八路搶答器完

PAGEPAGEPAGE0摘要八路搶答器由搶答啟動電路、搶答定時(shí)器及定時(shí)譯碼顯示電路、報(bào)警電路、選手編號譯碼顯示電路、答題時(shí)間限制電路和答題結(jié)束報(bào)警電路組成，電路采用74系列常用集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時(shí)、計(jì)時(shí)和報(bào)警功能。通過時(shí)間預(yù)設(shè)開關(guān)預(yù)設(shè)供搶答的時(shí)間，系統(tǒng)將完成自動倒計(jì)時(shí)。若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)有人搶答，則計(jì)時(shí)將自動停止；若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響，提示主持人本輪搶答無效，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，若超過搶答時(shí)間則搶答無效。該搶答器主要運(yùn)用到了編碼器，譯碼器和鎖存器：它采用74LS148來實(shí)現(xiàn)編碼的功能，采用74LS248來實(shí)現(xiàn)搶答器的選號，采用74LS279芯片實(shí)現(xiàn)對號碼的鎖存，采用555芯片產(chǎn)生單穩(wěn)態(tài)信號來共同實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，采用74LS123實(shí)現(xiàn)報(bào)警器的功能。通過課程設(shè)計(jì)提高和鞏固了所學(xué)的專業(yè)知識以及知識的綜合應(yīng)用和焊接技術(shù)，并通過基本的數(shù)電知識系統(tǒng)應(yīng)用于我們?nèi)粘Ｉ钪校_(dá)到理論與時(shí)間相統(tǒng)一的效果。關(guān)鍵詞:搶答器編碼譯碼定時(shí)報(bào)警目錄前言…………………4第一章設(shè)計(jì)任務(wù)…………………51.1基本要求…………………5第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇………62.1方案一………………………62.2方案二………………………72.2方案確定……………………7第三章系統(tǒng)組成及工作原理……………………83.1總體設(shè)計(jì)思路框圖…………83.1．1系統(tǒng)的基本框架圖…………………83.1．2系統(tǒng)的工作原理……………………83.2電路各模塊設(shè)計(jì)簡介………103.2.1主持人控制電路的設(shè)計(jì)………………103.2.2計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)……………………103.2.2報(bào)警電路的設(shè)計(jì)……………………11第四章綜合控制模塊的設(shè)計(jì)………134.1綜合控制模塊的設(shè)計(jì)思路…………………134.2電路仿真圖…………………13第五章電路的焊接與調(diào)試………155.1電路的安裝與焊接…………155.2綜合控制模塊的調(diào)試………15第六章系統(tǒng)調(diào)試…………………16第七章設(shè)計(jì)總結(jié)…………………17參考文獻(xiàn)…………18總附錄…………19前言進(jìn)入21世紀(jì)越來越來多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學(xué)校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽,搶答記分器是必要設(shè)備。過去在舉行的各種競賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比賽的不公平性。人們于是開始尋求一種能不依人的主觀意愿來判斷的設(shè)備來規(guī)范比賽。因此，為了克服這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利用各種資源和條件設(shè)計(jì)出很多的搶答器，從最初的簡單搶答按鈕，到后來的顯示選手號的搶答器，再到現(xiàn)在的數(shù)顯搶答器，其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計(jì)時(shí)搶答，還兼具報(bào)警，計(jì)分顯示等等功能，有了這些更準(zhǔn)確地儀器使得我們的競賽變得更加精彩紛呈，也使比賽更突顯其公平公正的原則。今天隨著科技的不斷進(jìn)步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費(fèi)很多元件僅來實(shí)現(xiàn)用指示燈和一些電路來實(shí)現(xiàn)簡單的搶答功能，使第一個(gè)搶答的參賽者的編號能通過指示燈顯示出來，避免不合理的現(xiàn)象發(fā)生。但這種電路不易于擴(kuò)展，而且當(dāng)有更高要求是無法實(shí)現(xiàn)，例如參賽人數(shù)的增加。隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)字搶答器誕生了，它易于擴(kuò)展，可靠性好，集成度高，而且費(fèi)用低，功能更加多樣話，是一種高效能的產(chǎn)品。而如今在市場上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)主要利用常見的74LS系列集成電路芯片和555芯片，并通過劃分功能模塊進(jìn)行各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，最后完成了八路智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)。