智力競賽搶答器電路設計

濱江學院電子技術(shù)實習與課程設計題目智力競賽搶答器電路設計學生姓名孔云劍學號學院濱江學院專業(yè)系統(tǒng)工程方向指導教師張群二Ｏ一Ｏ年6月1日序言智力競賽搶答計時器是一名的裁判員，它的任務是從假設干名競賽者中確定出最先的搶答者，并要求競賽者在規(guī)定的時間里答復完問題。設計任務書設計題目:智力競賽搶答計時器技術(shù)要求：設計一個三人參加的智力競賽搶答計時器。當有某一參賽者首先按下?lián)尨痖_關(guān)鍵，相應顯示燈亮并伴有聲響。此時，搶答器不再接收其他輸入信號。電路具有答復下列問題時間控制功能。要求答復下列問題的時間小于100秒〔顯示為0～99〕，時間顯示采用倒計時的方式。當?shù)竭_限定時間時，發(fā)出聲響以示警告。給定條件及器件要求電路主要選用中規(guī)模COMS集成電路CC4000系列。電源電壓為5～10V。本設計要求在數(shù)字電路實驗箱上完成。四、設計內(nèi)容1.電路各部門的組成和工作原理。2.元器件的選取及其電路圖和功能。3.電路各局部的調(diào)試方法。4.在整機電路的設計調(diào)試過程中，遇到什么問題，其原因及解決的方法。電路組成和工作原理根據(jù)上面所說的功能要求，智力競賽搶答計事系統(tǒng)的組成框圖如下列圖所示。它主要有六局部組成：搶答器——智力競賽搶答器的核心。當參賽者的任意一位首先按下?lián)尨痖_關(guān)時，搶答器即刻接受該信號，指使相應發(fā)光二極管亮〔或者響電路發(fā)出聲音〕，與此同時，封鎖住其他參賽者的輸入信號。搶答控制器———由三個開關(guān)組成。三名參賽者各控制一個，撥動開關(guān)使相應控制端的信號為高電平或低電平。清零裝置——供比賽開始前裁判遠使用。它能保證比賽前觸發(fā)器統(tǒng)一清零，防止電路的誤動作和搶答過程的不公平。顯示、聲響電路——比賽開始，當某一參賽者按下?lián)尨鹌鏖_關(guān)時，觸發(fā)器就接受該信號，在封鎖其他開關(guān)信號的同時，使該路的發(fā)光二極管發(fā)出亮光和蜂鳴器發(fā)出聲響，以引起人們的注意。計時、顯示、聲響電路——是對搶答者答復下列問題時間進行控制電路。假設規(guī)定答復的時間小于100秒〔顯示為0～99〕，那么顯示器裝置應該是一個二位數(shù)字顯示的計數(shù)系統(tǒng)。振蕩電路——它應該提供應搶答器、計時系統(tǒng)和聲響電路工作的控制脈沖。設計步驟及方法下列圖為三人智力競賽搶答計時系統(tǒng)的原理圖搶答控制電路該系統(tǒng)有開關(guān)A、B、C，分別有三名參賽者控制。常態(tài)時開關(guān)接地，比賽時，按下開關(guān)，使該端為高電平。為實驗方便，搶答開關(guān)也可以利用實驗箱上電平輸出開關(guān)。撥動邏輯開關(guān)，相當于輸出邏輯上下電平。搶答器由原理圖可看出，搶答器是由三個D型觸發(fā)器和非門G1組成。它的工作原理是這樣的：假設參賽者A首先按下開關(guān)，使該端的輸入信號為高電平，觸發(fā)器FA輸入端D接受該信號是輸出Q為高電平，相應的Q非為低電平，這個低電平信號同時送到與非門G1的輸入端，與非門G1被封鎖，使觸發(fā)器的控制脈沖CP信號由于與非門G1封鎖而被拒之門外，觸發(fā)器FB和FC因為不具備CP脈沖信號而不接收開關(guān)B和C控制端送入的信號(其他的兩種情況類同)。因此該電路只接收第一個輸入的信號，即使此時其他參賽者也按下開關(guān)，但由于與非門已被封鎖，信號是輸入不進步的。清零裝置為了保證電路的正常工作，比賽開始前，裁判員都是要將各觸發(fā)器器的狀態(tài)統(tǒng)一清零。本系統(tǒng)利用D觸發(fā)器的異步復位端實現(xiàn)清零功能。由原理圖可以看出，該D觸發(fā)器的異步復位端為RD，低電平有效。因此，將各觸發(fā)器的異步復位端統(tǒng)一用一開關(guān)J控制，正常比賽時，使RD非、SD=0非均處于高電平，用RD=0非功能。計時、顯示、聲響電路計時電路采用倒計時方法，最大顯示為99秒。當裁判員給出“請答復”指令后，開始倒計時，當計時“00”時，可驅(qū)動電路發(fā)出聲響。倒計時器選用可預置數(shù)二、十進制同步可逆計數(shù)器〔雙時鐘型〕CC4012。