四人搶答器 課程設(shè)計-2023修改整理

千里之行，始于足下讓知識帶有溫度。第第2頁/共2頁精品文檔推薦四人搶答器課程設(shè)計名目

第一章緒論

1．1課題討論背景(2)

1．2課題計劃研究(2)

1．3課題討論內(nèi)容(6)

其次章?lián)尨鹌鞯南到y(tǒng)概述

2．1搶答器的主要功能簡介(6)

2．1搶答器的工作原理簡介(6)

2．3搶答器的系統(tǒng)需求分析(7)

2．4搶答器的工作流程(7)

第三章選定設(shè)計計劃的單元電路相關(guān)分析

3．174LS175集成芯片的電路分析(9)

3．274LS20集成芯片的電路分析(11)

3．374LS00集成芯片的電路分析(12)

3．4555集成芯片的電路分析(13)

3．5元件清單(14)

第四章?lián)尨鹌鞯碾娐吩O(shè)計圖

4．1工作原理圖(17)

4．2面包板接線圖(17)

4．3電路成品圖書館(17)

第五章心得體味(18)

一、緒論

1.課題討論背景

隨著我國經(jīng)濟和文化事業(yè)的進展，在這個競爭激烈的社會中，學(xué)問比賽、評比優(yōu)勝，選拔人才之類的活動愈加頻繁。在無數(shù)競爭場要求有迅速公平的競爭裁決，例如：證劵、股票交易及各種智力比賽等。在現(xiàn)代社會生活中，智力比賽更是作為一種生動活潑的教導(dǎo)形式和辦法能夠引起觀眾極大的愛好。但是、在比賽中往往是多個選手一起，分為幾個小組參與競賽，針對主持人提出的問題各比賽小組舉行搶答，而搶答環(huán)節(jié)就要有一種規(guī)律電路搶答器作為裁判員功能、實現(xiàn)其競賽公正、公平的規(guī)章。

智能搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種比賽、搶答場合中，它都能客觀、快速地判別出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只是由幾個三極管、可控硅、發(fā)光管等器件組成的，能通過發(fā)光管的指示辯認出選手號碼?，F(xiàn)在大多數(shù)智能搶答器都由單片機或數(shù)字集成電路構(gòu)成的，并且新增了許多功能，如選手號碼顯示，搶按前或搶按后的計時，選手得分顯示等功能。

隨著科技的進展，現(xiàn)在的搶答器向著數(shù)字化、智能化的方向進展，這就必定提高了智能搶答器的創(chuàng)造成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的學(xué)問比賽越來越多，操作容易，經(jīng)濟有用的小型搶答器絕對很有市場。

.課題計劃研究

四路數(shù)字搶答器電路包括搶答，編碼，優(yōu)先，鎖存，數(shù)顯，復(fù)位及報警電路。按照本次設(shè)計要求，我們先后設(shè)計出七種計劃。

計劃一：繼電器搶答器。繼電器實現(xiàn)四人搶答器設(shè)計，其電路要求相關(guān)方面學(xué)問過于容易、計劃簡而易行，計劃電路中存在許多不足，而且成本相對于TTL與COMS相比成本較高，總體體積較大。

計劃二：模電搶答器。模電實現(xiàn)四人搶答器設(shè)計，成本過高，控制起來與精確度不高，電路存在操作上的弊端。（如圖1-1所示）

圖1-1模擬電路搶答器

計劃三：CMOS搶答器。CMOS是金屬-氧化物-半導(dǎo)體結(jié)構(gòu)的晶體管簡稱MOS晶體管，有P型MOS管和N型MOS管之分。由MOS管構(gòu)成的集成電路稱為MOS集成電路，而由PMOS管和NMOS管共同構(gòu)成的互補型MOS集成電路即為CMOS-IC。CMOS電路因為輸入太大的電流，

內(nèi)部的電流急劇增大，除非切斷電源，電流向來在增大。這種效應(yīng)就是鎖定效應(yīng)。當(dāng)產(chǎn)生鎖定效應(yīng)時，CMOS的內(nèi)部電流能達到40mA以上，很簡單燒毀芯片。

