多路搶答器論文

PAGEword文檔可自由復(fù)制編輯電子工藝實(shí)習(xí)多路搶答器的設(shè)計目錄一．課程設(shè)計的題目二．課程設(shè)計的目的三．課程設(shè)計的內(nèi)容和要求四．課程設(shè)計的總體方案及原理五．單元電路設(shè)計方案和原理說明1）搶答器電路設(shè)計2）定時電路設(shè)計3）秒脈沖電路設(shè)計4）報警電路設(shè)計六．電路仿真過程中遇到的問題及解決方法七．心得體會八．參考文獻(xiàn)附錄：1) 總體仿真電路圖2) 元器件清單八路搶答器設(shè)計一課程設(shè)計題目八路搶答器設(shè)計二課程設(shè)計目的1.培養(yǎng)數(shù)字電路的設(shè)計能力。2.掌握用軟件multisim10設(shè)計搶答器電路圖并完成仿真。3培養(yǎng)獨(dú)立分析問題和解決問題的能力以及創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。4.掌握基本的焊接知識。5鞏固和加強(qiáng)“數(shù)字電子技術(shù)”課程的理論知識。6.學(xué)會定時計數(shù)的基本方法。三課程設(shè)計內(nèi)容和要求1.設(shè)計一個智力競賽搶答器，可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽，他們的編號分別是1、2、3、4、5、6、7、8一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)，分別是S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8。對應(yīng)搶答成功指示燈，分別是LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8.2.給節(jié)目主持人設(shè)置一個控制開關(guān)S9，用來控制系統(tǒng)的清零(編號顯示數(shù)碼管滅燈和蜂鳴器停止報警)和搶答的開始。3.搶答器具有定時搶答功能。當(dāng)節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示。搶答開始后，如果定時搶答的時間60s已到，仍沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示00，直到主持人按下“清除”鍵復(fù)位。4.搶答器具有搶答后答題倒計時功能（并且答題時間可在20s,40s,60s之間切換）當(dāng)有選手搶答成功后，74LS148的輸入始能端為“高”電平。接4輸入與門，其他三端分別為555秒脈沖信號輸出端，60秒搶答時間結(jié)束標(biāo)志端和答題時間結(jié)束的標(biāo)志端。以此控制答題時間的開始和結(jié)束。5.搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號和搶答的時間，搶答選手所對應(yīng)的信號燈可隨之亮起，同時蜂鳴器響起。此時，輸入電路封鎖，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人按下“清除”鍵為止。四課程設(shè)計總體方案及原理1.本題的根本任務(wù)是準(zhǔn)確判斷出第一搶答者的信號并將其鎖存。實(shí)現(xiàn)這一功能可以使用74LS279RS觸發(fā)器，在得到第一信號之后應(yīng)立即將電路的輸入鎖存，即使其他組的搶答無效。同時發(fā)出第一信號所在組要在主持人發(fā)出搶答信號后開始搶答，在此之前搶答無效。2.當(dāng)電路形成第一搶答信號之后，用編碼器74LS148、譯碼器74LS48、74LS138及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答者的組別，并用發(fā)光二極管直接指示出組別。還可以用鑒別出的第一搶答信號控制蜂鳴器，表示該題搶答有效。3.定時電路采用2位共陰極數(shù)碼管顯示，由74LS48驅(qū)動，用74LS192可預(yù)置BCD雙時鐘可逆計數(shù)器進(jìn)行到計時。4.由于定時電路要求的是每秒減一，即需要一個產(chǎn)生秒脈沖的電路?？赡嬗嫈?shù)器的脈沖信號可由555定時器產(chǎn)生脈沖矩形波來達(dá)到。電路電阻、電容可由振蕩頻率公式振蕩頻率f＝1．43／［（RI＋2R2）C］計算。 具體的總體原理框圖如下：搶答按鈕搶答按鈕優(yōu)先編碼電路鎖存器譯碼電路顯示電路主持人控制電路控制電路報警電路脈沖產(chǎn)生電路定時電路譯碼電路顯示電路主體電路擴(kuò)展電路總體原理框圖五單元電路設(shè)計方案和原理說明1.搶答器電路設(shè)計(1)搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示譯碼電路用；二是要使其它選手按鍵操作無效。(2)選用優(yōu)先編碼器74LS148、74LS279RS觸發(fā)器、譯碼器74LS48和7段共陰極數(shù)碼管組成搶答電路。(3)搶答電路工作原理：當(dāng)控制開關(guān)置于“清除”位置時，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出Q4—Q1全為低電平（Q3、Q4分別為下圖右側(cè)74LS279的Q1、Q2）。