八路智力競(jìng)賽搶答器課程設(shè)計(jì)絕度詳細(xì)

/電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)八路智力搶答器院系:電氣工程與自動(dòng)化班級(jí):姓名:學(xué)號(hào):指導(dǎo)老師：目錄一引言…………11.1設(shè)計(jì)要求………………..11.2功能要求…………………..21.3整體概要……………….2二方案設(shè)計(jì)與論證……………32.1方案一………………...32.2方案二………………...3三系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)……………43.1搶答器電路設(shè)計(jì)與相關(guān)元器…………..43.2定時(shí)電路設(shè)計(jì)與相關(guān)元件………..63.3報(bào)警電路設(shè)計(jì)與相關(guān)元器件………………..83.4時(shí)序電路與相關(guān)元器件……………..83.5智力搶答器電路原理圖……………..93.6元器件清單……………………10四電路仿真………...11五實(shí)物制作……………………...13六元器件清單……………………...16七設(shè)計(jì)總結(jié)體會(huì)……………...17八參考文獻(xiàn)…………………...18一引言智力競(jìng)賽是一種生動(dòng)活潑的教育方式.而搶答就是智力競(jìng)賽中非常常見的一種答題方式。搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣.并且能在極短的時(shí)間內(nèi).使人們迅速增加一些科學(xué)知識(shí)和生活常識(shí)。但是.在這類比賽中.對(duì)于誰先誰后搶答.在何時(shí)搶答.如何計(jì)算答題時(shí)間等等問題.若是僅憑主持人的主觀判斷.就很容易出現(xiàn)誤判。所以.我們就需要一種具備自動(dòng)鎖存.置位.清零等功能智能搶答器來解決這些問題。1.1、設(shè)計(jì)要求〔1設(shè)計(jì)一個(gè)智力搶答器,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.各用一個(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S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7?！?節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān),用來控制系統(tǒng)的復(fù)位和搶答開始.〔3搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能.搶答開始后,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),同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音提示.此外封鎖輸入電路,禁止其它選手搶答.優(yōu)先搶答的選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)復(fù)位為止.1.2、功能要求〔1搶答器具有定時(shí)搶答功能.且一次搶答的時(shí)間可由主持人設(shè)定.當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)"開始"鍵后,要求定時(shí)器立即開始減計(jì)時(shí),并用顯示器顯示,同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響,聲響持續(xù)時(shí)間0.5S左右.〔2參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答,搶答有效,定時(shí)器停止工作,顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答時(shí)刻的時(shí)間,并保持到主持人將系統(tǒng)消零為止.〔3如果定時(shí)搶答器時(shí)間已到,卻沒有選手搶答時(shí),本次搶答無效,系統(tǒng)短暫報(bào)警,并封鎖輸入電路,禁止選手超時(shí)后搶答,時(shí)間顯示器顯示00.1.3、整體概述〔1數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)張電路組成.優(yōu)先編碼電路,鎖存器,譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出:用控制電路和主持人的開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路,以上兩部分組成主體電路.通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能,構(gòu)成擴(kuò)展電路.經(jīng)過布線,焊接,調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成型.〔2搶答器四周有安裝孔,可以方便的安裝在操作臺(tái)上,外接搶答按鈕接入相應(yīng)的接線端子,如果需要外接電鈴或指示燈,則接入繼電器端子,安裝完畢后就可以上電了,搶答器的電流輸入為5V直流輸入.〔3搶答器通上電后,蜂鳴器響,三個(gè)數(shù)碼管都顯示0,按下復(fù)位按鈕后進(jìn)入正常工作狀態(tài),這時(shí)可以設(shè)定搶答倒計(jì)時(shí)間,只要按動(dòng)10進(jìn)制編碼按鈕分別對(duì)時(shí)間的十位和個(gè)位設(shè)定,設(shè)定的時(shí)間在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)的顯示出來.