六路競(jìng)賽搶答器(數(shù)電)課設(shè)

目錄第一部分設(shè)計(jì)任務(wù)與要求---------------------------------------------1第二部分總體框圖------------------------------------------------------2第三部分選擇器件------------------------------------------------------43.1、元器件清單-----------------------------------------------------------------43.2、器件的相關(guān)介紹（1）四2輸入與門(mén)74LS08、與非門(mén)74LS00-------------------------------5（2）四2輸入或門(mén)74LS32----------------------------------------------------6（3）8－3線優(yōu)先編碼器74LS148------------------------------------------7（4）同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192-------------------------------------9（5）四R－S觸發(fā)器74LS279-------------------------------------------------10（6）555定時(shí)器---------------------------------------------------------------11（7）四線七段數(shù)碼顯示管----------------------------------------------------12第四部分功能模塊------------------------------------------------------134.1搶答顯示電路----------------------------------------------------------134.2定時(shí)電路----------------------------------------------------------------15報(bào)警電路----------------------------------------------------------------17第五部分總體設(shè)計(jì)電路圖----------------------------------------------18第六部分課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)---------------------------------------------22參考文獻(xiàn)------------------------------------------------------------------23六路智能搶答器設(shè)計(jì)任務(wù)與要求eq\o\ac(○,1).該搶答器最多可供6名選手參賽，編號(hào)為1~6號(hào)，各隊(duì)分別用一個(gè)按鈕（分別為S1~S6）控制，并設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清零和搶答控制開(kāi)關(guān)S，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。eq\o\ac(○,2).搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能,并將鎖存數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來(lái)，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出間歇式聲響（持續(xù)時(shí)間為1秒），主持人清零后，聲音提示停止。eq\o\ac(○,3).搶答先后的分辨率為5ms。eq\o\ac(○,4).開(kāi)關(guān)S作為清零及搶答控制開(kāi)關(guān)（由主持人控制），當(dāng)開(kāi)關(guān)S被按下時(shí)搶答電路清零，松開(kāi)后則允許搶答。輸入搶答信號(hào)由搶答按鈕開(kāi)關(guān)S1~S6實(shí)現(xiàn)。eq\o\ac(○,5).有搶答信號(hào)輸入（開(kāi)關(guān)S1~S6中的任意一個(gè)開(kāi)關(guān)被按下）時(shí)，并顯示出相對(duì)應(yīng)的組別號(hào)碼。此時(shí)再按其他任何一個(gè)搶答器開(kāi)關(guān)均無(wú)效，指示燈依舊“保持”第一個(gè)開(kāi)關(guān)按下時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)不變。功能擴(kuò)展：eq\o\ac(○,1).接通電源后，節(jié)目主持人將開(kāi)關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示燈滅，定時(shí)顯示電路顯示設(shè)定的預(yù)置時(shí)間。eq\o\ac(○,2).當(dāng)主持人將按鍵撥向“開(kāi)始”處時(shí)，倒計(jì)時(shí)電路開(kāi)始工作。eq\o\ac(○,3).搶答電路有時(shí)間顯示，可以實(shí)時(shí)顯示出搶答有效剩余的時(shí)間或回答必答題剩余的時(shí)間。eq\o\ac(○,4).剩余時(shí)間到0后，報(bào)警電路報(bào)警，發(fā)出間歇式聲響。eq\o\ac(○,5).只允許選手在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)答題，超出規(guī)定時(shí)間后，搶答無(wú)效。