同時(shí)，為了讓我們更清楚地理解怎樣通過所學(xué)的知識和自己的動手實(shí)踐能力來掌握對模擬電路知識的應(yīng)用，為我們今后的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)和對自己專業(yè)的深入認(rèn)識，為自己步入社會做一定的基礎(chǔ)。同時(shí)本實(shí)驗(yàn)著重在于對數(shù)電的實(shí)踐應(yīng)用，將其更好的應(yīng)用至我們的日常生活中來。通過一定的知識和動手能力，達(dá)到初步了解八路搶答器的原理，繼而才可以再次擴(kuò)寬自己的視野。設(shè)計(jì)任務(wù)1.1基本要求(1)允許八路參加，并具有鎖定功能，用LED實(shí)現(xiàn)最先搶答的隊(duì)號碼，系統(tǒng)設(shè)置外部清除鍵，按動清除鍵，LED顯示器自動清零滅燈。(2)數(shù)字顯示功能：數(shù)字搶答器定時(shí)為30s，啟動開啟鍵以后要求I）定時(shí)開始；II）揚(yáng)聲器要短暫報(bào)警，發(fā)光二極管燈滅。第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇2.1方案一原理：在選手搶答前，1）當(dāng)主持人按下“清除”開關(guān)S時(shí)，使74LS279芯片輸出為低電位，ET和BI為高電位，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器(74LS48)禁止，顯示為“0”；2）當(dāng)主持人按下“搶答”開關(guān)S時(shí)，555輸出為高電位，LED一直亮，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出短暫報(bào)警，ET和BI為低電位，74LS148和74LS248/48芯片處于工作狀態(tài)，允許編碼，，等待數(shù)據(jù)輸入，數(shù)碼管同時(shí)不顯示數(shù)字；3）當(dāng)在30S內(nèi)有選手搶答的話，GS立刻由“1”變?yōu)椤?”，使與非門輸出為高電位，鎖存器和編碼器都不工作，數(shù)碼管一直顯示選手號；4）當(dāng)在30S內(nèi)無人搶答，通過與非門、非門等產(chǎn)生一個(gè)延時(shí)效果，即相當(dāng)于B鍵，從而實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)脈沖，使蜂鳴器短時(shí)間發(fā)出聲音。如下圖2.1.1所示：圖2.1.1八路搶答器原理圖2.2方案二該方案即為筆者所采用的方案，它采用了74LS148來實(shí)現(xiàn)搶答器的選號，采用了74LS279芯片實(shí)現(xiàn)對號碼的鎖存，555芯片產(chǎn)生單穩(wěn)態(tài)脈沖信號來共同實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)，采用了74LS123/74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來實(shí)現(xiàn)報(bào)警信號的輸出。如下圖2.1.2所示：圖2.1.2八路搶答器原理圖2.3確定方案將兩方案進(jìn)行比較，其實(shí)原理大致一樣，只是在方案一中是通過門電路的延時(shí)來實(shí)現(xiàn)30S內(nèi)無人搶答后的報(bào)警，有可能實(shí)現(xiàn)不了；而方案二是通過74LS123本身結(jié)構(gòu)而產(chǎn)生一個(gè)觸發(fā)信號來實(shí)現(xiàn)報(bào)警。相比之下，方案二更為合理且成功率高，所以選擇方案二。第三章系統(tǒng)組成及工作原理3.1總體設(shè)計(jì)思路框圖3.1.1系統(tǒng)的基本圖3.1.1八路搶答器原理組成方框圖3.1.2系統(tǒng)的工作原理定時(shí)搶答器的總體框圖如下圖3.1.2：圖3.1.2搶答器工作框圖如圖所示電路包括主持人控制電路和選手搶答電路兩部分。其中主持人控制電路：完成“清除 /搶答”功能，即主持人按下“清除”鍵后，此時(shí)搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，選手不能進(jìn)行搶答；再按下“搶答”鍵時(shí)，蜂鳴器短暫提示，LED亮，搶答開始。選手搶答電路：當(dāng)選手在規(guī)定時(shí)間按動搶答鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示選手編號（0~7號），同時(shí)封鎖輸入電路，其他選手搶答無效；當(dāng)選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無人搶答，蜂鳴器短暫報(bào)警，LED滅；在30S后選手搶答無效。圖3.1.2所示電路的工作過程是：接通電源后，主持人將控制開關(guān)置于“清除”處，此時(shí)搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，選手不能進(jìn)行搶答，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間（30s），當(dāng)主持人將控制開關(guān)置于“搶答”時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，搶答器處于工作狀態(tài)，同時(shí)定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動搶答鍵時(shí)，電路要完成以下功能：（1）優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后通過譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號；（2）揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響；（3）控制電路對其余輸入編碼進(jìn)行封鎖，禁止其他選手進(jìn)行搶答；（4）控制電路要使定時(shí)器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時(shí)間，當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)進(jìn)行系統(tǒng)清零，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。