搶-答-器-電-路-設-計

搶答器電路設計一、設計任務與要求1．可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器；2．當某臺參賽者按下?lián)尨痖_關時，由數(shù)碼管顯示該臺編號并伴有聲響。此時，搶答器不再接收其他輸入信號；3．電路具有定時功能。要求答復下列問題的時間≤60秒〔顯示為00~59〕，時間顯示采用倒計時方式。當?shù)竭_限定時間時，發(fā)出聲響提示；4.具有計分功能。要求能設定初始分值，能進行加減分；5.在復位狀態(tài)下臺號數(shù)碼管不作任何顯示〔滅燈〕二、方案設計與論證1．數(shù)字搶答器總體方框圖

如圖(1)所示為搶答器電路總體方框圖。其工作流程為：接通電源后，主持人將開關撥到“復位”狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈；主持人將開關置“開始”狀態(tài)，搶答器開始工作，等待選手搶答，采用優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示；當某臺參賽者按下?lián)尨痖_關時，由數(shù)碼管顯示該臺編號并伴有聲響。此時，搶答器不再接收其他輸入信號。那么主持人宣布該選手搶答成功，同時啟動定時器，讓選手在規(guī)定時間內作答，時間顯示采用倒計時方式。當?shù)竭_限定時間時，發(fā)出聲響提示；如果再次搶答必須由主持人再次操作"復位"和"開始"狀態(tài)開關。圖〔1〕方案一、采用74LS175構成四路搶答器，555定時器接成多諧振蕩電路，提供脈沖信號，74LS148與74LS48譯碼器接到七段顯示數(shù)碼管顯示出選手編號，74LS192設計成倒計時與計分局部電路。方案二、用組合邏輯器件CD4511構成四路搶答器。CD4511實現(xiàn)優(yōu)先搶答的鎖存、編號進直接把鎖存器的輸出轉化8421BCD碼，數(shù)碼管顯示先搶答者的編號，同時四路搶答器發(fā)出響聲；主持人通過“復位”按鈕去除數(shù)碼管的顯示和停止響聲。結論：通過比擬可以得，方案一更可行，相對來說，74系列芯片在Protues仿真軟件中能夠找到，且現(xiàn)實中比擬容易購置。芯片組上集成的功能高，用較少元器件的數(shù)目就能實現(xiàn)搶答器的各項功能。此外，74系列芯片用的比擬普及，數(shù)字電路課上詳細介紹74LS系列芯片，因此運用起來比擬熟悉。三、單元電路設計與參數(shù)計算1．振蕩電路 本系統(tǒng)電路需要產生脈沖信號，用于提供搶答器電路、倒計時電路及報警電路工作的控制脈沖。振蕩電路可用555定時器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過分頻得到。本次設計采用555定時器接成多諧振蕩電路，根據(jù)電路的振蕩周期公式：T=(R1+R2)CIn2，可計算出電路產生的頻率。電路如下列圖(2)所示：圖〔2〕2.搶答器及編號顯示電路