二、總體框圖優(yōu)先編碼電路優(yōu)先編碼電路鎖存電路搶答電路主持人控制總開(kāi)關(guān)顯示電路控制電路報(bào)警電路秒脈沖發(fā)生電路定時(shí)電路顯示電路報(bào)警解除電路狀態(tài)顯示電路圖1圖1智能定時(shí)搶答電路的總體框圖如上圖-圖1所示，它由搶答電路、優(yōu)先編碼電路、鎖存電路、顯示電路、控制電路、時(shí)控電路、定時(shí)電路、報(bào)警電路等幾部分組成。搶答電路完成的功能是：在主持人允許開(kāi)始搶答的情況下，選手按動(dòng)搶答按鍵后，顯示電路顯示該組別的編號(hào)，同時(shí)封鎖輸入電路，禁止其他選手再行搶答。定時(shí)電路完成的功能是在限定的時(shí)間內(nèi)選手進(jìn)行搶答，超出規(guī)定的時(shí)間（本設(shè)計(jì)預(yù)置的時(shí)間為30秒）鎖存器鎖存封鎖搶答電路。定時(shí)搶答器的工作過(guò)程是：接通電源后，節(jié)目主持人將開(kāi)關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示燈滅，定時(shí)顯示電路顯示設(shè)定的預(yù)置時(shí)間。當(dāng)節(jié)目主持人宣布開(kāi)始搶答后，說(shuō)一聲搶答開(kāi)始，同時(shí)將總控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)”的位置，揚(yáng)聲器或警示燈開(kāi)始工作，顯示搶答已開(kāi)始，搶答處于正常工作狀態(tài)，定時(shí)器顯示倒計(jì)時(shí)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答，系統(tǒng)通過(guò)報(bào)警電路報(bào)警，并封鎖搶答電路，禁止選手在超出規(guī)定時(shí)間后再行按鍵搶答。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鈕進(jìn)行搶答答題時(shí)，搶答器完成以下4項(xiàng)功能：1、優(yōu)先編碼器能立即分辨出搶答者的電路編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后送入顯示電路，顯示搶答的該路的編號(hào)；2、揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)，提示主持人及各路其他選手搶答有效；3、控制電路對(duì)其他的電路進(jìn)行封鎖，避免其他的選手再次搶答；4、控制電路控制顯示電路，顯示剩余的時(shí)間，并將時(shí)間反饋給各位觀眾，并將時(shí)間保持到主持人將系統(tǒng)時(shí)間清零，當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢后主持人按下總控開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)清零，并完成倒計(jì)時(shí)電路的置數(shù)，此時(shí)系統(tǒng)處于禁止工作狀態(tài)，以便于下一次搶答的開(kāi)始。當(dāng)選手在限定的時(shí)間內(nèi)，無(wú)人進(jìn)行搶答而時(shí)間又到時(shí)，鎖存電路封鎖搶答電路并由報(bào)警電路報(bào)警提示，顯示電路顯示00。此方案中，定時(shí)電路的置數(shù)端可直接采用8421撥碼開(kāi)關(guān)置數(shù)，構(gòu)成預(yù)置時(shí)間可調(diào)（如15S、45S或任意時(shí)間）的電路，以滿足智力考題中必答問(wèn)題的限時(shí)回答功能，并可以根據(jù)考題難道的大小來(lái)設(shè)定回答問(wèn)題預(yù)置時(shí)間的長(zhǎng)短。選擇器件本設(shè)計(jì)方案所需元器件如下表所示：序號(hào)型號(hào)規(guī)格性能說(shuō)明數(shù)量（片）174LS00四2輸入與非門(mén)2274LS08四2輸入與門(mén)1374LS32四2輸入或門(mén)1474LS1488－3線優(yōu)先編碼器1574LS192BCD－同步可逆計(jì)數(shù)器5674LS279四R－S觸發(fā)器17LM555單穩(wěn)態(tài)、秒脈沖多諧振蕩等48數(shù)碼管數(shù)碼顯示213.2、器件的相關(guān)介紹（1）、74LS00（四2輸入與非門(mén)）下圖為74LS00的邏輯框圖以下兩圖為74LS00的引腳圖及功能表（2）、74LS08（四2輸入與門(mén)）下圖為74LS08的邏輯框圖及邏輯符號(hào)其邏輯功能描述如下：當(dāng)兩個(gè)輸入端A=0，B=0時(shí)，輸出端Y為低電平0，即Y=0；當(dāng)兩個(gè)輸入端A=0，B=1時(shí)，輸出端Y為低電平0，即Y=0；當(dāng)兩個(gè)輸入端A=1，B=0時(shí)，輸出端Y為低電平0，即Y=0；當(dāng)兩個(gè)輸入端A=1，B=1時(shí)，輸出端Y為低電平1，即Y=1；即只要兩個(gè)輸入端A、B的輸入電平有一個(gè)是低電平0，輸出端Y即為低電平0；只有A、B的輸入電平全為1，輸出端Y才為高電平1。（3）、74LS32（四2輸入或門(mén)）下圖為74LS32的邏輯框圖、管腳圖及功能表

