課程設(shè)計(jì)：三路搶答器

三人搶答計(jì)時(shí)器、摘要智力競(jìng)賽搶答計(jì)時(shí)器是一名公正的裁判員，它的任務(wù)是從若干名參賽者中確定出最先的搶答者，并要求參賽者在規(guī)定的時(shí)間里回答完問(wèn)題。二、設(shè)計(jì)要求設(shè)計(jì)一個(gè)三人參加的智力競(jìng)賽搶答計(jì)時(shí)器。當(dāng)有某一參賽者首先按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)時(shí)，相應(yīng)顯示燈亮并伴有聲響。此時(shí)，搶答器不再接收其他輸入的信號(hào)。電路具有回答問(wèn)題時(shí)間控制功能。要求回答問(wèn)題的時(shí)間小于等于100秒（顯示0?99）,時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)方式。當(dāng)達(dá)到限定時(shí)間時(shí)，發(fā)出聲響以示警告。三、 給定條件及元器件要求電路主要選用中規(guī)模CMOS集成電路CC4000系列。電源電壓為5~10V。3.本設(shè)計(jì)要求在數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱上完成。四、 設(shè)計(jì)內(nèi)容電路各部分的組成和工作原理。元件器的選取及其電路圖和功能。電路各部分的調(diào)試方法。在整機(jī)電路的設(shè)計(jì)調(diào)試過(guò)程中，遇到什么問(wèn)，其原因及解決的辦法。五、電路組成和工作原理

圖（一）根據(jù)上面所說(shuō)的功能要求，智力競(jìng)賽搶答計(jì)時(shí)系統(tǒng)的組成框如圖（一）所示。它主要由六部分組成；1、搶答器——是三人搶答計(jì)時(shí)器的核心。當(dāng)參賽者的任意一位首先按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)時(shí)，搶答器即刻接受該信號(hào)，指使相應(yīng)發(fā)光二級(jí)管亮（或音響電路發(fā)出聲音），與此同時(shí)，封鎖住其他參賽者的輸入信號(hào)。2、搶答控制電路——由三個(gè)開(kāi)關(guān)組成。三名參賽者各控制一個(gè)，撥動(dòng)開(kāi)關(guān)使相應(yīng)控制端的信號(hào)為高電平或低電平。3、清零裝置——供比賽開(kāi)始前裁判員使用。它能保證比賽前觸發(fā)器統(tǒng)一清零，避免電路的誤動(dòng)作和搶答過(guò)程的不公平。4、顯示聲響電路——比賽開(kāi)始，當(dāng)某一參賽者按下?lián)尨鹌鏖_(kāi)關(guān)時(shí)，觸發(fā)器接受該信號(hào)，在封鎖其他開(kāi)關(guān)信號(hào)的同時(shí)，使該路的發(fā)光二極管發(fā)出亮光和蜂鳴器發(fā)出聲響，以引起人們的注意。5、計(jì)時(shí)顯示聲響電路——是對(duì)搶答者回答問(wèn)題時(shí)間進(jìn)行控制的電路。若規(guī)定回答問(wèn)題時(shí)間小于等于100秒（顯示為0—99），那么顯示裝置應(yīng)該是一個(gè)二位數(shù)字顯示的計(jì)數(shù)系統(tǒng)。6、振蕩電路——它應(yīng)該提供給搶答器，計(jì)時(shí)系統(tǒng)和聲響電路工作的控制脈沖。六、設(shè)計(jì)步驟及方法三人競(jìng)賽搶答計(jì)時(shí)器系統(tǒng)的原理圖如圖（二）所示：1、搶答控制電路三人競(jìng)賽搶答計(jì)時(shí)器系統(tǒng)的原理圖如圖（二）所示：1、搶答控制電路該系統(tǒng)由開(kāi)關(guān)A,B,C組成，分別由三名參賽者控制。常態(tài)時(shí)開(kāi)關(guān)接地，比賽時(shí)，按下開(kāi)關(guān)，使該端為高電平。為實(shí)驗(yàn)方便，搶答開(kāi)關(guān)也可以利用實(shí)驗(yàn)箱上電平輸出開(kāi)關(guān)。撥動(dòng)邏輯開(kāi)關(guān)，相當(dāng)于輸出邏輯高低電平。2、搶答器由圖（二）看出，搶答器是由三個(gè)D型觸發(fā)器和與非門G1組成。它的工作原理是這樣的：如果參賽者A首先按下開(kāi)關(guān)，使該端的輸入信號(hào)為高電平，觸發(fā)器Fa的輸入端D接收該信號(hào)使輸出Q為高電平，相應(yīng)的Q為低電平，這個(gè)低電平信號(hào)同時(shí)送到與非門G1的輸入端，與非門G1被封鎖，使觸發(fā)器的控制脈沖CP信號(hào)由于與非門G1封鎖而被拒之門外，觸發(fā)器FB和FC因?yàn)椴痪邆銫P脈沖信號(hào)而不接收開(kāi)關(guān)B和C控制端送入的信號(hào)（其他兩種情況類同）。因?yàn)樵撾娐分唤邮盏谝粋€(gè)輸入信號(hào)，即使此時(shí)其他參賽者也按下開(kāi)關(guān)，但由于與非門已被封鎖，信號(hào)是輸入不進(jìn)去的。3、清零裝置

