四路搶答器實驗設(shè)計

1、課程設(shè)計說明書石油化工學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書一、設(shè)計題目四路搶答器二、主要容及要求（1）當(dāng)某臺參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時， 由數(shù)碼管顯示該臺編號并伴有聲響。 此時， 搶答器不再接收其他輸入信號。（2）電路具有定時功能。要求回答問題的時間W 30秒（顯示為2900），時間顯 示采用倒計時方式。當(dāng)達(dá)到限定時間時，發(fā)出聲響提示。（ 3）具有計分功能。每組參賽者起始分為 100 分，搶答后由主持人計分，答對1 次加 10 分，否則減去 10 分（ 4）在復(fù)位狀態(tài)下臺號數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈） 。提高要求：（5）答題時間還剩 5s 時，每秒發(fā)出提示聲音。三、進(jìn)度安排1、掌握 multisim 仿真器軟件的使用（

2、 5 月 25 號）。2、 去圖書館和網(wǎng)上查找需要的資料，并整理好。（5月26日）。3、對課程設(shè)計的要求進(jìn)行理解，初步設(shè)計。 （5月27日）。4、整體設(shè)計開始，并逐步改進(jìn)和調(diào)試。 （ 5 月 29 日）5、完成設(shè)計并寫課程設(shè)計說明書。 （5月30日）6、課題答辯（ 6 月 20 日）四、總評成績指導(dǎo)教師學(xué)生簽名搶答器電路設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)與要求1. 可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器；2. 當(dāng)某臺參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時，由數(shù)碼管顯示該臺編號并伴有聲響。此時，搶答器不再接收其他輸入信號；3. 電路具有定時功能。要求回答問題的時間W 60秒（顯示為0059），時間顯示采用倒計時方式。當(dāng)達(dá)到限定時間時，發(fā)出聲

3、響提示；4. 具有計分功能。要求能設(shè)定初始分值，能進(jìn)行加減分5. 在復(fù)位狀態(tài)下臺號數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈）二、方案設(shè)計與論證如圖所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清 零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(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“開始”狀態(tài)，宣布“開始”，搶答器工作。定時器倒計時，選手在 定時時間搶答時，搶答器完成優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示。當(dāng)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。如果再次搶答必須由主持人 再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。搶答器鑒 別模塊搶答器計時 模塊計分模塊方案一：以74LS175+74LS48

4、為主，構(gòu)成搶答電路模塊；以74LS192-數(shù)碼管+ 蜂鳴器構(gòu)成計時模塊；以74LS192+74LS16C為主構(gòu)成計分模塊。（搶答模塊實現(xiàn)如 下圖）UmR12-Vl!%-w怫=VA丄倔：5WT ；./ .-r»Ka y -舊JJ ;lUi-CJ4 *11JhA':卅htJ JU叱畑i UI124其工作原理如下，主持人開關(guān)是74LS175的清零控制端，當(dāng)主持人打下開關(guān)時整個電路開始工作，有一個搶答信號產(chǎn)生時 74LS175被封鎖，該芯片得不到時鐘信號，處于不工作狀態(tài)，不允許其他信號的輸入有效，相對于方案二沒有優(yōu)先級，不會產(chǎn)生公平性的問題。在74LS175有了一個輸出信號后，通過或

5、門的組合產(chǎn)生一個編碼給74LS48讓其進(jìn)行譯碼輸出譯碼顯示臺號。例如編碼為XXX1的有一號和三號，所以通過或門組合可以實現(xiàn)顯示功能。優(yōu)點是便于擴(kuò)展，容易添加新的電路，缺點是實現(xiàn)顯示時，如果臺號過多需要更多的 門電路進(jìn)行處理，顯得冗余?？紤]僅僅是由四人搶答的，不需要更多的門實現(xiàn)選擇了該方案。其余模塊在下面進(jìn)行詳細(xì)描述。方案二：以74LS148鎖存器74LS279、74LS48為主構(gòu)成搶答模塊；其余的模塊基本相同。（搶答模塊如下圖所示）其工作原理如下，開關(guān)S置于"清除"端時，RS觸發(fā)器的 端均為0,4個觸發(fā)器 輸出置0,使74LS148的=0,使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān) S置于&