CMOS器件不用的輸入端必需連到高電平或低電平,這是由于CMOS是高輸入阻抗器件,抱負狀態(tài)是沒有輸入電流的.假如不用的輸入引腳懸空,很簡單感應(yīng)到干擾信號,影響芯片的規(guī)律運行,甚

至靜電堆積永遠性的擊穿這個輸入端,造成芯片失效.(如圖1-1所示)

圖1-1CMOS搶答器電路圖

計劃四：TTL與非門搶答器。TTL電路是晶體管-晶體管規(guī)律電路的英文縮寫（Transister-Transister-Logic），是數(shù)字集成電路的一大門類。它采納雙極型工藝創(chuàng)造，、具有高速度低功耗和品種多等特點。TTL電路是電流控制器件，而CMOS電路是電壓控制器件。TTL電路的速度快，傳輸延遲時光短(5-10ns)，但是功耗大。CMOS電路的速度慢，傳輸延遲時光長(25-50ns),但功耗低。TTL數(shù)字電路實現(xiàn)四人搶答器設(shè)計針對性強、兼顧有用、牢靠性高，經(jīng)濟成本合理；可以發(fā)揮個人設(shè)計思路、檢驗我們數(shù)字電路所學(xué)學(xué)問的把握能力，熬煉、提高我們的設(shè)計動手能力，但是相比喻案七實現(xiàn)四人搶答器設(shè)計在操作、實施、成本方面都略為遜色。

圖1-2TTL搶答器電路圖

計劃五：PLC搶答器。PLC可以實現(xiàn)四人搶答器設(shè)計，簡單操作、穩(wěn)定性高、編程容易，而且我們也學(xué)習(xí)過相關(guān)方面的PLC學(xué)問、但是PLC費用較高。

計劃六：單片機搶答。單片機也可以實現(xiàn)四人搶答器設(shè)計，但是單片機相關(guān)方面學(xué)問我們并未學(xué)習(xí)、編程難度較大，而且單片機費用也較高。

計劃七：本次設(shè)計選定計劃。

綜上所述：采納數(shù)字電路實現(xiàn)四人搶答器，針對性強、兼顧有用、牢靠性高，經(jīng)濟成本合理；可以發(fā)揮個人設(shè)計思路、檢驗我們數(shù)字電路所學(xué)學(xué)問的把握能力，熬煉、提高我們的設(shè)計動手能力，故舍去其他計劃、選用計劃七。

3．課題討論內(nèi)容

四路智能搶答器是采納了集成芯片來實現(xiàn)功能要求的，在搶答過程中，每個選手都有一個搶答按鈕。在主持人按下復(fù)位鍵宣布搶答開頭的時候，選手就開頭舉行搶答，在指定時光內(nèi)選手舉行搶答，數(shù)碼顯示屏上會顯示最先搶答選手的編號。假如主持人沒有按下開頭鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的編號，揚聲器持續(xù)發(fā)生。主持人可按復(fù)位鍵，新一輪搶答開頭。

二、搶答器的系統(tǒng)概述

1．搶答器的主要功能簡介

四路智能搶答器的主要功能有如下三點：

1.可同時供4名選手參與競賽，其相應(yīng)的編碼分離是1、2、3、4各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)。

2.給主持人設(shè)置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（實現(xiàn)光顯清零）和搶答的開頭。

3.搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開頭后，若有選手按動搶答按鈕，編號立刻鎖存，選手對應(yīng)二極管點亮，同時揚聲器給出音響提醒。

2．搶答器的工作原理簡介

如圖1-4所示為搶答器的結(jié)構(gòu)框圖。電路完成了基本的搶答功能，即開頭搶答后，當(dāng)選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封

鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。而報警電路則是起到提醒作用。其工作原理為：接通電源后，當(dāng)主持人按下復(fù)位鍵，宣布"開頭"搶答器工作。選手即可開頭搶答，當(dāng)選手按下?lián)尨疰I后，搶答器完成：編碼、優(yōu)先鎖存、譯碼、數(shù)碼顯示。當(dāng)一輪搶答之后，惟獨主持人按下復(fù)位鍵，才干舉行下一輪搶答，否則搶答無效。