此時74LS48的，顯示器滅燈；74LS148選通輸入,74LS148處于工作狀態(tài)，而觸發(fā)器輸出端均為零。當(dāng)控制開關(guān)置于“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)，當(dāng)有選手按鍵搶答時，如2號選手優(yōu)先按2號鍵，則74LS148輸出A2A1A0=010，，經(jīng)RS鎖存后，Q4=1，，7448工作，Q3Q2Q1=101，經(jīng)7448驅(qū)動譯碼后，顯示器顯示數(shù)字2。Q4=1使74LS148的為高電平，即74LS148禁止工作，封鎖其它按鍵輸入，當(dāng)按下的按鍵松開后，因?yàn)閿?shù)碼管顯示所搶答者對應(yīng)編號，所以，74LS148的為高電平，但由于Q4輸出仍為高電平不變，所以74LS148仍處于不工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號不被接受，這就保證搶答者的優(yōu)先性及搶答電路的準(zhǔn)確性,如圖所示。搶答器電路圖2.定時電路設(shè)計1）主持人設(shè)定搶答器時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供，可預(yù)置時間進(jìn)行倒計時電路選十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計，倒計時到零時，十位數(shù)計數(shù)器的借位位輸出低電平有效的“定時到信號”。具體電路原理如下圖。搶答時間定時電路圖2）由主持人通過開關(guān)A、B來設(shè)置答題時間（20s,40s,60s）計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供，可預(yù)置時間進(jìn)行倒計時電路選十進(jìn)制同步可逆計數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計，倒計時結(jié)束后，蜂鳴器進(jìn)行報警。答題時間結(jié)束。答題倒計時電路圖3.秒脈沖電路的設(shè)計 由一片555定時器外加兩個電阻和一個電容便構(gòu)成簡單的多諧振蕩器，其輸出矩形波的周期為,占空比。我們選取，使振蕩器產(chǎn)生接近1s的脈沖，再將555定時器的OUT端與十位計數(shù)器的借位位和選手搶答顯示LED的端經(jīng)與非門和非門送給個位數(shù)的計數(shù)器。這樣，定時器將在倒計到零或者有選手搶答時終止倒計時。產(chǎn)生秒脈沖的電路4.報警電路設(shè)計將編碼器（741LS48）的輸入使能端經(jīng)過一個限流電阻接地，便得到了報警電路。，從而使蜂鳴器發(fā)出“嘟…嘟…嘟”的報警聲音。其電路原理圖如下：報警電路圖六電路仿真出現(xiàn)的問題及解決方法在我們用Multisim10進(jìn)行仿真的時候，遇到了下面4點(diǎn)問題：當(dāng)沒有人按搶答開關(guān)的時候，74LS148的8個輸入端全部接著高電平，此時，輸出端3個輸出Y0、Y1、Y2輸出均為高電平，通過RS觸發(fā)器鎖存后，輸入到74LS138的輸入段為低電平，使輸出端Y0為低電平，經(jīng)過非門后，導(dǎo)致發(fā)光二極管LED0發(fā)光。這顯然與實(shí)際情況不符合，因此，面對這個特殊的情況時，不能使Y0輸入段與Y1Y7一樣經(jīng)過非門接發(fā)光二極管。因此，考慮到輸入為11111111和01111111時，端輸出不同，因此，我們通過該端輸出接非門，再與Y0輸出端或非接發(fā)光二極管的方法，克服了這個問題。避免了當(dāng)沒有選手搶答時和選手0號搶答時，LED0都發(fā)光的情況。在運(yùn)用Multisim10仿真時，我們在后來又遇到了，當(dāng)計時電路的倒計時60秒結(jié)束后，如果有選手按搶答鍵，則依然可以在數(shù)碼管顯示該選手編號的情況。通過考慮分析和討論，發(fā)現(xiàn)并沒有設(shè)計通過該計時電路控制74LS148的輸入使能端，因此導(dǎo)致74LS148依舊處于輸入有效狀態(tài)，此時如果有選手搶答，則依然可以完成搶答功能，這與設(shè)計要求相違背，因此，我們通過使用計數(shù)電路十位74LS192的借位位和顯示組別的數(shù)碼管所連接的74LS48的端經(jīng)過與非門接到74LS148的輸入使能端，使在倒計時結(jié)束后或者有選手搶答成功后，輸入到輸入使能端為高電平，從而實(shí)現(xiàn)了封鎖74LS148的輸入端，因此完成了設(shè)計的要求。在設(shè)計計時電路的時候，發(fā)現(xiàn)在主持人清零時以及選手搶答成功完畢后，計時電路仍在進(jìn)行倒計時導(dǎo)致正常的搶答功能無法實(shí)現(xiàn)。通過分析，我們通過一個4輸入與非門，使其一端接秒脈沖發(fā)生電路的輸出端，另外3端分別接主持人控制端、計時電路十位計時鋅片的借位端、搶答成功的標(biāo)志段經(jīng)過非門的信號。使計數(shù)受主持人發(fā)出搶答信號（主持人開關(guān)接高電平）選手未搶答的時候以及計時未結(jié)束的時候計時電路正常工作。當(dāng)以上條件有任一不滿足的情況下（與非門其他三端任一輸入為零）時，計時電路停止工作。4)在設(shè)計報警電路時，出現(xiàn)了一旦有選手搶答，蜂鳴器開始發(fā)聲，但是一直持續(xù)不停止，這就影響了選手的答題。