74LS32的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：（4）、74LS148（8－3線優(yōu)先編碼器）74LS148的引腳圖：

74LS148的邏輯符號(hào)及內(nèi)部原理圖：74LS148的功能表：輸入輸出EII0I1I2I3I4I5I6I7A2A1A0GSEO1xxxxxxxx11111011111111111100xxxxxxx0000010xxxxxx01001100xxxxx011010100xxxx0111011100xxx01111100100xx011111101100x01111111101000111111111110使能端OE(芯片是否啟用)的邏輯方程：

EO=I0·I1·I2·I3·I4·I5·I6·I7·EI

當(dāng)EI輸入EI=1時(shí)，禁止編碼、輸出(反碼)：A2,A1,A0為全1。

當(dāng)EI輸入EI=0時(shí)，允許編碼，在I0～I(xiàn)7輸入中，輸入I7優(yōu)先級(jí)最高，其余依次為：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等級(jí)排列。（5）、74LS192（BCD－同步可逆計(jì)數(shù)器）74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其內(nèi)部原理圖、邏輯符號(hào)及引腳排列如下圖所示：

74LS192的功能表如下表所示：

輸入

輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0

1

×

×

×××××0000

0

0

×

×dcbadcba

0

1

1××××

加計(jì)數(shù)

0

1

1

××××

減計(jì)數(shù)74LS192為十進(jìn)制同步加、減計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘），既可進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，又可進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，且有異步置數(shù)和清零功能。當(dāng)輸入脈沖接到CPU時(shí)，計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)加法計(jì)數(shù)，當(dāng)輸入脈沖接到CPD時(shí)實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)。如下圖74LS192的管腳圖所示，ABCD為輸人，QA～QD為輸出，CR為清零端，并且為高電平有效，CR=1時(shí)產(chǎn)生異步清零信號(hào)，輸出為“0000”，因此在計(jì)數(shù)狀態(tài)下應(yīng)令CR=0。LD’為置數(shù)端，當(dāng)LD’=0時(shí)計(jì)數(shù)器置數(shù)。BO’、CO’（6）、74LS279（四R－S觸發(fā)器）74LS279的內(nèi)部原理圖及邏輯符號(hào)

74LS279功能表及管腳圖如下所示：（7）、LM555（可組成單穩(wěn)態(tài)、秒脈沖、多諧振蕩等）555定時(shí)器內(nèi)部原理圖及邏輯符號(hào)如下圖所示：555定時(shí)器邏輯功能表如下表所示：輸入輸出閾值輸入(vI1)觸發(fā)輸入(vI2)復(fù)位()輸出()放電管T××00導(dǎo)通11截止10導(dǎo)通1不變不變邏輯功能描述如下：555定時(shí)器的主要功能取決于比較器，比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電管T的狀態(tài)。圖中RD為復(fù)位輸入端，當(dāng)RD為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出v0為低電平。因此在正常工作時(shí)，應(yīng)將其接高電平。

由圖可知，當(dāng)5腳懸空時(shí)，比較器C1和C2比較電壓分別為2/3VCC和1/3VCC。

當(dāng)vI1>2/3VCC，vI2>1/3VCC時(shí)，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0,放電三極管T導(dǎo)通，輸出端vO為低電平。

當(dāng)vI1<2/3VCC，vI2<1/3VCC時(shí)，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器被置1,放電三極管T截止，輸出端vO為高電平。

當(dāng)vI1<2/3VCC，vI2>1/3VCC時(shí)，基本RS觸發(fā)器R=1、S=1,觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路亦保持原狀態(tài)不變。綜合上述分析，可得555定時(shí)器功能表如表所示。如果在電壓控制端（5腳）施加一個(gè)外加電壓（其值在0-VCC之間），比較器的參考電壓將發(fā)生變化，電路相應(yīng)的閾值、觸發(fā)電平也將隨之變化，進(jìn)而影響電路的工作狀態(tài)。（8）、數(shù)碼顯示器實(shí)驗(yàn)選用的是四位線七段數(shù)碼顯示器，其內(nèi)部自帶的顯示譯碼器，將輸入的BCD代碼譯成數(shù)碼管所需要的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，是數(shù)碼管用十進(jìn)制數(shù)字顯示出BCD代碼所表示的數(shù)值。這等價(jià)于用一個(gè)譯碼器加一個(gè)七位線顯示器的功能，直接使用四位線七段數(shù)碼顯示器既節(jié)省了電路，又節(jié)約了器件。LED顯示屏是由發(fā)光二極管排列組成的一顯示器件。它采用低電壓掃描驅(qū)動(dòng)，具有：耗電少、使用壽命長(zhǎng)、成本低、亮度高、故障少、視角大、可視距離遠(yuǎn)、規(guī)格品種全等特點(diǎn)。目前LED顯示屏作為新一代的信息傳播媒體，已經(jīng)成為城市信息現(xiàn)代化建設(shè)的標(biāo)志。