為了保證電路正常工作，比賽開(kāi)始前，裁判員都要將各觸發(fā)器的狀態(tài)統(tǒng)一清零。本系統(tǒng)利用D觸發(fā)器的異步復(fù)位端來(lái)實(shí)現(xiàn)清零功能。由圖（二）可以看出，該觸發(fā)器的異步復(fù)位端為R該觸發(fā)器的異步復(fù)位端為Rd,低電平用一個(gè)開(kāi)關(guān)J控制，正常比賽時(shí)，使SD均處于高電平，用叮=0實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。4、計(jì)時(shí)顯示聲響電路計(jì)時(shí)電路采用倒計(jì)時(shí)方法，最大顯示為99秒。當(dāng)裁判員給出“請(qǐng)回答”指令后，開(kāi)始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)到“00”時(shí)可驅(qū)動(dòng)聲響電路發(fā)出聲響。倒計(jì)時(shí)器先用可預(yù)置數(shù)二-十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘型）CC40192。CC40192的功能表和外部引線排列分別如表（一）和圖（三）所示：輸入輸出CPCPCRPEABCDQAQr QcQdXX1XXXXX0000XX00abcdab cdf101XXXX力W去計(jì)算1斗00XXXX減法運(yùn)算1100XXXX保寺表（一）%D A CRQBQCPE C D16 15 14 13 12 11 10 9CC40192B QCQA CP.CEQCQDVSS圖（三）圖4是用兩片CC40192組成的一百進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器電路。由功能表可以看出,要使電路實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)（減法）功能，應(yīng)使CR=0,PE=1,CP=1,CP=CP。可用＋－CR端接電平開(kāi)關(guān)來(lái)控制計(jì)時(shí)器的工作與否。聲響顯示電路需要在兩種情況下做出反應(yīng)：一種是當(dāng)有參賽者按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)時(shí),相應(yīng)電路中的發(fā)光二極管亮,同時(shí)推動(dòng)輸出級(jí)的蜂鳴器發(fā)出聲響；第二種情況是當(dāng)裁判員給出“請(qǐng)回答”指令后,計(jì)時(shí)開(kāi)始倒計(jì)時(shí),若回答問(wèn)題時(shí)間到達(dá)限定的時(shí)間,蜂鳴器發(fā)出聲響。顯示電路由發(fā)光二極管與電阻串聯(lián)而成,發(fā)光二極管正極接電源端,負(fù)極接D觸發(fā)器的Q端。當(dāng)某參賽者按下開(kāi)關(guān)，該觸發(fā)器接收該使其輸出Q端的狀態(tài)為高電平，相應(yīng)的Q端為低電平，就有電流流過(guò)發(fā)光二極管使它發(fā)亮。計(jì)時(shí)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)顯示電路選用BCD-7段鎖存譯碼/驅(qū)動(dòng)器CC4511和七段數(shù)碼管組成，其工作原理可參照“數(shù)字鐘”的有關(guān)內(nèi)容。聲響電路由兩分組成:一是由門電路組成的控制電路，二是三級(jí)管驅(qū)動(dòng)電路。門控電路主要由或門組成，它的兩個(gè)輸入，一個(gè)來(lái)自搶答電路各觸發(fā)器輸出Q的與非，它說(shuō)明只要有一Q為低電平，就使該與非門輸出為高電平通過(guò)或門電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)聲；另一個(gè)來(lái)自計(jì)時(shí)系統(tǒng)高位計(jì)數(shù)器的借位信號(hào)O,它說(shuō)明計(jì)時(shí)電 B路在99秒向98秒，97秒，…2秒，1秒，0秒倒計(jì)時(shí)再向99秒轉(zhuǎn)化時(shí)向高位借位給出一個(gè)負(fù)脈沖經(jīng)反相器得到一個(gè)高電平。這個(gè)高電平信號(hào)也能使蜂鳴器發(fā)聲，為了保證電路的可靠工作，也可采用與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)。