6、quot;開始"時，搶 答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時（如按下S3）, 74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，1Q=1,74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=10經(jīng)譯碼顯示為"4"。此外, 1Q= 1,使74LS14A 1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按 下時，74LS148的此時由于仍為1 Q= 1，74LS14A 1,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。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(jìn)行下一輪搶答。電路實現(xiàn)功能比較完整，基本符合設(shè)計的要求，但是該電路實行附加的功能

7、是難以實現(xiàn)，要做較大的改動才可以完善， 在早期的時候被我們淘汰。優(yōu)點是電路基本可以嚴(yán)謹(jǐn)處理所有的事務(wù)仿真的時候不易出現(xiàn)問題。三、單元電路設(shè)計與參數(shù)計算搶答器鑒別模塊：搶答器模塊=74LS175+74LS48門電路+七段數(shù)碼管TiLS175Blu/.xU-4R12T卜f*-wv ?waOW 74LS175: 74LS175的功能真值表74LSE75功厳滋幡人帯出盹If疝124?L冥1XX |X' 1LLLL |Ht初jIPIDHHXK IX"I保甘HLXXxft從表可見： CLR是清零端，且低電平有效。 CLK是時鐘脈沖，且下降沿觸發(fā)。上圖中的74ALS175N為一四路的鎖存器

8、，當(dāng) CLK引腳輸入上升沿時，1D-4D被鎖存到輸出端 (1Q-4Q)。在CLK其他狀態(tài)時，輸出與輸入無關(guān)74LS48Bl' /RBO'消隱輸入端（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效）LT4等燈測試輸入端（低電平有效）RBI'脈沖消隱輸入端（低電平有效）Ya-Yg輸出端VqC r Q J b c J搶答器計時模塊：搶答器=74LS192+數(shù)碼管+蜂鳴器74LS192具有下述功能：(1) .異步清零：CR=1 Q3Q2Q1Q0=0000(2) .異步置數(shù)：CR=0 LD=0, Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0(3) .保持： CR=0 , LD=1, CPU=CPD

9、=1,Q3Q2Q保持原態(tài)(4) .加計數(shù)：CR=0, LD=1 , CPU=CPCPD=1 Q3Q2Q1C按加法規(guī)律計數(shù)(5) .減計數(shù)：CR=O, LD=1, CPU=1 CPD= CP Q3Q2Q1C按減法規(guī)律計數(shù) 74LS192是雙時鐘方式的十進(jìn)制可逆計數(shù)器。搶答器記分模塊：計分器=74LS192+74LS160控制開關(guān)+門電路74LS160:是同步十進(jìn)制計數(shù)器，依靠CP信號來工作，EP ET高電平是工作, 計分的單元電路中EP接數(shù)據(jù)輸出端的與非輸出，只要令清零端的數(shù)據(jù)輸出位數(shù) 與EP端的位數(shù)相減等于你要的位數(shù)即可實現(xiàn)加減相應(yīng)的分?jǐn)?shù)的功能。74160功能表CLKCLR'LOAD&

10、#39;ENPENT工作狀態(tài)X0XXX置零T10XX預(yù)置數(shù)X1:1 :01保持X11X0保持(但C=0)1111計數(shù)例如：下圖EP端是0011,而CLR端是0100,兩端相減是0001，即十進(jìn)制 的1,所以實現(xiàn)加減一分的功能。Key = Ysr r i4009BCL5V741SON四、總電路工作原理及元器件清單1總原理圖2 電路完整工作過程描述（總體工作原理） 搶答器鑒別模塊：該電路完成三個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號；二是禁止 其他選手按鍵操作無效；三是同時譯碼顯示電路顯示編號。74LS175工作過程：主持人開關(guān)置于”清除"端時，芯片開始工作，A B、C、

