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(jì)目錄一．課程設(shè)計(jì)的題目二．課程設(shè)計(jì)的目的三．課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容和要求四．課程設(shè)計(jì)的總體方案及原理五．單元電路設(shè)計(jì)方案和原理說(shuō)明1）搶答器電路設(shè)計(jì)2）定時(shí)電路設(shè)計(jì)3）秒脈沖電路設(shè)計(jì)4）報(bào)警電路設(shè)計(jì)六．電路仿真過(guò)程中遇到的問(wèn)題及解決方法七．心得體會(huì)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(jì)一課程設(shè)計(jì)題目八路搶答器設(shè)計(jì)二課程設(shè)計(jì)目的1.培養(yǎng)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)能力。2.掌握用軟件multisim10設(shè)計(jì)搶答器電路圖并完成仿真。3培養(yǎng)獨(dú)立分析問(wèn)題和解決問(wèn)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(shí)。5鞏固和加強(qiáng)“數(shù)字電子技術(shù)”課程的理論知識(shí)。6.學(xué)會(huì)定時(shí)計(jì)數(shù)的基本方法。三課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求1.設(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號(hào)分別是1、2、3、4、5、6、7、8一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，分別是S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8。對(duì)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(gè)控制開(kāi)關(guān)S9，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零(編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈和蜂鳴器停止報(bào)警)和搶答的開(kāi)始。3.搶答器具有定時(shí)搶答功能。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示。搶答開(kāi)始后，如果定時(shí)搶答的時(shí)間60s已到，仍沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)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(jì)時(shí)功能（并且答題時(shí)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(hào)輸出端，60秒搶答時(shí)間結(jié)束標(biāo)志端和答題時(shí)間結(jié)束的標(biāo)志端。以此控制答題時(shí)間的開(kāi)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(kāi)始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，搶答選手所對(duì)應(yīng)的信號(hào)燈可隨之亮起，同時(shí)蜂鳴器響起。此時(shí)，輸入電路封鎖，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人按下“清除”鍵為止。四課程設(shè)計(jì)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(hào)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(hào)之后應(yīng)立即將電路的輸入鎖存，即使其他組的搶答無(wú)效。同時(shí)發(fā)出第一信號(hào)所在組要在主持人發(fā)出搶答信號(hào)后開(kāi)始搶答，在此之前搶答無(wú)效。2.當(dāng)電路形成第一搶答信號(hào)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(hào)控制蜂鳴器，表示該題搶答有效。3.定時(shí)電路采用2位共陰極數(shù)碼管顯示，由74LS48驅(qū)動(dòng)，用74LS192可預(yù)置BCD雙時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)器進(jìn)行到計(jì)時(shí)。4.由于定時(shí)電路要求的是每秒減一，即需要一個(gè)產(chǎn)生秒脈沖的電路?？赡嬗?jì)數(shù)器的脈沖信號(hào)可由555定時(shí)器產(chǎn)生脈沖矩形波來(lái)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(jì)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(bào)警電路脈沖產(chǎn)生電路定時(shí)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(jì)方案和原理說(shuō)明1.搶答器電路設(shè)計(jì)(1)搶答電路的功能有兩個(gè)：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(hào)，供譯碼顯示譯碼電路用；二是要使其它選手按鍵操作無(wú)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(kāi)關(guān)置于“清除”位置時(shí)，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(shí)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(kāi)關(guān)置于“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)，當(dāng)有選手按鍵搶答時(shí)，如2號(hào)選手優(yōu)先按2號(hào)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(dòng)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(kāi)后，因?yàn)閿?shù)碼管顯示所搶答者對(duì)應(yīng)編號(hào)，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(hào)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(shí)電路設(shè)計(jì)1）主持人設(shè)定搶答器時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供，可預(yù)置時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)電路選十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，倒計(jì)時(shí)到零時(shí)，十位數(shù)計(jì)數(shù)器的借位位輸出低電平有效的“定時(shí)到信號(hào)”。具體電路原理如下圖。搶答時(shí)間定時(shí)電路圖2）由主持人通過(guò)開(kāi)關(guān)A、B來(lái)設(shè)置答題時(shí)間（20s,40s,60s）計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供，可預(yù)置時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)電路選十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，倒計(jì)時(shí)結(jié)束后，蜂鳴器進(jìn)行報(bào)警。答題時(shí)間結(jié)束。答題倒計(jì)時(shí)電路圖3.秒脈沖電路的設(shè)計(jì) 由一片555定時(shí)器外加兩個(gè)電阻和一個(gè)電容便構(gòu)成簡(jiǎn)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(shí)器的OUT端與十位計(jì)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(gè)位數(shù)的計(jì)數(shù)器。