搶答品電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號并并伴有聲響；二是封鎖其他選手的輸入信號，使按鍵操作無效。搶答器工作過程：開關RST置于"復位"端時，74LS175觸發(fā)器的輸入端均為０，４個觸發(fā)器輸出置０，使74LS148的＝０，使之處于工作狀態(tài)。當開關RST置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)。假設選手〔如S1〕首先按下開關，使該端的信號輸入為高電平，觸發(fā)器的輸入端D1接受該信號使輸出Q1為高電平，相應的為低電平，這個低電平信號同時送到四輸入與非門的輸入端，再通過非門取反，輸入到二輸入與非門，另一端為脈沖。此時74LS175的時鐘端CLK沒有電平變化，因此74LS175沒有CLK的的脈沖信號而不能接收開關S2、S3、S4控制端送入的信號。因此，該電路只接收第一個輸入信號，即使其他選手也按下開關，信號也是輸入不進去的，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。編號顯示工作過程：當有選手按下了開關時，選手的編號可以被輸出并記憶起來送到74LS148，74LS148的輸出經(jīng)74LS48譯碼器接到七段顯示電路顯示出選手編號。由于74LS175是低電平有效，可以將從74LS175輸出端,分別接到其1，2，3，4端，其余的5，6，7端均接高電平，由于74LS148輸出低電平有效，故經(jīng)過74LS48取反后輸入74LS48，如當ABC=“010”，那么七段顯示編號“2”。在復位狀態(tài)下臺號數(shù)碼管不作任何顯示〔滅燈〕。搶答器及編號顯示電路如下列圖〔3〕所示：圖〔3〕3.倒計時電路用兩塊74LS192芯片組成60進制減法計數(shù)器，首先使個位數(shù)的端口MR=0,PL=1，DN=CP，那么Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計數(shù)，74LS192為十進制減法計數(shù)器，當個位數(shù)計到“0”時，那么TCD端產生退位，通過TCD端的輸出作為十位數(shù)的脈沖。在十位數(shù)的74LS192芯片中，通過置數(shù)法使D0D1D2D3=“0110”，那么十位數(shù)的74LS192將進行六進制減法器。個位數(shù)的脈沖輸入端DN接入一個頻率為1HZ頻率，那么此電路將產生60秒倒計時計數(shù)器。為了在倒計數(shù)為“00”時停止計數(shù)而不是繼續(xù)60秒倒計時的循環(huán)，特意參加了一個JK邊沿觸發(fā)器。將兩個74LS192的Q0Q1Q2Q3輸出端通過或門送到JK觸發(fā)器的時鐘信號端CLK，同時J、K輸入端連接高電平。，計時器一旦輸出“00”時，或門的輸出由低電變?yōu)楦唠娖?，使JK觸發(fā)器的CLK從0到1，接收到一次上升沿的時鐘信號，因而JK觸發(fā)器此時Q輸出為1，再把Q送到兩個芯片的MR端，此時芯片就不再處于計數(shù)狀態(tài)，因而可以做出來到“00”停止計時的效果。倒計時電路如圖〔4〕所示：圖〔4〕4.報警電路當?shù)竭_限定時間10秒時，發(fā)出聲響提示選手抓緊時間作答。通過或非門A2連接十位數(shù)74LS192的輸出端Q0Q1Q2Q3，通過或門A1連接個位數(shù)74LS192的輸出端Q0Q1Q2Q3，當十位數(shù)顯示“0”時，個位數(shù)顯示“9”時，A2的一輸入端連接A1的輸出，另一端接入1HZ的脈沖信號。A3的輸出端與A2的輸出端通過A4輸出連接蜂鳴器，使之產生聲響。報警電路如下列圖〔5〕所示：圖〔5〕5.計分電路通過74LS192連接成計數(shù)器，可以進行加、減，當UP端為低電平時，可以進行加法，當DN端為低電平時，可以進行減法。中選手作答后，根據(jù)選手答題的情況來進行加分或減分。每答對一題得一分，答錯一題扣一分，最高分為9分，最低分為0。計分電路如圖〔6〕所示：圖〔6〕四、總電路工作原理及元器件清單1．總原理圖2．電路完整工作過程描述當主持人按下?lián)尨稹伴_關”后，選手進行搶答，搶答優(yōu)先者獲得答復的權力，某臺參賽者按下?lián)尨痖_關時，由數(shù)碼管顯示該臺編號并伴有聲響。此時，搶答器不再接收其他輸入信號。那么主持人宣布該選手搶答成功，同時啟動定時器，讓選手在60秒內作答，時間顯示采用倒計時方式。當作答時間僅剩10秒時，通過蜂鳴器發(fā)出聲響提示，如果到了顯示“00”時，計時器不再進行倒數(shù)而停留在“00”狀態(tài)。根據(jù)選手作答的情況，那么主持人會對該選手進行相應的計分，如果在規(guī)定的60秒內答復正確，那么相應加1分，否那么扣1分，選手的總分數(shù)通過計分顯示出來。如果再次搶答必須由主持人再次操作"復位"和"開始"狀態(tài)開關，所有的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)以便進行下一次答題。3．元件清單元件序號型號主要參數(shù)數(shù)量備注174LS1926十進制計數(shù)器274LS1751四個D觸發(fā)器374LS471七段數(shù)碼管譯碼器474LS14818線-3線優(yōu)先編碼器574LS045反相器67SEG-COM1數(shù)碼管77SEG-BCD6數(shù)碼管874LS002二輸入與非門974LS132四輸入與非門10JKFF1JK觸發(fā)器11BUZZER3V5蜂鳴器12RES5.1K2電阻13BUTTON13開關按鍵14NE5551555定時器1574LS081二輸入與門16OR_41四輸入或門五、仿真調試與分析主持人將開關撥到“復位”狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈；主持人將開關置“開始”狀態(tài)，搶答器開始工作，等待選手搶答，采用優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示；當某臺參賽者按下?lián)尨痖_關時，由數(shù)碼管顯示該臺編號并伴有聲響。此時，搶答器不再接收其他輸入信號。主持人宣布選手作答，啟動60秒倒計時，當作答時間僅剩10秒時，蜂鳴器發(fā)出聲響警告，當?shù)褂嫊r為“00”時，倒計時停留在“00”狀態(tài)，不再繼續(xù)循環(huán)。主持人根據(jù)選手作答情況，進行相應的加分或扣分。六、結論與心得歷時一周的數(shù)字電子課程設計，按照設計任務順利完成了各項要求。課程設計選題之時，挑選了搶答器的設計，因為這項任務有點熟悉，又有點難度，并且具有趣味性與實用性，一周的時間完成應該不成問題。通過這次課程設計，我感覺自己對于數(shù)電知識不夠扎實，深感“書到用時方恨少”，以前的學習過程過于浮淺，只是流于外表的理解，而現(xiàn)在要做課程設計，就不得不要求我們對所用到的知識有更深層次的理解。因為課程設計的內容比及書本中的理論知識而言，更接近于現(xiàn)實生活，而理論到實踐的轉化往往是一個艱難的過程，因此重拾教材與實驗手冊，對知識系統(tǒng)而全面進行了梳理，掌握芯片的使用，從而了解了很多元件的功能，如何在實踐中運用，如74LS148與74LS48的有機結合,領悟諸多在平時學習難以理解掌握的較難知識，特別對555定時器接成多諧振蕩電路局部。在這次課程設計中，用protues仿真軟件進行調試與仿真，把整個搶答器電路劃分為幾個小模塊，自底向上的設計思路，再有機地把各個模塊結合起來，不斷的調試，改正其中的錯誤，有時一個小小的錯誤導致整個系統(tǒng)電路不能正常的工作，因此必須注重其中的小細節(jié)。此外，我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起