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)將報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。3.2電路各模塊設(shè)計(jì)簡介3.2.1主持人控制電路的設(shè)計(jì)主持人控制電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，其電路組成如圖3.2.1所示：圖3.2.1主持人控制電路其工作原理是：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時(shí)，輸出端（4Q～1Q）全部為低電平。74LS248的BI=1，顯示器顯示為“0”，74LS148的選通輸入端ST=1，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于不工作狀態(tài)。當(dāng)主持人將開關(guān)撥到“搶答”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)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號，3.2.2計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)74LS248的7，6，2引腳接受來自74LS279的輸出信號并把它譯碼顯示在數(shù)碼管上。555芯片產(chǎn)生單穩(wěn)態(tài)脈沖，完成時(shí)間設(shè)定功能，本設(shè)計(jì)要求定時(shí)30秒，所以R11設(shè)為580kΩ,C2為47uFT=1.1R.C=1.1*580*1000*47*0.000001=29.986S從而使得初始時(shí)間設(shè)定為30秒。工作過程為：當(dāng)在30秒內(nèi)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時(shí)74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS248譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后，74LS148的YEX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)，其它按鍵的輸入信號仍不會被接受。當(dāng)在30秒內(nèi)無選手搶答時(shí)，30秒后74LS148和74LS248都不工作，即當(dāng)在30S后有人搶答視為無效。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。圖3.2.2計(jì)時(shí)電路3.2.3報(bào)警電路的設(shè)計(jì)報(bào)警器分為兩個(gè)部分:第一部分實(shí)現(xiàn)的功能是主持人按搶答器之后的短暫報(bào)警部分；第二部分是由于30S無人搶答后的短暫報(bào)警部分。第一部分由555定時(shí)器和三極管等構(gòu)成的報(bào)警電路如圖3.2.3（一）所示：圖3.2.3（一）報(bào)警電路其中555構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)脈沖，脈沖周期為：T=1.1RC=1.1*100*1000*10*0.000001=1.1S第二部分由74LS123（等同74LS121）和與非門等構(gòu)成的報(bào)警電路如圖3.2.3（二）所示圖3.2.3（二）報(bào)警電路其中74LS123構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)脈沖,產(chǎn)生一個(gè)開關(guān)信號，從而當(dāng)30S內(nèi)無人搶答時(shí)，30S時(shí)使圖3.2.3（一）中TRI產(chǎn)生一低脈沖，從而驅(qū)動蜂鳴器報(bào)警。第四章綜合控制模塊的設(shè)計(jì)4.1綜合控制模塊的設(shè)計(jì)思路在設(shè)計(jì)之初，首先要明確所設(shè)計(jì)電路的功能,然后通過自己所掌握的知識來設(shè)計(jì)，同時(shí)也參考一些資料。根據(jù)以前的設(shè)計(jì)規(guī)律，將實(shí)驗(yàn)分為幾大模塊——主持人控制電路、計(jì)時(shí)電路、報(bào)警電路，然后逐個(gè)設(shè)計(jì)，逐個(gè)調(diào)試。通過設(shè)計(jì)要求以及不同芯片的功能，逐步完善設(shè)計(jì)。首先是主持人控制模塊，是根據(jù)網(wǎng)上而改進(jìn)的；其次是計(jì)時(shí)電路模塊，是采用單穩(wěn)態(tài)脈沖來實(shí)現(xiàn)的；最后是報(bào)警模塊，這個(gè)又分為兩塊設(shè)計(jì)——主持人按搶答器之后的短暫報(bào)警部分和由于30S無人搶答后的短暫報(bào)警部分。由于30S無人搶答后的短暫報(bào)警部分這一部分上我們思考了很久，最后還是利用74LS121芯片的功能來實(shí)現(xiàn)。4.2電路仿真圖（原理圖）圖4.2（一）仿真圖圖4.2（二）仿真圖因?qū)嶒?yàn)仿真軟件中無法達(dá)到蜂鳴器抱緊的效果，所以通過示波器的顯示來達(dá)到同樣的效果。