這樣，定時(shí)器將在倒計(jì)到零或者有選手搶答時(shí)終止倒計(jì)時(shí)。產(chǎn)生秒脈沖的電路4.報(bào)警電路設(shè)計(jì)將編碼器（741LS48）的輸入使能端經(jīng)過(guò)一個(gè)限流電阻接地，便得到了報(bào)警電路。，從而使蜂鳴器發(fā)出“嘟…嘟…嘟”的報(bào)警聲音。其電路原理圖如下：報(bào)警電路圖六電路仿真出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法在我們用Multisim10進(jìn)行仿真的時(shí)候，遇到了下面4點(diǎn)問(wèn)題：當(dāng)沒(méi)有人按搶答開(kāi)關(guān)的時(shí)候，74LS148的8個(gè)輸入端全部接著高電平，此時(shí)，輸出端3個(gè)輸出Y0、Y1、Y2輸出均為高電平，通過(guò)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(guò)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(duì)這個(gè)特殊的情況時(shí)，不能使Y0輸入段與Y1Y7一樣經(jīng)過(guò)非門接發(fā)光二極管。因此，考慮到輸入為11111111和01111111時(shí)，端輸出不同，因此，我們通過(guò)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(gè)問(wèn)題。避免了當(dāng)沒(méi)有選手搶答時(shí)和選手0號(hào)搶答時(shí)，LED0都發(fā)光的情況。在運(yùn)用Multisim10仿真時(shí)，我們?cè)诤髞?lái)又遇到了，當(dāng)計(jì)時(shí)電路的倒計(jì)時(shí)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(hào)的情況。通過(guò)考慮分析和討論，發(fā)現(xiàn)并沒(méi)有設(shè)計(jì)通過(guò)該計(jì)時(shí)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(shí)如果有選手搶答，則依然可以完成搶答功能，這與設(shè)計(jì)要求相違背，因此，我們通過(guò)使用計(jì)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(guò)與非門接到74LS148的輸入使能端，使在倒計(jì)時(shí)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(jì)的要求。在設(shè)計(jì)計(jì)時(shí)電路的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)在主持人清零時(shí)以及選手搶答成功完畢后，計(jì)時(shí)電路仍在進(jìn)行倒計(jì)時(shí)導(dǎo)致正常的搶答功能無(wú)法實(shí)現(xiàn)。通過(guò)分析，我們通過(guò)一個(gè)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(jì)時(shí)電路十位計(jì)時(shí)鋅片的借位端、搶答成功的標(biāo)志段經(jīng)過(guò)非門的信號(hào)。使計(jì)數(shù)受主持人發(fā)出搶答信號(hào)（主持人開(kāi)關(guān)接高電平）選手未搶答的時(shí)候以及計(jì)時(shí)未結(jié)束的時(shí)候計(jì)時(shí)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(shí)，計(jì)時(shí)電路停止工作。4)在設(shè)計(jì)報(bào)警電路時(shí)，出現(xiàn)了一旦有選手搶答，蜂鳴器開(kāi)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?cè)诜澍Q器電路中串接一個(gè)10uf的電容，并用NPN三極管的射級(jí)來(lái)帶蜂鳴器負(fù)載，這樣蜂鳴器便會(huì)在響數(shù)聲之后自動(dòng)停止。最后，經(jīng)過(guò)我們的努力克服了一道道難題，較成功地完成了設(shè)計(jì)任務(wù)。七心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)，我們組選擇了多功能搶答器的設(shè)計(jì)。搶答器，顧名思義，就是誰(shuí)搶答的快，誰(shuí)就擁有答題權(quán)。因而我們的任務(wù)就是設(shè)計(jì)電路將最先搶答的那一組的組號(hào)顯示在觀眾面前，并且阻止其他組再進(jìn)行搶答。經(jīng)過(guò)三周的不懈努力，我們克服重重困難，終于設(shè)計(jì)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(tái)上設(shè)計(jì)的。multisim是美國(guó)國(guó)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(jí)的模擬/數(shù)字電路板的設(shè)計(jì)工作。當(dāng)然，這個(gè)仿真軟件我也是剛接觸到，通過(guò)老師的詳細(xì)講解、看視頻教程，我逐漸掌握了對(duì)它的應(yīng)用，并在不斷查找芯片和應(yīng)用芯片中得到鞏固。現(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(cuò)也能利用各種儀器儀表差錯(cuò)啦。這次課設(shè)可謂是收獲頗豐。在搶答器的原理圖設(shè)計(jì)上，我們采用了模塊化的設(shè)計(jì)。整張電路圖包括搶答器電路、定時(shí)電路、秒脈沖發(fā)生電路、報(bào)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(kāi)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(guò)555定時(shí)器連接的一個(gè)多諧振蕩器，通過(guò)設(shè)定其中的電阻、電容值，使其輸出脈沖頻率為1s。定時(shí)電路是由搶答倒計(jì)時(shí)電路和答題倒計(jì)時(shí)電路構(gòu)成。它們主要都是由可預(yù)置BCD雙時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)器74LS192組成，它通過(guò)計(jì)數(shù)秒脈沖電路輸出的秒脈沖，實(shí)現(xiàn)了定時(shí)。蜂鳴器和74LS148、七段共陰極數(shù)碼管分別構(gòu)成了報(bào)時(shí)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(gè)課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中，我們查詢和了解了許多芯片，像常用的計(jì)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(shí)，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(gè)芯片。當(dāng)然，我們?cè)谠O(shè)計(jì)電路圖的整個(gè)過(guò)程也并不是一帆風(fēng)順。有些我們從未想過(guò)的問(wèn)題有時(shí)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(gè)電阻蜂鳴器的工作就出現(xiàn)故障了等等，還有一些常見(jiàn)問(wèn)題，如搶答的數(shù)碼管出現(xiàn)亂碼，計(jì)時(shí)不穩(wěn)定，74LS279鎖存情況不理想等等。在解決這些繁瑣問(wèn)題的過(guò)程中，我們通過(guò)詢問(wèn)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(chéng)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(jì)，讓我在為人處世上又有了新的體會(huì)。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(jì)，最后用毛澤東的一句詩(shī)詞來(lái)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(guó)電力出版社2、王義軍.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)【M】.北京：中國(guó)電力出版社3、姚福安.電子電路設(shè)計(jì)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(hào)數(shù)量描述參考標(biāo)識(shí)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