經(jīng)思考和討論，我們在蜂鳴器電路中串接一個10uf的電容，并用NPN三極管的射級來帶蜂鳴器負(fù)載，這樣蜂鳴器便會在響數(shù)聲之后自動停止。最后，經(jīng)過我們的努力克服了一道道難題，較成功地完成了設(shè)計任務(wù)。七心得體會本次課程設(shè)計，我們組選擇了多功能搶答器的設(shè)計。搶答器，顧名思義，就是誰搶答的快，誰就擁有答題權(quán)。因而我們的任務(wù)就是設(shè)計電路將最先搶答的那一組的組號顯示在觀眾面前，并且阻止其他組再進(jìn)行搶答。經(jīng)過三周的不懈努力，我們克服重重困難，終于設(shè)計出了一張能夠準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出最先搶答者的搶答器原理圖。我們的搶答器原理圖是在multisim10.0軟件平臺上設(shè)計的。multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于板級的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計工作。當(dāng)然，這個仿真軟件我也是剛接觸到，通過老師的詳細(xì)講解、看視頻教程，我逐漸掌握了對它的應(yīng)用，并在不斷查找芯片和應(yīng)用芯片中得到鞏固?，F(xiàn)在知道功能我也知道在哪里找到相應(yīng)芯片，原理圖仿真出錯也能利用各種儀器儀表差錯啦。這次課設(shè)可謂是收獲頗豐。在搶答器的原理圖設(shè)計上，我們采用了模塊化的設(shè)計。整張電路圖包括搶答器電路、定時電路、秒脈沖發(fā)生電路、報警電路和顯示電路。搶答器電路中，我們采用了74LS148優(yōu)先編碼器、74LS138密碼器、74LS279觸發(fā)器以及按鍵開關(guān)等元器件，實(shí)現(xiàn)了搶答、鎖存和譯碼的功能。秒脈沖發(fā)生電路是通過555定時器連接的一個多諧振蕩器，通過設(shè)定其中的電阻、電容值，使其輸出脈沖頻率為1s。定時電路是由搶答倒計時電路和答題倒計時電路構(gòu)成。它們主要都是由可預(yù)置BCD雙時鐘可逆計數(shù)器74LS192組成，它通過計數(shù)秒脈沖電路輸出的秒脈沖，實(shí)現(xiàn)了定時。蜂鳴器和74LS148、七段共陰極數(shù)碼管分別構(gòu)成了報時電路和顯示電路。雖然我們最終使用到的芯片并不是太多，但是在整個課程設(shè)計的過程中，我們查詢和了解了許多芯片，像常用的計數(shù)器芯片74LS160、74LS161、74LS191、74LS197,全加器74LS83、74LS147和用以實(shí)現(xiàn)與或非的諸多芯片，如與非門74LS00、或非門74LS02、反相器（非門）74LS04、與門74LS08等等。在查詢和應(yīng)用這些芯片時，我明白了只用看明白了芯片的功能表，才能正確的使用芯片，只有親自使用了芯片，才能掌握一個芯片。當(dāng)然，我們在設(shè)計電路圖的整個過程也并不是一帆風(fēng)順。有些我們從未想過的問題有時也出現(xiàn)了，比如，多諧振蕩器突然就不輸出脈沖了，給蜂鳴器串接一個電阻蜂鳴器的工作就出現(xiàn)故障了等等，還有一些常見問題，如搶答的數(shù)碼管出現(xiàn)亂碼，計時不穩(wěn)定，74LS279鎖存情況不理想等等。在解決這些繁瑣問題的過程中，我們通過詢問老師，找?guī)熜謳熃闱笾约芭c同學(xué)討論商量，最終克服重重困難，終于完成搶答器原理圖。再次，我們誠摯感謝給予我們指導(dǎo)的老師和提供幫助的朋友。三周的課程設(shè)計，讓我在為人處世上又有了新的體會。那就是你要想踏踏實(shí)實(shí)做好一件事，你就必須要有不松懈，不放棄的態(tài)度和不斷反省、不斷總結(jié)的耐心?；叵脒@次課程設(shè)計，最后用毛澤東的一句詩詞來總結(jié)：為有犧牲多壯志，敢教日月?lián)Q新天！八參考文獻(xiàn)1、韓學(xué)軍.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)【M】.北京：中國電力出版社2、王義軍.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)【M】.北京：中國電力出版社3、姚福安.電子電路設(shè)計與實(shí)踐.山東科學(xué)技術(shù)出版社4、閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)題解.華中科技大學(xué)出版社附錄1總體電路圖總電路圖2元器件清單項(xiàng)目編號數(shù)量描述參考標(biāo)識1974LS04NU27,U21,U34,U33,U32,U31,U30,U29,U28222N2221Q2,Q133SPDTS8,S10,S942SONALERT1000HzU24,U155174LS21DU206474LS192NU18,U14,U11,U57174LS83DU1382510kΩ5%R11,R1291C,10nFC1101RESISTOR,240Ω5%R10113LED_redLED9,LED8,LED1121RPACK_VARIABLE_1X8,330OhmR9131LED_orangeLED7141LED_blueLED6152LED_irLED5,LED2161LED_yellowLED4171LED_gr