接入電源，當(dāng)B鍵I觸發(fā)時(shí)，數(shù)碼管顯示為“0”；接著B鍵觸發(fā)，蜂鳴器短暫響，開始30S倒計(jì)時(shí)，LED亮，搶答有效；30S內(nèi)無人搶答，30S時(shí)LED滅，短暫報(bào)警，搶答無效。第五章電路的焊接與調(diào)試5.1電路的安裝與焊接電路安裝要注意幾個(gè)原則：1.先裝矮后裝高、先裝小后裝大、先裝耐焊等；2.一定要注意排版，不能東倒西歪，方向應(yīng)盡量一致；3.布線盡量使電源線和地線靠近實(shí)驗(yàn)電路板的周邊，以起一定的屏蔽作用；4.最好分模塊安裝。此外焊接時(shí)不能出現(xiàn)虛焊、假焊、漏焊，更不能出現(xiàn)過焊，因?yàn)橛行┢骷?，不能耐高溫，比如焊接三極管時(shí)，電烙鐵絕對不能停留太久；同時(shí)過焊銅片將脫落，給焊接帶來不必要的麻煩、也將影響板子的視覺效果。5.在焊完之后，不要忙于去調(diào)試，而應(yīng)該用萬用表來查其電路是否接觸良好、是否與電路圖的布置一致、是否有器件在焊接的過程中燒壞了等。5.2分模塊的調(diào)試

本實(shí)驗(yàn)調(diào)試，首先單獨(dú)分模塊進(jìn)行調(diào)試，也就是焊接完，分別對主持人控制電路、計(jì)時(shí)電路、報(bào)警電路進(jìn)行分別調(diào)試，輸入一5.0V的直流電壓信號。結(jié)果檢查發(fā)現(xiàn)一些問題，比如，有些地方?jīng)]接地接電源；引腳虛焊了；因沒檢查電阻是規(guī)定電阻而導(dǎo)致后來重新弄過等等。接著用萬用表檢測總體部分，如果對照電路圖出現(xiàn)線未連、引腳接觸不良好等問題，則進(jìn)行修改。再重新檢查一遍沒問題，將焊板上的正負(fù)極正確接好，則基本上符合了設(shè)計(jì)要求。第六章系統(tǒng)調(diào)試在分模塊分別調(diào)試成功的前提下，按照電路圖將分模塊連接好，檢查是否正確連接，連接正確時(shí)則可以接上5.0V的直流穩(wěn)壓電源。主持人按下“清除”鍵后，此時(shí)搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，選手不能進(jìn)行搶答；再按下“搶答”鍵時(shí)，蜂鳴器短暫提示，LED亮，搶答開始。當(dāng)選手在規(guī)定時(shí)間按動搶答鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示選手編號（0~7號），同時(shí)封鎖輸入電路，其他選手搶答無效；當(dāng)選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無人搶答，蜂鳴器短暫報(bào)警，LED滅；在30S后選手搶答無效。最后發(fā)現(xiàn)符合題目要求，則基本上符合了設(shè)計(jì)要求。在以上基礎(chǔ)上，還需要多次上電調(diào)試，觀察電路是否有其他狀況，是否有不穩(wěn)定的情況發(fā)生。如果電路不穩(wěn)定擇應(yīng)立即排查原因，特別的應(yīng)該注意虛焊的問題。第七章設(shè)計(jì)總結(jié)本課程設(shè)計(jì)主要采用的電路原理基于數(shù)電的基本知識——編碼，計(jì)時(shí)，譯碼，觸發(fā)器，基本門電路等的應(yīng)用，從而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)要求。對于課設(shè)題目，一開始沒有多少頭緒，不會運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行有效設(shè)計(jì)，但通過上網(wǎng)查閱各種類似的設(shè)計(jì)，查閱所提供的芯片功能，確定基本設(shè)計(jì)方案，又通過仿真驗(yàn)證試驗(yàn)方案的可實(shí)行性，雖說比較煩雜但卻對設(shè)計(jì)一個(gè)電路有了基本的經(jīng)驗(yàn)。同時(shí)也使自己認(rèn)識到：設(shè)計(jì)思路是整個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂有一個(gè)非常清晰的設(shè)計(jì)思路是至關(guān)重要的。只有對課題的充分理解，對各種器件的熟練掌握，勾畫出基本的設(shè)計(jì)圖是成功的關(guān)鍵，必須多花時(shí)間在設(shè)計(jì)上才能為后續(xù)工作提供更扎實(shí)的基礎(chǔ)。焊接制作必須精益求精焊接必須精益求精，一點(diǎn)的差錯(cuò)都可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果錯(cuò)誤，同時(shí)布局完美也是很重要的，這樣才能在調(diào)試中能比較輕松進(jìn)行，也是整個(gè)電路可看性更好。調(diào)試調(diào)試工作是個(gè)精細(xì)工作。在調(diào)試過程中，有些問題是芯片本身損壞引起的，也有些是因?yàn)楹附訂栴}引起的等因此排查過程需要特別有耐心，通過對芯片功能的檢驗(yàn)，對焊點(diǎn)的檢查最后檢查出問題所在。建議設(shè)計(jì)的作品主要是用74系列集成芯片來完成的，在焊接的過程中由于芯片的引腳過多，布線工作不是很方便。有時(shí)候還因?yàn)槟骋桓€沒有焊牢，造成電路的不穩(wěn)定?？梢詰?yīng)用PCB制板來設(shè)計(jì)，也可以用我們今后所要學(xué)的單片機(jī)來設(shè)計(jì)。不足實(shí)驗(yàn)效率低，知識水平有限，知識框架建立不起來等等?？傊谠O(shè)計(jì)過程中學(xué)到了許多。通過此次實(shí)習(xí)，看到了自己的水平和差距，學(xué)要在今后的學(xué)習(xí)中又進(jìn)一步的提高，意識到要從現(xiàn)在開始養(yǎng)成那種細(xì)心的好習(xí)慣，還有自己知