11、D四個開關(guān)開始搶答，根據(jù)下圖的真值表，可以知道當(dāng)有一個開關(guān)打下時，通過門電路的控制封鎖時鐘禁止其他開關(guān)的輸入，使其他輸入無效。DM7415175Vcc O+ Q4pqClQC*I isJ ItC13w.f*14fcrk- >門I9CtAH gi 41 pi 03令彳 »Ck晞人一覇岀JCZ2PM 1LX料XXX1 LL1LHt卻ID2iff3HXXX保楞HL |XX1 > IX 1樑待74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng) 的顯示系統(tǒng)中，顯示選手的臺號。搶答器計時模塊：74£L6ill定時電路選用十進(jìn)制同步加減計數(shù)器7

12、4LS192進(jìn)行設(shè)計。74LS192具有下述功能:(1) .異步清零：CR=1, Q3Q2Q1Q0=0000(2) .異步置數(shù)：CR=Q LD=O, Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0(3) .保持： CR=0 , LD=1, CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0持原態(tài)(4) .加計數(shù)：CR=0, LD=1, CPU=CP CPD=1 Q3Q2Q1Q按加法規(guī)律計數(shù)(5) .減計數(shù)：CR=0, LD=1, CPU=1 CPD= CP Q3Q2Q1Q按減法規(guī)律計數(shù)74LS192是雙時鐘方式的十進(jìn)制可逆計數(shù)器。CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為

13、復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。j LU L±l Id UJ U Ll富 P GNUP關(guān)閉置數(shù)端電鍵是控制清零端的開關(guān)，開關(guān)P是置數(shù)端的開關(guān)，P打開置數(shù)端指數(shù),不工作，并給予時鐘信號。電路工作，剩余20秒是給予提醒信號。搶答器記分模塊:該電路有74LS160、74LS192和門電路構(gòu)成，74LS160構(gòu)成的是分值電路， 74LS192是 加減電路。由開關(guān)控制輸入信號傳向UP或DOWN實現(xiàn)加減分。對一分鍵電路，在 U4上，當(dāng)從0000變化到0011時，QA與QB通過與非門接到 EP, RD 則通過一個開

14、關(guān)來控制，當(dāng)?shù)竭_(dá)0011的時候，經(jīng)過QA與 QB的與非門出來 的為零，使它保持0011的狀態(tài)不變，QB輸出的則是一個脈沖了。對三分鍵電路，在 U6上，當(dāng)從0000變化到0101時，QA與 QC通過與非門接到 EP, RD 則通過一個開關(guān)來控制，當(dāng)?shù)竭_(dá)0011的時候，經(jīng)過QA與 QC的與非門出來 的為零，使它保持0101的狀態(tài)不變，QA輸出的則是三個脈沖了。通過雙向開關(guān)切換電路為加法電路和減法電路，將異或門U7接至U1、U2、U3的UP端，為加法部分，將異或門 U8接至U1、U2、U3的DOW端，為減法部分。從而控制比賽分?jǐn)?shù)的 加減。開關(guān)J4控制U1、U2、U3的CLR端接通電源，當(dāng)開關(guān)閉合是，

15、分?jǐn)?shù)置零，開始重新計 數(shù)。3 元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注VCCVCC0GROUNDV1,V3AC_POWER2V2,V4DC POWER2V5,V6,V7 ,V8,V9,V 10SIGNAL_VOLTAGI _SOURCE -S6CLOCK_VOLTAGER1,R2,R7 ,R11,R12 ,R13,R14 ,R15,R16RESISTOR200Ohm9R3,R4,R5 ,R6,R8,R 9,R10RESISTOR560Ohm7R17,R18,R19,R20,R21,R22,R23,R24RESISTOR100Ohm8J1DIPSW11SWITCHJ7PB DPST1J9,J10,J

16、11,J12,J13,J14,JSPDT815,J16-J5A,J6A,J8A,J17A ,J18A,J1 9A,J20A,J21A,J22A,J23A,J 24ADIPSW611LED1LED_red15VLED2LED_gree n15VLED3LED_ora nge15VLED4LED_blue15VU174LS175D1U374LS48D1U32,U33,U36,U37,U39,U40,U43,U44,74192N8U58,U60,U60,U64,U66,U68,U70,U72,74HC160N84VU4SEVEN_SEG_COMK_GREENHEX DISPLAY/l_1U2A,U1