設(shè)定的時(shí)間范圍為:0~30秒,設(shè)定完時(shí)間后,就可以按動(dòng)開始按鈕,表示搶答開始,這時(shí)蜂鳴器響0.1秒,提示各位選手,搶答已經(jīng)開始,同時(shí)倒計(jì)時(shí)器開始從設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí).〔4若在搶答時(shí)間內(nèi)有人搶答,則第三個(gè)數(shù)碼管立即顯示搶答位號(hào),倒計(jì)時(shí)間停止倒計(jì)時(shí),所用掉的時(shí)間就是搶答的時(shí)間,同時(shí)蜂鳴器響2秒,繼電器吸合2秒,表示有人搶答,在這個(gè)按鍵之后按下的按鍵除了復(fù)位鍵外,其他按鍵均無效,只有主持人按下復(fù)位鍵后,可以進(jìn)入下一輪搶答.〔5若在搶答時(shí)間內(nèi)均無人搶答,則在倒計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)到0的時(shí)候,第三個(gè)數(shù)碼管顯示0,表示無人搶答,蜂鳴器響2秒,,這時(shí)除了復(fù)位鍵外,其他鍵均無效,只有主持人按下復(fù)位鍵后,可以進(jìn)入下一輪搶.二方案設(shè)計(jì)與論證2.1、方案一<1>本方案定時(shí)搶答器的總體框圖如下圖所示.它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能.即開始搶答后.當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí).能顯示選手的編號(hào).同時(shí)能封鎖輸入電路.禁止其他選手搶答.擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。<2>定時(shí)搶答器的工作過程是：接通電源時(shí).節(jié)目主持人將開關(guān)置于"消除"位置.搶答器處于禁止工作狀態(tài).編號(hào)顯示器滅燈.定時(shí)器倒計(jì)時(shí).當(dāng)定時(shí)時(shí)間到.卻沒有選手搶答時(shí).系統(tǒng)報(bào)警.并封鎖輸入電路.禁止選手超時(shí)后搶答。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí).搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號(hào).并由鎖存器進(jìn)行鎖存.然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)；揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響.提醒節(jié)目主持人注意；控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖.避免其他選手再次進(jìn)行搶答；控制電路要使定時(shí)器停止工作.時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間.并保持到主持人將系統(tǒng)消零為止.當(dāng)選手將問題回答完畢.主持人操作控制開關(guān).使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài).以便進(jìn)行下一輪搶答。圖2.1方案一流程圖2.2方案二本方案完成的功能如圖所示.當(dāng)主持人宣布搶答開始的時(shí)候.按下開始按鈕.此時(shí)電路進(jìn)入搶答狀態(tài).選手的輸入采用了掃描式的輸入.之后把相應(yīng)的信息送往單片機(jī).再由單片機(jī)輸出到顯示輸出電路中。此時(shí)有人第一按下相應(yīng)的搶答按鈕.經(jīng)過單片機(jī)的控制選擇.在八段顯示器上顯示相應(yīng)的號(hào)碼.并鎖存.同時(shí)禁止其他按鈕的輸入。圖2.2方案二流程圖基于以上兩種方案做以簡(jiǎn)要分析.第一種方案電路較為復(fù)雜.但無需進(jìn)行軟件設(shè)計(jì).直接進(jìn)行線路的連接就可以運(yùn)行。第二種方案電路較為簡(jiǎn)單.需要進(jìn)行復(fù)雜的軟件設(shè)計(jì).并需要進(jìn)行很長(zhǎng)時(shí)間調(diào)試.費(fèi)工費(fèi)時(shí)。說以決定選擇第一種方案.三系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)3.1、搶答器電路設(shè)計(jì)〔1搶答電路的功能有兩個(gè)：一是分辨選手按鍵的先后.并鎖存搶答者的編號(hào).供譯碼顯示電路用；二是是其他選手的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器,74LS138,74LS279可完成上述功能。譯碼電路選用74LS48芯片具體電路如圖1所示.其工作原理為：〔2當(dāng)主持人控制開關(guān)處于"清除"位置時(shí).RS觸發(fā)器R為低電平.輸出端〔4Q~1Q全部為低電平。于是74LS48的BI=0,顯示器滅燈；74LS148的選通輸入ST=0.74LS148處于工作狀態(tài).此時(shí)鎖存器電路不工作。當(dāng)主持人開關(guān)撥到開"始位"置.優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)開始工作.等待輸入信號(hào)I7.···.I0。當(dāng)有選手按下鍵時(shí).74LS148的輸出Y2Y1Y0=010,Yex=0。經(jīng)RS鎖存器后.CTR=1,BI=1.74LS279處于工作狀態(tài).4Q3Q2Q=101。經(jīng)過74LS48譯碼后.顯示器顯示選手編號(hào)。此外.CTR=1.是74LS148的ST為高電平.74LS148處于禁止工作狀態(tài).封鎖了其他選手按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后.74LS148的Yes為高電平.但由于CTR維持高電平不變.所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài).