最新八路搶答器課程設計報告

1、XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第1頁共 19 頁科技學院課程設計說明書課程設計名稱：_課程設計題目：_學院名稱：_專業(yè)： _ 班級：1382041_學號：_ 姓名：_評分：_教師：_XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第2頁共 19 頁20_年_月_日右士罟科技學院_課程設計任務書20_20_學年 第學期 第_周一_周XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第3頁共 19 頁學生姓名：指導時間指導地點：樓室任務下達20年月日任務完成20年月日考核方式1.評閱 2.答辯3.實際操作4.其它口指導教師系（部）主任注：1、此表一組一表二份，課程設計小組組長一份；任課教師授課時 自

2、帶一份備查。2、課程設計結(jié)束后與“課程設計小結(jié)”、“學生成績單”一并交院 教務存檔。XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第4頁共 19 頁目錄摘要-3前言-4第一章設計要求- 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-6第三章 電路設計-73. 1 方案的選擇-73.1.1方案一-73.1.2方案二-83.1.3確定方案-83. 2 單元電路設計-93. 2. 1 搶答電路的設計 -93. 2. 2 定時電路的設計 -113. 2. 3 報警電路的設計- 123.2.4 時序電路的設計 -13第四章

3、電路實驗與調(diào)試 -164. 1 焊接-164. 2 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決- 16XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第5頁共 19 頁第五章設計總結(jié)- 17摘要介紹了數(shù)碼顯示八路搶答器電路的組成、設計及功能，電路采用74 系列常用集成電路進行設計。該搶答器除具有基本的搶答功能外， 還具有定時、計時和報警功能。主持人通過時間預設開關預設供搶答 的時間，系統(tǒng)將完成自動倒計時。若在規(guī)定的時間內(nèi)有人搶答，則計 時將自動停止；若在規(guī)定的時間內(nèi)無人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā) 響，提示主持人本輪搶答無效，實現(xiàn)報警功能，若超過搶答時間則搶 答無效。該搶答器主要運用到了編碼器，譯碼器和鎖存器：它采用 7

4、4LS148 來實現(xiàn)搶答器的選號，采用74LS279 芯片實現(xiàn)對號碼的鎖存，采用74LS192 實現(xiàn)十進制的減法計數(shù)，采用 555 芯片產(chǎn)生秒脈沖信號來共 同實現(xiàn)倒計時功能，采用 74LS121 單穩(wěn)態(tài)芯片來實現(xiàn)報警信號的輸出。通過課程設計提高和鞏固了所學的專業(yè)知識，以及知識的綜合應 用和焊接技術。關鍵詞：搶答器編碼譯碼定時報警XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第6頁共 19 頁冃 U 言進入 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 要設備。過去在舉行的各種競賽中我們經(jīng)常看到有搶答的環(huán)節(jié)，舉辦 方多數(shù)采用讓選

5、手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權，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)簡單的搶 答

6、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，或利用單片機技術進行設計，本次設計主要利 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 行各個部分的設計，最后完成了八路智力競賽搶答器的設計。XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第7頁共 19 頁第一章設計要求1.1 基本要求（1） 搶答

7、器同時供 8 名選手或 8 個代表隊比賽，分別用 8 個按鈕 SO S7 表示。（2） 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關 S,該開關由主持人控制。（3） 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的 編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在數(shù)碼管上顯示選手號碼。選手搶 答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清 除為止。1.2 提高要求（1） 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如 30 秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時。同時 揚聲器發(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） 參賽選手在設定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止

8、工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系 統(tǒng)清除為止。（3）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警 并禁止搶答，定時顯示器上顯示 00。（4） 按鈕到控制中心的距離為 20M。XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第8頁共 19 頁第二章系統(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后，當選手按動搶答鍵時,XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第9頁共 1

9、9 頁數(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2.2 所示電路的工作過程是：接通電源后，主持人將控制開關置于“清除”處，此時搶答器處 于禁止狀態(tài)，選手不能進行搶答，定時顯示器顯示設定的時間（30s）,當主持人將控制開關置于 “開始”時，揚聲器發(fā)出聲響，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，然后通過譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號；（2）揚聲器發(fā)出短暫聲響；（3）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；