17、2A74HC32D_2V2U16,U1774LS192D2U11A,74HC20D 2V1U13,U14DCD_HEX_DIG_YLLOW二2U18,U19,U20,U21,U22,U23,U24,U25,U26,U27,U28,U29DCD_HEX6U7,U9BUZZER2U10A74S03D1U61A,U59A,U69A,U 67A,U71A ,U73A4011BD_5V6U46A,U474071BT 5V4A,U48A,U 49AU53A.U52A,U51A,U54A,U55A4009BCL_5V5U63A,U65A4011BD_5V2U31AU30AU35AU34AU45AU38AU4

18、2AU41A4030BD_5V8U50AU56AU57A4009BCL_5V3U6A4011BP 5V1U5A4077BT 5V1U15B,U8B74S05N2X1PROBE DIG RED1五、仿真調(diào)試與分析本設(shè)計基本符合課題的要求，可以實現(xiàn)搶答、加減分控制、計時功能的實現(xiàn)，主持人打下控制開關(guān)電路開始工作，搶答結(jié)束顯示臺號，接著實現(xiàn)計時功能。 完成作答后，加減分功能由控制端實現(xiàn)。雖然這個設(shè)計可以完成要求， 但是如果同時按下開關(guān)， 指示燈同時亮?xí)r, 顯示臺號有出錯的可能行存在?？偟膩碚f，搶答電路部分做的不是十分的理想，存在改善的地方，若以方案一的電路 實現(xiàn)的話可以除去同時性的問題，但是優(yōu)先級帶

19、來的問題又是需要解決的。六、結(jié)論與心得經(jīng)過將近一周的奮戰(zhàn)， 我們的課程設(shè)計總算圓滿結(jié)束， 不僅取得了預(yù)期的效 果，而且離答辯時間提前了接近三個星期， 同時還為我們爭取了足夠的冗余時間 完善設(shè)計功能，回想設(shè)計的“歲月” ，現(xiàn)在仍記憶猶新！首先，老師一發(fā)課題，我們就商量著選題的事情，最初我們有兩種想法：第 一種是隨便選個簡單的設(shè)計課題， 做完草草了事； 第二種是選個有實際應(yīng)用價值 的課題，認(rèn)真的做好設(shè)計，展現(xiàn)我們最好的作品。因為要準(zhǔn)備英語四級，所以才 萌發(fā)了以上兩種想法。后來，經(jīng)過幾次角逐，第二種想法戰(zhàn)勝了第一種想法，結(jié) 果我們果斷的選擇了四人搶答器這一設(shè)計課題。 因為既要為四級爭取更多的復(fù)習(xí) 時

20、間，又要做好課程設(shè)計，所以我們不得不快馬加鞭，過關(guān)斬將，速戰(zhàn)速決！因 為我們堅信，凡事都要做好足夠的準(zhǔn)備，方能百戰(zhàn)百勝！其次，從搜集資料到熟悉設(shè)計原理， 再從開始使用仿真軟件到完成整個設(shè)計 電路圖的整個過程， 真可謂是夜漫漫其熙遠(yuǎn)兮， 吾將上下而求索！ 汗與淚交織在 一起，不知何是汗，何是淚，統(tǒng)一戰(zhàn)線！說到仿真軟件 , 我們經(jīng)歷了一波三折， 因為有一些元件在一些仿真軟件中找不到或是用不了或是不是很會用， 所以仿真 軟件進(jìn)行了一次升級，由最先的 EW到Proteus再到MultisimlO.O，與此同時， 我們的挫敗感也保持著“升級” 。在整個設(shè)計過程，最耗費(fèi)時間的是在調(diào)試電路 上，每每接一個電路， 對電路的調(diào)試必不可少， 因為很多問題時不時就給你個 “驚 喜”，往往讓你哭笑不得！所以，在這種關(guān)鍵時刻，最需要的是冷靜的分析，結(jié) 構(gòu)和思路的優(yōu)化， 更加必不可少的是團(tuán)隊合作精神， 往往很多電路故障的排除思 路和解決方法都是在不斷的討論中和嘗試下萌芽的