數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計-智力競賽搶答器

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計題目：智力競賽搶答器設(shè)計題目十智力競賽搶答器搶答器是競賽問答中的一種常用的必備裝置，從原理上講，它也是一種典型的數(shù)字電路，包括了組合邏輯電路和時序邏輯電路。一、設(shè)計目的1.掌握搶答器的設(shè)計方法。2.熟悉鎖存器的應(yīng)用。3.了解學(xué)習(xí)觸摸開關(guān)和發(fā)聲元件。二、設(shè)計指標(biāo)1.可供四組搶答，有人搶答時，蜂鳴器發(fā)聲，同時優(yōu)先搶答者對應(yīng)的指示燈亮，而后搶答者對應(yīng)的指示燈不亮。2.主持人具有將搶答器復(fù)原的功能。3.搶答者和主持人的按鈕開關(guān)采用觸摸按鈕，蜂鳴器用壓電陶瓷蜂鳴器作發(fā)聲元件。三、設(shè)計方案智力競賽搶答器是用來判斷哪一個預(yù)定狀態(tài)首先發(fā)生的電路。選手通過按鍵開關(guān)電路發(fā)出搶答信號，先按動者，搶答成功，保持與封鎖電路將該信息保持下來，同時封鎖其他選手的輸入。搶答成功后對應(yīng)燈亮，并啟動聲響電路發(fā)出搶答成功提示。主持人按鍵電路發(fā)出復(fù)位信號使保持與封鎖電路的各輸出清零。所以主要由開關(guān)陣列電路、觸發(fā)鎖存電路、脈沖產(chǎn)生電路、顯示電路幾部分構(gòu)成。（1）開關(guān)陣列電路是由多路開關(guān)組成，競賽者與開關(guān)相對應(yīng)。（2）保持與封鎖電路是當(dāng)某一開關(guān)首先按下時，觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電平信息，同時為防止其它開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂。（3）時鐘脈沖源為鎖存器提供時鐘脈沖。（4）顯示電路即按鈕開關(guān)按下時對應(yīng)的指示燈亮。根據(jù)上述設(shè)計，該裝置的原理框圖如下：開關(guān)列陣電路開關(guān)列陣電路按鍵保持與封鎖電路時鐘脈沖源顯示電路四、具體分析1.觸摸按鈕下圖為兩種自制的觸摸按鈕的原理圖。觸摸開關(guān)是兩塊距離約為1mm彼此絕緣的小導(dǎo)體（如銅片），也可用兩根距離約為1mm的裸導(dǎo)線組成。圖（a）示所示電路，原始狀態(tài)時非門G輸出為高電平，當(dāng)有人用手指觸及兩個銅片時，相當(dāng)于兩塊銅片間串接一個等效電阻，使非門輸出變?yōu)榈碗娖剑粓D（b）所示電路，原始狀態(tài)時非門G輸出為低電平，當(dāng)人用手指觸及兩塊銅片時，非門輸出變?yōu)楦唠娖健楸Ｗo(hù)電路選用較大電阻。2.按鍵保持與封鎖電路開關(guān)列陣4D觸發(fā)器74LS175。顯示電路開關(guān)列陣顯示電路搶答前74LS175輸出全為0，所有顯示電路無反應(yīng)，當(dāng)主持人宣布“搶答開始”之前，脈沖源信號進(jìn)入CLK端此時搶答開關(guān)均為啟動，D1~D4輸入均為0，觸發(fā)器狀態(tài)態(tài)不變。開始后，有一個搶答信號發(fā)出，Dn和Qn均為1，相應(yīng)顯示電路二極管發(fā)亮，Qn變?yōu)?，同時通過與非門送出信號，鎖住其余三個搶答者的電路，不再接受其他信號，知道主持人再次清除信號為止。4D觸發(fā)器74LS175介紹如下：3.脈沖產(chǎn)生電路該電路是由555定時器接成的多諧振蕩器，其產(chǎn)生的方波為鎖存器提供CLK脈沖。由555定時器的特性參數(shù)可知，當(dāng)電源電壓為5V時，在100mA的輸出電流下輸出的電壓的典型值為3.3V所以取VCC=5V可以滿足對輸出脈沖幅度的要求。由于對輸出脈沖的占空比要求不高，為便于計算，令占空比q=，故得到R1=R2。令T=（R1+2R2）Cln2=0.05若取C=50nF，得R1=R2=48kΩ。4.顯示電路（1）發(fā)光電路由一個發(fā)光二極管與一個電阻串聯(lián)組成。（2）單音頻音響電路下圖是用壓電陶瓷蜂鳴器作發(fā)聲元件的單音頻音響電路。壓電陶瓷蜂鳴器再適當(dāng)信號驅(qū)動下能夠發(fā)聲，兩個CMOS門電路與R1、R2和C組成振蕩器，當(dāng)控制端電壓uA為高電平時，振蕩器產(chǎn)生振蕩，輸出的高頻信號驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲；uA為低電平時，振蕩器停振，蜂鳴器不發(fā)聲。五、總電路圖及器件清單器件清單74LS175，555定時器，六非門74LS04×2，四2輸入與非門74LS00，雙四輸入與非門74LS20；電阻：300Ω×8，6.8MΩ×5，47KΩ×2，100KΩ，電位器2KΩ；電容：10nF，50nF，1μF。發(fā)光二極管×4；觸摸開關(guān)×5；蜂鳴器；1.5V干電池×3；導(dǎo)線若干。六、調(diào)試1.調(diào)試4D觸發(fā)器，各輸入管腳均接入二極管，控制開關(guān)，檢查4個二極管是否均正常發(fā)光。2.調(diào)試555脈沖源，將脈沖源接到邏輯筆中，觀察是否有脈沖效果。3.調(diào)試揚(yáng)聲器，對其輸入一個高電平或低電平，檢查工作狀態(tài)。4.組裝各器件，進(jìn)行統(tǒng)調(diào)。5.按下四個開關(guān)按鈕中的任一個，與其編號對應(yīng)的LED被點(diǎn)亮，其他不亮，同時揚(yáng)聲器響。6.確認(rèn)在按下?lián)尨鸢粹o中的任一個之后，即使按下其他開關(guān)，其他LED也不亮。7.將電路復(fù)位，觀察現(xiàn)象。七、總結(jié)1.設(shè)計電路的優(yōu)缺點(diǎn)此電路結(jié)構(gòu)清晰，連線簡易，器件大眾化，易購。容易控制，快捷方便。555多諧振蕩器不易調(diào)試。2.收獲與體會本次設(shè)計數(shù)字搶答器，用到數(shù)字電子技術(shù)方面知識。通過這次課程設(shè)