10、（4）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進行系統(tǒng)清零， 使系統(tǒng) 回復到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。當定時時間到，卻沒有 選手搶答時，系統(tǒng)將報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第10頁共 19 頁VCC5V選手控制開關8x10kohmR13k)U3B74LS第三章電路設計3.1 方案的選擇：3.1.1【方案一】原理：在選手搶答前，“清除/起始”開關 S 使基本 RS 觸發(fā)器輸出端 Q 為 0，使集成 8 線-3 線優(yōu)先編碼器禁止；當主持人按下“清 除/起始”開關 S 時，基本 R

11、S 觸發(fā)器輸出端 Q 為 1,與優(yōu)先擴展輸出 端 Yex共同作用，使集成 8 線-3 線優(yōu)先編碼器選通輸入端 ST 為 0,允 許編碼，等待數(shù)據(jù)輸入。此時優(yōu)先按動序號的組號立即通過編碼器按 BCD421 碼輸出，經(jīng) RS 鎖存器 74LS279 將該數(shù)碼鎖存到 LED 顯示器 上。 與此同時， Yex（引腳為 14）由 1 翻轉(zhuǎn)為 0,與非門 G1 輸出為 1, 選通輸入端 ST 為 1,編碼器被禁止。此外，在 Yex 由 1 翻轉(zhuǎn)為 0 時，還驅(qū)動報警電路工作，發(fā)出聲音。BusBus1 25G174S00DIOG OF OE OD OC OB OAGF辰U1R74S2 4DQ74S00D74

12、S00D6VCC5VU274.S14D27D2主持人開關控制開始174LS04D 清除SG0U3A74.S27D2 _圖45基本RS觸發(fā)器XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第11頁共 19 頁3.1.2【方案二】該方案即為筆者所采用的方案，它采用了74LS148 來實現(xiàn)搶答器的選號，采用了 74LS279 芯片實現(xiàn)對號碼的鎖存，采用了 74LS192 實 現(xiàn)十進制的減法計數(shù)，555 芯片產(chǎn)生秒脈沖信號來共同實現(xiàn)倒計時， 采用了74LS121 單穩(wěn)態(tài)芯片來實現(xiàn)報警信號的輸出。3.1.3 確定方案在方案一中，主要多了一個基本 RS 觸發(fā)器，以及相對的 74LS148 引腳與 74LS279

13、 之間連線的相應改變，這又涉及到之后的提高方案中 的連線的改變。它有自身的優(yōu)點，即基本 RS 觸發(fā)器又相當一鎖存器（74LS279），它可以對主持人的指令進行進一步的鎖存，這樣就可以 增強它的抗干擾能力，但其線路過于復雜，另外此次實驗所用的電路 板對電路設計的大小要求很高，而且在布局和焊接上要越精練越好， 所以它不是首選方案。而由于方案二已能滿足基本設計和提高設計的 要求，而且它的原理更簡單易懂，直觀明了，元件更少，連線更方便， 焊接更可靠，且比較容易實現(xiàn)，所以最終選用了方案二。3.2 單元電路設計3.2.1 搶答電路的設計搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖 存優(yōu)先搶答者

14、的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵 操作無效。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：XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第12頁共 19 頁圖 3.2.1 搶答電路其工作原理是：當主持人控制開關處于“清零”位置時，RS 觸發(fā)器的 R 端為低電平， 輸出端 （4QH1Q 全部為低電平。 于是 74LS48 的 BI=O，顯示器滅燈；74LS148 的選通輸入端 ST=O, 74LS148 處于工作 狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。當主持人將開關撥到“開始”位置時， 優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，既

15、搶答器處于等待工作 狀態(tài)，等待輸入端 I7、|6、I5、|4、|3、|2、|1、I0輸入信號，當有選 手將鍵按下時（如按下 S5） ，74LS148 的輸出 Y2Y1Y0=010, YEX=0,經(jīng) RS 鎖存器后，CTR=1 BI=1，此時74LS279 處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=1Q1 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。 當按下的鍵松開后，74LS148 的 YEX高電平， 但由于 CTF 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

16、輸入信號仍不會 被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。當優(yōu)先 搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關 S,使搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。3.2.2 定時電路的設計XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第13頁共 19 頁74LS48 的 7, 6, 2, 3 引腳接受來自 74LS192 的輸出信號并把它 譯碼 顯示在數(shù)碼管上。74LS192 的 9，10，11，15 引腳完成時間設定 功能，本設計要求定時 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，7