CC40192的外部引線排列和功能表分別見下列圖1和表1。圖2是用兩片CC40192組成的一百進制減法計數(shù)器電路。由功能表可以看出，要使電路實現(xiàn)倒計時〔減法〕功能，應使CR=0，PE非=1,CP=CP?？捎肅R端接電平開關(guān)來控制計時器的工作與否。聲響顯示電路需要在兩種情況下做出反響：一種是當有參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時，相應電路的發(fā)光二極管亮，同時推動輸出級的蜂鳴器發(fā)出聲響；第二種情況是當裁判員給出“請答復”指令后，計時器開始倒計時，假設答復下列問題時間到達限定的時間，蜂鳴器發(fā)出聲響。顯示電路由發(fā)光二極管與電阻串聯(lián)而成，發(fā)光二極管正極接電源端，負極接D觸發(fā)器的Q非端。當某參賽者按下開關(guān)，該觸發(fā)器接受該信號使其輸出Q端的狀態(tài)為高電平，相應的Q非端為低電平，就有電流流過發(fā)光二極管是它發(fā)亮。計時系統(tǒng)的驅(qū)動顯示電路選用BCD-7段鎖存譯碼、驅(qū)動器CC4511和七段數(shù)碼管組成，其工作原理可參照“數(shù)字鐘”的有關(guān)內(nèi)容。聲響電路由兩局部組成：一是由門電路組成的控制電路，二是由三極管驅(qū)動電路。門控電路主要由或門組成，它的兩個輸入，一個來自搶答電路各觸發(fā)器輸出Q非的與非，他說明只要有一Q非為低電平，就使該與非門輸出為高電平通過或門電路驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲；另一個來自計時系統(tǒng)高位計數(shù)器的錯位信號QB，它說明計時電路在99秒向98秒，97秒，…2秒，1秒，0秒倒計時再向99秒轉(zhuǎn)化時向高位錯位時給出一個負脈沖經(jīng)反相器得到一個高電平。這個高電平信號也能使蜂鳴器發(fā)聲，為了保證電路的可靠工作，也可采用與非門構(gòu)成的根本RS觸發(fā)器驅(qū)動。五、振蕩電路本系統(tǒng)需要產(chǎn)生三種頻率的脈沖信號，一種是頻率為1KHZ的脈沖信號，用于聲響電路：一種是頻率為500KHZ的脈沖信號，用于觸發(fā)器的CP信號。第三種頻率為1HZ信號用于計時電路。以上電路可用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。555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖3所示，多諧振蕩器的振蕩頻率可由式〔1〕估算。CC7555單定時器的外部引線排列見圖4所示。安裝和調(diào)試用中規(guī)模集成D觸發(fā)器CC4013組成的三人智力競賽強大計時器的邏輯電路圖見圖5所示。CC4013的功能表和外部引線排列分別見表2和圖6所示，CC4012的外部引線排列見圖7。搶答顯示功能測試按圖5的有關(guān)局部在實驗箱上連線，將開關(guān)A、B、C，全部處于低電平。首先撥動開關(guān)A，該端發(fā)光二極管亮，此時再撥動開關(guān)B或C，觀察其他發(fā)光二極管的情況。清零功能測試在以上實驗的根底上，將CC4013的所有R端連在一起通過開關(guān)J控制。由表2可以看出，CC4013的異步控制信號高電平有效，因此可用R=1實現(xiàn)復位功能。開關(guān)J可以利用實驗箱上的電平開關(guān)。常態(tài)時，它處于低電平。撥動開關(guān)J，觀察二極管是否全滅。倒計時功能測試按圖4的電路在實驗箱上連線，計數(shù)器的輸出可接發(fā)光二極管，在CP作用下，觀察發(fā)光二極管顯示情況。通過控制CR端的狀態(tài)，在觀察發(fā)光二極管顯示情況。聲響電路功能測試按圖5所示的有關(guān)局部在實驗箱上連線，可將與非門和反相器的輸入端分別通過實驗箱上的電平開關(guān)來控制狀態(tài)，觀察喇叭發(fā)生情況。總結(jié)本次實驗將我們所學習的理論知識與實踐活動相聯(lián)系，增強了我們動手動腦的能力，從而到達學有所用，更明確目標，為以后的學習樹立了信心。對自己以前所學習的知識的穩(wěn)固和今后的學習起了舉足輕重的作用。本次課程設計，更加深了我對電工電子技術(shù)的熱愛，也激發(fā)了我對未