其他選手的輸入不會(huì)被接收.保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。搶答完后主持人使搶答電路復(fù)位.以便進(jìn)行下一輪搶答。電路圖如圖所示:圖3.1搶答器電路圖3.2、定時(shí)電路設(shè)計(jì)首先主持人根據(jù)題的難易程度改變74LS192的輸入端D3D2D1D0的電平來確定搶答時(shí)間〔假定為30秒.555構(gòu)成秒脈沖產(chǎn)生電路為計(jì)時(shí)電路提供脈沖。搶答開始前主持人閉合開關(guān).74LS192的置數(shù)端PL為低電平有效.處于置數(shù)狀態(tài).數(shù)碼管顯示定時(shí)時(shí)間。搶答開始.主持人打開開關(guān).計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài).555產(chǎn)生的秒脈沖與十位74LS192借位輸出端〔其初始狀態(tài)為高電平相與。計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)至00.十位74LS192借位輸出端為低電平.計(jì)數(shù)器停止工作.產(chǎn)生報(bào)警。計(jì)時(shí)期間有人搶答.減計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí).顯示器上顯示此刻時(shí)間。圖3.2定時(shí)器電路圖該倒計(jì)時(shí)顯示電路由兩個(gè)74LS192及兩個(gè)譯碼器及七段顯示器構(gòu)成,高位片置數(shù)1,低位片置數(shù)5,down端接555輸出的脈沖,從而實(shí)現(xiàn)30秒倒計(jì)時(shí).3.3、報(bào)警電路設(shè)計(jì)由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖所示。555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器.振蕩頻率f=1.43/<R1+2R2>C。其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器.PR為高電平時(shí)多諧振蕩器工作.否則振蕩器停振。圖3.3報(bào)警電路圖3.4、時(shí)序控制電路搶答器控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵.它要完成以下三項(xiàng)功能：①主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時(shí).揚(yáng)聲器發(fā)聲.搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。②當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí).揚(yáng)聲器發(fā)聲.搶答電路和定時(shí)電路停止工作。③當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到.無人搶答時(shí).揚(yáng)聲器發(fā)聲.同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。圖3.4時(shí)序控制電路圖3.4、整機(jī)電路設(shè)計(jì)經(jīng)過以上分析.我們將各部分電路連接.并加以適當(dāng)控制.即得到了八位定時(shí)搶答器的總體電路圖。如圖11所示：其工作原理是：八位選手編號(hào)分別為0、1、2、3、4、5、6、7.對(duì)應(yīng)按鈕分別為S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；首先主持人根據(jù)題目的難易程度設(shè)置搶答時(shí)間.此設(shè)定可以通過調(diào)節(jié)輸入兩片74LS192的D、C、B、A四個(gè)管腳的高低電平來進(jìn)行〔例如要設(shè)定時(shí)間為60s,就將十位的192的D、C、B、A分別置位為0、１、１、0.而將各位的192的D、C、B、A都置于0。當(dāng)主持人宣讀完題目說"開始"并將開關(guān)置于"開始"位置后.輸出為高電平.此高電平分為三路：一路輸出到集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121的輸入端.使其產(chǎn)生單個(gè)周期為0.5S的脈沖.驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出聲響.即實(shí)現(xiàn)了發(fā)聲提示的功能；另一路輸出到74LS192的LD端.使其處于高電平而開始減計(jì)數(shù)；還有一路輸出到鎖存器的C端；若沒有選手安東按鈕.則74LS373輸出全為高電平.74LS148也輸出高電平.E0端輸出低電平至7448的滅燈輸入ＲＩ/ＲＢＯ端.使得信號(hào)經(jīng)7448到顯示器上時(shí)無顯示；當(dāng)任意一路〔設(shè)1搶答器按下按鈕時(shí).八D鎖存器74LS373工作.與輸入端相對(duì)應(yīng)的輸出端〔1輸出高電平.則鎖存器輸出的八位電平經(jīng)8～3八位優(yōu)先編碼器74LS148編碼輸出的A0～A2成為與輸入信號(hào)相對(duì)應(yīng)的三位二進(jìn)制碼.而74LS148的管腳15〔E0的輸出電平由低變高.輸出到七段譯碼顯示器74LS48的二進(jìn)制碼經(jīng)其譯碼后輸出到七段共陰數(shù)碼管上.則顯示器上顯示對(duì)應(yīng)的編號(hào)〔1。此時(shí).7448的RI/RBO端輸出高電平.開關(guān)出也輸出高電平.二者經(jīng)過與非門輸出低電平.經(jīng)過與門還是低電平輸出到鎖存器373的C端.起到所存功能.其他選手若再按動(dòng)對(duì)應(yīng)按鈕也無對(duì)應(yīng)輸出..