17、4LS192 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)?0,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。XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第14頁共 19 頁VCC5V1 2 6D cB AOBRnB-占R3ICkohm控制開關R11 2 6預置數(shù)據(jù)

18、端26715ohmVCCRSTDISR2THR68kohmTRICONC210iF0.1uF3.2.3 報警電路的設計GoABCDQQQQAB CD8U7OUTGND1Q5f5_VIRTUAL3.2 .2預置數(shù)據(jù)端ABCQQQQABCD267121374LS04DBuS74LS15D定時到信號定時電路由 555 定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖3-3 所示:XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第15頁共 19 頁圖 323 報警電路其中 555 構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：f0=1/(R 計 2F2)*C*In2=1.43/(R1+2F2)*C其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR 為控制信

19、號，當 PR 為高電 平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。3.2.4 時序電路的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:1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)，2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。3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)上面的功能要求以及圖3.2.1 和圖 3.2.2，設計的時序控制R1VCC 5VVCC 5VR4Ikohm8U115kohmR368kohmC10.1uFVCCRSTDISTHRTRIR2Q1BJT NPN

20、VIRTUALOUT510ohmC2CONGND1555_VIRT UALR5IIU2100uF510ohm200HzXX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第16頁共 19 頁電路如圖 3.2.4 所示:74LS00D圖 3.2.4(B)報警電路的時序控制電路圖中，門 G 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 ST。圖 3-4( a)的工作原理是：主持 人控制開關從“清零”位置撥到“開始”位置時，來自于圖 3-1 中的 74LS279 的輸定時到信號U4ACPU3A1 _1時鐘信號1 _21Q 1 74LS04D1 -3_ &

21、; 2STIT65TSH-I +5V3TR-A皿J 100K411EEXT；CERTCEXTio丁丁1CufGNDU1A1B2usBus74LS11D12U2A圖 3.2.4(A)搶答與定時電路的時序控制電路XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第17頁共 19 頁出 CTR=0 經(jīng) G 反相，A=1,則從 555 輸出端來的時鐘信 號 CP 能夠加到74LS192 的 CFD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時，在定時時間未到時，來自于圖 3-2 的 74LS192 的借位輸出端 BQ=1,門G2的輸出 ST=Q 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)

22、按動搶答鍵時，CTR=1 經(jīng) G3反相，A=0,封鎖 CP 信號，定時器處于保持狀態(tài)，門 G2的輸出 ST=1, 74LS148 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，來自于圖3-2 的 74LS192 的借位輸出端 BQ=O,門 G2的輸出 ST=1, 74LS148 處于 禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答，門 G 同時處于關門狀態(tài)，封鎖 CP 信號，使定時電路為 00 狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求，74LS121 用于 控制報警電路及發(fā)聲的時間。我做的搶答電路，能正常工作。XX 物電系電子信息工程課程設計八路搶答器第18頁共 19 頁第四章電路實驗與調(diào)試4.1 焊接通過實驗原理

23、圖進行實物焊接， 焊接時能深刻體會到焊接工藝的重 要性：各個芯片的引腳功能不能混淆，必須了解各個芯片的使用方法, 內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用時的注意事項，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。同時在電路板上要預先確定電源的正 負端，便于區(qū)分及焊接。正確焊接各芯片個管腳連接必須查閱各種資 料并記錄，以確保在焊接過程和調(diào)試過程中芯片不被燒壞，同時確保 整個電路的正確性。在焊接完后每塊芯片都用萬用表檢測，看是否有 短接等，還有焊接時要盡量使布線規(guī)范清晰明了，這樣才有利于在調(diào) 試過程中檢查電路。4.2 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法（1）顯示電路不穩(wěn)定問題在完成電路的焊接進入調(diào)試階段時發(fā)現(xiàn)搶答器數(shù)碼管顯示選手編 號不穩(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 前號碼。因此著手對電路進食檢查，首先檢查數(shù)碼管看是否是關節(jié)焊 接錯誤，后又檢查電路各個芯片管腳接錯均未發(fā)現(xiàn)問題，最后發(fā)現(xiàn)當 觸動某按鍵連線時顯示正常由此判斷可能是因為出現(xiàn)了虛焊，遂將電 路各焊點又仔細焊接了一遍，此時電路顯示正常。（2）控制開關無法控制電路XX 物電系