圖（四）5、振蕩電路本系統(tǒng)需要產(chǎn)生三種頻率的脈沖信號(hào)，一種是頻率為1KHz的脈沖信號(hào)，用于聲響電路；一種是頻率為500KHz的脈沖信號(hào)，用于觸發(fā)器CP信號(hào)。第三種頻率為1Hz信號(hào)用于計(jì)時(shí)電路。以上電路可用555定時(shí)器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過(guò)分頻率得到。設(shè)計(jì)方法可參考“數(shù)字鐘”的相關(guān)內(nèi)容，1KHz的脈沖也可從實(shí)驗(yàn)箱上獲得。七、安裝與調(diào)試用中規(guī)模集成D觸發(fā)器CC4013組成的三人搶答競(jìng)賽搶答計(jì)時(shí)器的邏輯電路圖如圖（五）所示。

CC4013的功能表的外引線排列分別如表（二）和圖（六）CC4012的外部引線排列如圖（七）。輸入輸出CP D R SQn+1 Qt 0 0 001410010“X 0 0Q1 QnXX 1 001X X 0 110XX 1 1不確定表（二）111111114131211109）8CC4013123 45671111111Q1Q1CP1R1DIS VSS圖（六）VDD2Y2A2B2C2DN.C14 13 12 11 10 9 8CC401212345671Y1A1B1C1DN.CVSS圖（七）1、搶答顯示功能測(cè)試按圖（五）的有關(guān)分在實(shí)驗(yàn)箱上連線，將開(kāi)關(guān)A,B,C全處于低電平。首先撥動(dòng)開(kāi)關(guān)A,該端發(fā)光二極管亮，此時(shí)再撥動(dòng)開(kāi)關(guān)B或C,觀察其他發(fā)光二極管的情況。2、清零功能測(cè)試在以上實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將CC4013的所有R端連在一起通過(guò)開(kāi)關(guān)J控制。由表（二）可以看出，CC4013的異步控制信號(hào)高電平有效，困此可用R=1實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。開(kāi)關(guān)J可以利用實(shí)驗(yàn)箱上的電平開(kāi)關(guān)。常態(tài)時(shí)，它處于低電平。撥動(dòng)開(kāi)關(guān)J,觀察發(fā)光二極管是否全滅。3、 倒計(jì)時(shí)功能測(cè)試按圖（四）的電路在實(shí)驗(yàn)箱上連線，計(jì)數(shù)器的輸出可接發(fā)光二極管，在CP作用下，觀察發(fā)光二極管顯示情況。通過(guò)控制CR端的狀態(tài)，再觀察發(fā)光二極管顯示情況。譯碼顯示電路的連接方法可參考“數(shù)字鐘”的有關(guān)內(nèi)容。4、 聲響電路功能測(cè)試按圖（五）的有關(guān)分在實(shí)驗(yàn)箱上連線，可將與非門的反相器的輸入端分別通過(guò)實(shí)驗(yàn)箱上的電平開(kāi)關(guān)來(lái)控制狀態(tài)，觀察喇叭發(fā)聲情況。八、實(shí)驗(yàn)所用器材電源、發(fā)光二極管、蜂鳴器、電阻、開(kāi)關(guān)、觸發(fā)器、cc40192、555定時(shí)器、各種門電路、三極管、譯碼顯示裝置等。九、設(shè)計(jì)心得和體會(huì)“電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)”是點(diǎn)在技術(shù)課程的實(shí)踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對(duì)我學(xué)習(xí)電子技術(shù)綜合性的訓(xùn)練。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)我收獲良多，使我認(rèn)識(shí)到了自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的實(shí)用性和重要性。本次設(shè)計(jì)我選擇的是三人搶答計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)使我對(duì)課本上的知識(shí)進(jìn)行了復(fù)習(xí)和運(yùn)用。這是我第一次接觸課程設(shè)計(jì)，所以起初不知該如何下手，后來(lái)通過(guò)上網(wǎng)查詢和查閱相關(guān)書(shū)籍資料，總算是有點(diǎn)眉目了。指導(dǎo)了如何下手，后面的工作相對(duì)就容易一些了。埋頭苦干的過(guò)程是苦澀的，在書(shū)山中查找資料的過(guò)程是疲倦的，但當(dāng)課程設(shè)計(jì)完成時(shí)，收獲的感覺(jué)是甜蜜的。沒(méi)有耕耘，哪來(lái)的收獲的喜悅，不懂的付出怎么能知道回報(bào)的快樂(lè)，一份耕耘一份收獲，有付出才有回報(bào)，就在這樣的痛苦與快樂(lè)的交換中，我學(xué)到了知識(shí)，學(xué)到了