圖1-4結(jié)構(gòu)框圖

3．搶答器的系統(tǒng)需求分析

1、在搶答中，惟獨開頭后搶答才有效，假如在開頭搶答前搶答為無效。

2、可以顯示是哪位選手有效搶答，正確按鍵后有訊響聲。

3、按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。

4、惟獨主持人按下復(fù)位鍵，下一輪搶答才干開頭舉行。

4．搶答器的工作流程

搶答器的基本工作原理:在上電之后，系統(tǒng)開頭運行，在搶答過程中，會有多個信號同時或不同時送入主電路中，搶答器內(nèi)部電路開頭工作，并識別、記錄第一個號碼。在囫圇搶答器工作過程中，編碼電路、優(yōu)先\鎖存\譯碼電路、顯示電路、報警電路都會運行。搶答器的工作流程分為正常搶答流程、主持人復(fù)位等幾部分，如圖1-2所示（即工作流程圖）。

1、開頭上電之后，主持人按復(fù)位鍵，搶答開頭。如有選手按下?lián)尨疰I，報警電路會發(fā)出訊響聲，并且數(shù)碼顯示電路上會顯示勝利搶答的選手的編號。

2、當(dāng)有選手搶答勝利之后，系統(tǒng)就舉行了優(yōu)先鎖存，其他搶答選手搶答無效。

3、假如主持人未按下復(fù)位鍵，而有人按了搶答按鍵，此次搶答無效，惟獨當(dāng)主持人按下了復(fù)位鍵，選手才干舉行順當(dāng)搶答。

總而言之，本課題利用容易規(guī)律數(shù)字電路設(shè)計了智能搶答器，該搶答器具有基本的強大功能，提高了系統(tǒng)的牢靠性、簡化了電路結(jié)構(gòu)、節(jié)省了成本。

三、選定搶答器設(shè)計計劃的單元電路相關(guān)分析

四路智能搶答器主要由數(shù)字編碼電路、譯碼\優(yōu)先\鎖存驅(qū)動電路、光顯電路和報警電路組成?，F(xiàn)容易介紹四路智能搶答器設(shè)計中的各單元電路的設(shè)計的狀況。

1．74LS175的規(guī)律引腳圖與功能表如下：

圖1-674LS175的規(guī)律引腳圖

1.CP時鐘輸入端（升高沿有效）

2.CR清除端（低電平有效）

3.1D—4D數(shù)據(jù)輸入端

4.1Q—4Q輸出端

5.1Q—4Q互補輸入端

6.GND接地端

7.VCC接電源端

74LS175是一個單向正沿觸發(fā)的四D觸發(fā)器、互補輸出，有公用的時鐘和公用的清零。時鐘的觸發(fā)產(chǎn)生于特定的電壓電平上，同脈沖的正躍變時光無直接關(guān)系。當(dāng)CP引腳輸入升高沿時，1D-4D被鎖存到輸出端（1Q-4Q）。不管時鐘輸入的電平是高或是低，D輸入信號不影響輸出。電路通電后，按下復(fù)位按鍵S，1Q、Q2、Q3、Q4輸出高電平，電路進入預(yù)備狀態(tài)。這時，假設(shè)有按鍵A被按下，4D的輸出將由低變成高電平，使4Q輸出為高電平經(jīng)過或門U3A驅(qū)動數(shù)碼管使數(shù)碼管顯示1（選手A的編號），同時使4Q(4Q非)輸出為低電平經(jīng)過與門U4A輸出低電平，此低電平與時鐘脈沖經(jīng)過與非門U2A形成一個升高沿作為74LS175CLK的輸入。由于74LS175是下降沿觸發(fā)的，故按下除復(fù)位之外的任何的按鍵都將不會發(fā)生電路狀態(tài)的變化，即輸入被鎖定。達到了既定的功能目標。