功能表如下：數(shù)字432101234567890000000011000011110000110011000101010101功能模塊搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨相互選手按鍵順序的先后，并鎖存住優(yōu)先搶答者的編號(hào)，送給譯碼顯示電路；二是能使其他選手隨后的按鍵搶答無(wú)效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，其電路組成如下圖所示。工作原理是：當(dāng)主持人控制開(kāi)關(guān)處于“清除”位置時(shí)，RS觸發(fā)器的R’端為低電平，輸出端1Q-4Q端全部為低電平。于是74LS148的選通輸入端EI’=0，此時(shí)，74LS148處于封鎖狀態(tài)，電路不工作。當(dāng)主持人把開(kāi)關(guān)擲向“開(kāi)始”位置時(shí)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于等待工作狀態(tài)，等待輸入命令端I1’--I6’的輸入信號(hào)。當(dāng)有選手按下按鍵時(shí)（如按下S5時(shí)）74LS148的輸出A2’A1’A0’=010,74LS148的輸出使能端EO=1，優(yōu)先標(biāo)示端GS’=0，此時(shí)數(shù)碼顯示管上顯示“5”，此外，74LS279的1Q1=1，使74LS148的輸入使能端EI為高電平，74LS148的處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其他各路的鍵入。當(dāng)按下的鍵松開(kāi)后，74LS148的GS’=1為高電平，但是由于RS鎖存器的鎖存作用使得EI維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其他按鍵的輸入信號(hào)不會(huì)被接收。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，由主持人操作控制總控開(kāi)關(guān)，以使電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪的搶答。在比賽尚未開(kāi)始之前，系統(tǒng)處于置零狀態(tài)，當(dāng)主持人按下系統(tǒng)總開(kāi)關(guān)時(shí)，搶答組別顯示牌顯示0.仿真結(jié)果如下圖所示：在主持人允許開(kāi)始搶答的情況下，當(dāng)?shù)谖褰M選手按下?lián)尨鸢存I時(shí)的仿真結(jié)果,如下圖時(shí)所示：當(dāng)先按下5鍵，然后再按下4鍵時(shí)搶答電路仿真的結(jié)果，如下圖所示：此仿真說(shuō)明當(dāng)最先搶答的選手按動(dòng)搶答按鍵后，顯示電路顯示該組別的編號(hào)，同時(shí)封鎖輸入電路，禁止其他選手再行搶答。此電路能正常的完成數(shù)據(jù)的優(yōu)先編碼，鎖存住最先搶答的電路信號(hào)，并顯示出來(lái)，說(shuō)明此模塊正常可用。4.2定時(shí)電路模塊節(jié)目主持人根據(jù)搶答題難易程度，通過(guò)8421撥碼開(kāi)關(guān)設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置的時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，選用十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)。計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如下圖所示。當(dāng)主持人控制的總開(kāi)關(guān)撥向“開(kāi)始”的位置后，定時(shí)電路開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，，當(dāng)定時(shí)時(shí)間到0時(shí)，負(fù)責(zé)高位計(jì)數(shù)的74LS192的借位輸出端BO2輸出低電平脈沖，當(dāng)主持人開(kāi)關(guān)撥向“開(kāi)始”后，兩個(gè)74LS192的置數(shù)端LD’為低電平，置數(shù)端低電平有效，兩個(gè)七段數(shù)碼管分別顯示預(yù)置的數(shù)值，在本設(shè)計(jì)中ABCD端可以直接接高低電平，也可以用8421碼撥碼開(kāi)關(guān)直接置數(shù)。時(shí)鐘信號(hào)接第二片74LS192的Down端，即當(dāng)計(jì)時(shí)開(kāi)始之后，個(gè)位數(shù)（第二片74LS192）的數(shù)值遞減，遞減到0時(shí)，此第二片74LS192的BO’輸出低電平的借位信號(hào)，高位（即第一片74LS192）的數(shù)值減一，當(dāng)?shù)谝黄?4LS192的數(shù)值減到0時(shí)，第1片74LS192的BO’輸出低電平的借位信號(hào)，上圖中的三輸入與門(mén)74LS11被封鎖，第二片74LS192的Down端無(wú)法接收時(shí)鐘脈沖，定時(shí)電路顯示被被定在00狀態(tài)上，直到主持人按下清零按鍵，時(shí)間返回到30S的預(yù)置時(shí)間上，等待搶答選手再次進(jìn)行搶答。