即實(shí)現(xiàn)了搶答功能；同時(shí).由于74LS148的E0段輸出高電平輸出到集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121的輸入端.使其產(chǎn)生單個(gè)周期為0.5S的脈沖.驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出聲響.即實(shí)現(xiàn)了發(fā)聲提示的功能；同時(shí).74LS148的GS端輸出電平由高變低.與秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖相與后輸出為0.使得無脈沖抵達(dá)計(jì)數(shù)器192的Down端。計(jì)數(shù)器停止工作.保持原來顯示不變.即實(shí)現(xiàn)了暫停減計(jì)數(shù)使其記錄搶答時(shí)間的功能；當(dāng)選手回答完問題后.主持人將開關(guān)置于"清零"的位置.輸出低電平.也是分為三路：一路與74148的E0端〔高與非后變?yōu)楦唠娖捷敵龅?73的使能端C.使得鎖存器不再鎖存數(shù)據(jù).此時(shí).搶答部分顯示器滅燈無顯示.實(shí)現(xiàn)了清零；另一路低電平輸出到計(jì)數(shù)器192的LD端.而CR端也是低電平.所以使得對(duì)應(yīng)顯示器輸出預(yù)置的數(shù)據(jù)；若在定時(shí)部分計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)到00還無選手按動(dòng)按鈕的話.兩片74LS192的借位輸出端都輸出高電平.二者相與后輸出高電平到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121的B端口.使其產(chǎn)生周期為0.5s的脈沖刺激報(bào)警電路發(fā)聲提示圖3.5定時(shí)器整體電路四電路仿真4.1搶答電路仿真圖4.1搶答器電路仿真圖4.2定時(shí)電路仿真圖4.2定時(shí)器電路仿真圖五實(shí)物制作圖5.1實(shí)物制作圖六實(shí)物制作元件清單序號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量備注1七段譯碼器74LS483——2十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器74LS1922——3555定時(shí)器CB5552——4優(yōu)先編碼器74HC1481——5單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS1211——6RS鎖存器74LS2791——7與非門74LS201每個(gè)芯片有2個(gè)四輸入端的與非門8與非門74LS031每個(gè)芯片有4個(gè)2輸入端的與非門9反向器74LS041每個(gè)芯片有6個(gè)非門10三極管SDG1301——11電阻ROHM1100KΩ12電阻ROHM215KΩ13電阻ROHM910KΩ14電阻ROHM268KΩ15電阻ROHM21KΩ16電阻ROHM3510Ω17電容16CE470AX1100uF18電容16CE470AX210uF20電容16CE470AX10.01uF19揚(yáng)聲器SP101——19開關(guān)AZD11691——20共陰極顯示器3——21搶答按扭SB8——22發(fā)光二極管A694B2——七設(shè)計(jì)總結(jié)體會(huì)：轉(zhuǎn)眼間兩周數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)眼就結(jié)束了.通過這次課程設(shè)計(jì).我學(xué)會(huì)了許多課本上學(xué)不到的東西.同時(shí)也加強(qiáng)了我的動(dòng)手、思考和解決問題的能力.受益匪淺。為了弄懂74LS系列芯片的功能.我從圖書館里借來了好幾本書.同時(shí)也在網(wǎng)上找了資料再到邏輯功能.經(jīng)過一番努力終于解決啦.還有其它的芯片的功能也要慢慢的去琢磨。而在課程設(shè)計(jì)過程中.我覺得是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng).由于課本上的知識(shí)太多.同時(shí)平時(shí)課間又沒有好好的運(yùn)用額理解個(gè)個(gè)元件的功能.而且考試的內(nèi)容有限.所以在這次課程設(shè)計(jì)過程中.我們了解很多元件的功能.對(duì)其在電路中的使用有更多的認(rèn)識(shí)。從前的學(xué)習(xí)過程過于浮淺.只是流于表面的理解.而現(xiàn)在要做課程設(shè)計(jì).就不得不要求我們對(duì)所用到的知識(shí)有更深層次的理解。因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)的內(nèi)容比及書本中的理論知識(shí)而言.更接近于現(xiàn)實(shí)生活.而理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化往往是一個(gè)艱難的過程.它猶如一只攔路虎.橫更在我們的面前。但是我們毫不畏懼.因?yàn)槲覀兿嘈盼覀兡苄小Ｇ皫滋斓闹饕蝿?wù)是設(shè)計(jì)和仿真出主體電路。雖然在設(shè)計(jì)中會(huì)遇到這樣那樣的問題.有時(shí)認(rèn)為是正確的.而在仿真中卻出現(xiàn)了這樣那樣的問題。比如說在設(shè)計(jì)好的主電路圖要實(shí)現(xiàn)南北各燈泡的狀態(tài).電路圖我認(rèn)為是對(duì)的.而在仿真的是后去出現(xiàn)了問題.就是出現(xiàn)了一個(gè)出狀態(tài).其它的都是正確的.經(jīng)過了反復(fù)的檢查沒什么問題.其實(shí)沒有問題.在實(shí)際中就不會(huì)出現(xiàn)了這種問題啦.所以有不懂的還是要問老師.那樣還節(jié)省很多的時(shí)間。電路圖接好了.下面就是接線啦.這可是一個(gè)比較麻煩的事。首先要測(cè)試個(gè)芯片是否有問