表474LS175功能表2．LS20的規(guī)律引腳圖與功能表如下：

圖1-774LS20的規(guī)律引腳圖

1.第一組：1A、2B、1C、1D輸入1Y輸出

2.其次組：2A、2B、2C、2D輸入2Y輸出

3.NC空腳

4.GND接地端

5.VCC接電源端

74LS20是一個雙4輸人與非門，即在一個集成塊內(nèi)含有兩個相互自立的與非門,每個與非門有4個輸入端。

74LS20在本電路中只運用了一個輸出和四輸入，其它端子未能全總使用，按照閑置輸入端的要求銜接，以不轉(zhuǎn)變電路規(guī)律狀態(tài)及工作穩(wěn)定的原則，若輸入端口為“與”規(guī)律關(guān)系時，多余的輸入端可以懸空（但不能帶開路長線）通過個1—10KΩ的電阻接電源正極，在前級驅(qū)動能力允許時，也可以并接到一個已被使用的高輸入端上。

對于與非鬧中不能使用的與門，該與門至少一有一個輸入端接地。

輸出端不允許直接電源或直接接地，否則可能使輸出級的管子因

電流過大而損壞，輸出端可通過上拉電阻與電源正極相連，使輸出高電平提升。

3．74LS00的規(guī)律引腳圖與功能表如下：

圖1-874LS00的規(guī)律引腳圖

1.1A－4A

2.1B－4B輸入端

3.1Y－4Y輸出端

4.GND接地端

5.VCC接電源端

74LS00是兩輸入四與非門集成電路。當(dāng)輸入端中有一個或一個以上輸入低電平常，輸出端為高電平；當(dāng)輸入所有為高電平常，輸入為低電平。明顯、與非門是“與”規(guī)律的非運算，即“有0出1，全1出0”

74LS00在本設(shè)計中充分發(fā)揮與非門的作用，將上一級的輸入信號傳入到一級，真正運用與非門“有0出1，全1出0”，為本設(shè)計提供便利。

4．555的規(guī)律引腳圖與其內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：

圖1-9555的規(guī)律引腳圖

圖2-1555內(nèi)部結(jié)構(gòu)暗示圖

555定時器是一咱模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。555定時器成本低、性能牢靠，只需外接幾個電阻、電容，就可以實現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀表、家用電器、電子測量及自動控制等方面。

555定時器電路主要由分壓器、比較器、RS觸發(fā)器、MOS開關(guān)管和輸出緩沖器等幾個部分組成。

555定時器工作原理：

定時器工作狀態(tài)取決于電壓比較器C1、C2，它們的輸出控制著RS觸發(fā)器和放電管T的狀態(tài)，當(dāng)高觸發(fā)器TH的電壓高于2VDD/3這個上門限電平的閥值電壓時，上比較器C1輸出為高電平，使RS觸發(fā)器置“0”，即Q=0，Q=1，放電管T導(dǎo)通；當(dāng)?shù)陀|發(fā)端TR

的電壓低于VDD/3這個下門限電平的閥值電壓時，下比較器C2輸出為高電平，使RS觸發(fā)器置“1”，即Q=1，Q=0，放電管T截止。

若TH端電壓高于2VDD/3或TR端電壓低于VDD/3時，兩個比較器C1和C2的輸出均為“0”，放電管T和定時器輸出端將保持原狀態(tài)不變。

1.Vss—接公共端或低電位端

2.TR—低觸發(fā)輸入端

3.OUT—輸出端

4.R—直接清零端

5.CO—電壓控制端，通過其輸入不同的電壓值轉(zhuǎn)變比較器的基準電

壓。不用時，要經(jīng)0.01uF的電容器接地。

6.TH—高觸發(fā)輸入端

7.D—放電端。外接電容器，當(dāng)T導(dǎo)通時，電容器由D經(jīng)T放電

8.VDD—正電源端

綜上所述：由555構(gòu)成的多諧振蕩電路，其輸出信號經(jīng)三極管推進揚聲器。該電路實際上是把555定時器組成雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器并接RC積分電路而構(gòu)成的，其輸出脈沖信號頻率為f=1.4X1/（R+12R2）C

5．元件清單

四、搶答器的電路設(shè)計圖

1．工作原理圖

通過對所選取計劃的單元電路的功能需求分析，確定搶答器工作原理電路圖如圖2-2所示（即選定計劃工作原理圖）

2．面板包布線圖

通過選定計劃原理圖設(shè)計出面包板接線圖

3．電路成品圖

通過接線圖完成在面包板上的接線（即實物圖）

五、心得體味

本設(shè)計