此報(bào)警電路由555觸發(fā)器組成的單穩(wěn)態(tài)電路和多諧振蕩器構(gòu)成，開(kāi)關(guān)Z為報(bào)警解除開(kāi)關(guān)，同時(shí)報(bào)警也可以由主持人控制的總控開(kāi)關(guān)解除。其工作原理是由555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路使時(shí)控電路送來(lái)的信號(hào)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，然后送給多諧振蕩器，產(chǎn)生的矩形波（頻率為f=1.43/[(R9+R10)C5]）,控制晶體管構(gòu)成的三極管的推動(dòng)極，使揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。此報(bào)警電路主要完成的功能是：（1）主持人將控制電路撥動(dòng)到“開(kāi)始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)；（2）當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答按鍵時(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)人應(yīng)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。

四、總體電路圖去除選手得分顯示牌后，選手開(kāi)始搶答前的仿真圖：

計(jì)時(shí)開(kāi)始后_5路先搶答_4路后搶答_倒計(jì)時(shí)顯示電路正常顯示，此時(shí)電路搶答已開(kāi)始，比賽已開(kāi)始可以搶答的指示燈閃爍。

在無(wú)人搶答_而允許搶答時(shí)間又已到0秒的狀況下，此時(shí)時(shí)間鎖存器封鎖搶答電路，組別顯示電路顯示0，剩余時(shí)間顯示00，并由報(bào)警電路報(bào)警提示。報(bào)警電路可由主持人控制的總控開(kāi)關(guān)關(guān)閉，也可以由僅解除報(bào)警的報(bào)警解除開(kāi)關(guān)解除。

分?jǐn)?shù)牌顯示電路每組的計(jì)分部分都由三個(gè)8421碼撥碼開(kāi)關(guān)完成分?jǐn)?shù)的增和減，每組為個(gè)、十、百三位，每位均通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)上的“+”和“-”完成相應(yīng)位數(shù)上的增與減。比如說(shuō)：第五組的分?jǐn)?shù)為150分，現(xiàn)在要給其加上25分，只需按動(dòng)該撥碼開(kāi)關(guān)上十位鍵上的“+”號(hào)兩下，個(gè)位鍵上的“+”號(hào)5下即可，其他同理。至于扣除分?jǐn)?shù)，亦是只需按動(dòng)相應(yīng)位數(shù)上的“-”號(hào)即可。

五、課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)經(jīng)過(guò)兩周的時(shí)間，我們的課程設(shè)計(jì)終于結(jié)束了。忙碌的生活雖然有些許疲憊，但充斥著的最多的還是快樂(lè)。課程設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí),發(fā)現(xiàn),提出,分析和解決實(shí)際問(wèn)題,鍛煉實(shí)踐能力的重要環(huán)節(jié),是對(duì)學(xué)生實(shí)際工作能力的具體訓(xùn)練和考察過(guò)程。課程設(shè)計(jì)是將我們?cè)谡n本上所學(xué)的理論知識(shí)加以實(shí)踐的過(guò)程，這次設(shè)計(jì)的過(guò)程中，不論是上網(wǎng)查資料還是在圖書(shū)館翻閱圖書(shū)，使我明白了只有做過(guò)了課程設(shè)計(jì)，真切的接觸了這些形形色色的元器件，我們才能夠真正的掌握到我們?cè)谡n本上所學(xué)得的知識(shí)，比如說(shuō)