學(xué)對(duì)知識(shí)的綜合運(yùn)用以及創(chuàng)新設(shè)計(jì)思維能力，

18、為今后的發(fā)展提供了一次良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。針對(duì)課設(shè)題目八路搶答器，一開(kāi)始還沒(méi)有頭緒，不會(huì)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，但通過(guò)上網(wǎng)查閱各種類(lèi)似的設(shè)計(jì)，去圖書(shū)館翻閱相關(guān)設(shè)計(jì)書(shū)籍，查閱所提供的芯片功能，確定基本設(shè)計(jì)方案，又通過(guò)仿真驗(yàn)證試驗(yàn)方案的可實(shí)行性，雖說(shuō)比較煩雜但卻對(duì)設(shè)計(jì)一個(gè)電路有了基本的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)也使自己認(rèn)識(shí)到：1、 設(shè)計(jì)思路是整個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂拿下每個(gè)課題能有一個(gè)非常清晰的設(shè)計(jì)思路是至關(guān)重要的。只有對(duì)課題的充分理解，對(duì)各種器件的熟練掌握，勾畫(huà)出基本的設(shè)計(jì)圖是成功的關(guān)鍵，必須多花時(shí)間在設(shè)計(jì)上才能為后續(xù)工作提供更扎實(shí)的基礎(chǔ)。翻閱各種資料，上網(wǎng)查詢(xún)填補(bǔ)所需知識(shí)的空白是必要的。2、 焊接制作必須精益求精焊接必須

19、精益求精，一絲不茍，一點(diǎn)的差錯(cuò)都可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤，因此必須準(zhǔn)確無(wú)誤還要工整，這樣才能在調(diào)試中能比較輕松進(jìn)行，也是整個(gè)電路可看性更好。3、 調(diào)試調(diào)試工作是個(gè)精細(xì)工作。在調(diào)試過(guò)程中，有些問(wèn)題是芯片本身?yè)p壞引起的，也有些是因?yàn)楹附訂?wèn)題引起的等因此排查過(guò)程需要特別有耐心，通過(guò)對(duì)芯片功能的檢驗(yàn)，對(duì)焊點(diǎn)的檢查最后檢查出問(wèn)題所在。當(dāng)最后解決問(wèn)題時(shí)，電路的正確是非常振奮，也很有成就感和滿(mǎn)足感。4、 建議設(shè)計(jì)的作品主要是用74系列集成芯片來(lái)完成的，在焊接的過(guò)程中由于芯片的引腳過(guò)多，布線(xiàn)工作不是很方便。有時(shí)候還因?yàn)槟骋桓€(xiàn)沒(méi)有焊牢，造成電路的不穩(wěn)定，這些都是有待改進(jìn)的。5、 不足實(shí)驗(yàn)效率低，焊接水平不足導(dǎo)致電路穩(wěn)定性不高，布線(xiàn)比較混亂，這些都有待提高?？傊?，在設(shè)計(jì)過(guò)程中學(xué)到了許多。作為現(xiàn)代的大學(xué)生，如果僅停留在以往的層次上，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上時(shí)代的步伐，也無(wú)法使自己立足在競(jìng)爭(zhēng)如此激烈的社會(huì)里，通過(guò)此次實(shí)習(xí)，