八路搶答器實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 數(shù)字電子設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì) 八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?掌握搶答器的工作原理及其設(shè)計(jì)方法。 學(xué)會(huì)用Multisim8軟件操作實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。 掌握設(shè)計(jì)性試驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)方法二實(shí)驗(yàn)要求八路智力競(jìng)賽搶答器功能要求：基本功能：1設(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，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0、1、2、3、4、5、6、7，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0、1、2、3、4、5、6、7。2給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。3搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。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

2、選手的編號(hào)。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。擴(kuò)展功能：1搶答器具有定時(shí)搶答的功能。當(dāng)節(jié)目支持人按下“開始”按鈕后，要求定時(shí)器立即倒計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示。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)清零為止。3如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答，則本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器上顯示00.三實(shí)驗(yàn)原理 根據(jù)對(duì)功能要求的簡(jiǎn)要分析，將定時(shí)搶答器電路分為主題電路和擴(kuò)展電路兩部分。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)搶答器按

3、鈕時(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)搶答及報(bào)警功能。比賽開始時(shí)，接通電源，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清零”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)顯示器上顯示設(shè)定時(shí)間。當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開始”，同時(shí)將控制開關(guān)撥到“開始”位置，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。若定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)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。若選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：1.優(yōu)先編碼器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)； 2.揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意； 3.控制

4、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； 4.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)清零為止。當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢時(shí)，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。上述方案所示搶答器的工作過(guò)程：主持人按動(dòng)開始搶答的開關(guān)后，最先搶答的選手的電平信號(hào)先經(jīng)過(guò)優(yōu)先編碼器，再依次經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)鎖存器，此時(shí)已經(jīng)限制了其他選手的搶答，信號(hào)再經(jīng)過(guò)譯碼器和七段數(shù)碼顯示器，將最先搶答的該選手的編號(hào)顯示出來(lái)，并同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，到此完成的是搶答功能；如果沒(méi)有人搶答， 30秒減計(jì)數(shù)器減到00時(shí)也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，此時(shí)完成計(jì)時(shí)功能。它的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下

5、幾個(gè)方面：這種方案原理比較簡(jiǎn)單。主持人對(duì)整體電路的控制只需幾個(gè)門電路就可完成，不必用特別的芯片來(lái)組成控制電路；更容易實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示功能，在有選手搶答后或者計(jì)時(shí)開始和結(jié)束時(shí)。既減少了布線使整個(gè)電路更直觀簡(jiǎn)單，又降低了產(chǎn)生錯(cuò)誤的可能性。四實(shí)驗(yàn)器材 u元器件：74LS48，72LS192，74LS279、74LS148、74LS00、74LS08、74LS32、NE555、CC4511各幾個(gè)，數(shù)碼管三個(gè)，發(fā)光二極管一個(gè)，開關(guān)、電阻、電容若干 u 仿 真：Multisim8仿真軟件五實(shí)驗(yàn)步驟1搶答電路設(shè)計(jì)搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要

6、使其他選手的按鈕操作無(wú)效。因此，選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279以及譯碼顯示電路完成上述功能。74LS148是一八線-三線優(yōu)先編碼器，該編碼器由8個(gè)信號(hào)輸入端，3個(gè)二進(jìn)制輸出端，輸入輸出均為低電平有效。EI為輸入使能端，低電平有效，當(dāng)EI為低電平時(shí)，編碼器處于工作狀態(tài)；EO為輸出使能端，只有在EI=0，且所有輸入都為1時(shí)，輸出為0；GS表征編碼器的工作狀態(tài)，當(dāng)且僅當(dāng)EI為低電平，且輸入至少有一各為有效電平時(shí)，GS才有效。因此，可根據(jù)EI、EO、GS功能擴(kuò)展端的特點(diǎn)，對(duì)電路進(jìn)行相應(yīng)控制。編碼器在搶答電路中功能是判斷搶答者的編號(hào)。74LS279是由4個(gè)RS鎖存器組成，且均為與

7、非門構(gòu)成的RS鎖存器。其中，1S和3S有兩個(gè)輸入端，S1和S2均為相與的關(guān)系。本設(shè)計(jì)中，將S2均接高電平，僅利用S1控制輸出。其引腳圖如圖四所示，下表為SR鎖存器的功能真值表，值得注意的是S和R不能同時(shí)為高電平，否則輸出不確定。74LS48為七段顯示譯碼器。該集成譯碼器設(shè)有多個(gè)輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。BI/RBO為滅燈輸入，當(dāng)BI=0時(shí)，所有字形熄滅。LT為試燈輸入，當(dāng)LT=0且RBO=1時(shí)，顯示字形為8，常用于檢測(cè)自身的好壞。RBI為動(dòng)態(tài)滅燈輸入，當(dāng)LT=1，RBI=0且輸入均為0時(shí)，輸出均為低電平，數(shù)碼管“滅零”。 譯碼器74LS48輸出高電平有效，用以驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管。七段顯示譯碼

8、器一般與七段數(shù)碼顯示器相連，共同構(gòu)成四輸入端的數(shù)碼顯示電路。2.定時(shí)電路設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)中選用十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是具有置數(shù)和清零功能，其引腳圖和邏輯圖如圖1所示，真值表如表5所示。圖1 74LS192引腳圖和邏輯圖P0、P1、P2、P3置數(shù)并行數(shù)據(jù)輸入；Q0、Q1、Q2、Q3計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)輸出；CR清零端；LD置數(shù)端；CPu 加法計(jì)數(shù)CP輸入；CPd 減法計(jì)數(shù)CP輸入；CO進(jìn)位輸出端；BO借位輸出端。 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要兩片74LS192構(gòu)成100進(jìn)制減計(jì)數(shù)器。由功能真值表可知，只需將個(gè)位74LS192的借位輸出端BO與十位74LS192的CPd即可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制減

9、計(jì)數(shù)。值得注意的是，要使其實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)，CPu端口必須接高電平。計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。秒脈沖電路由555構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成，如圖2所示，諧振蕩器無(wú)需外加輸入信號(hào)就能在接通電源自行產(chǎn)生矩形波輸出。圖2多諧振蕩器因?yàn)橹芷跒橐幻?，所以頻率是1赫茲。圖中電容的充放電時(shí)間分別是：t1=RBCln20.7RBC t2=(RA+RB)Cln20.7(RA+RB)C 所以555的3端輸出的頻率為： f=1/(t1+t2)1.43/(2RA+RB)C 我們采用的電阻和電容值分別是：RA=15K，R2=68K，C1=10uf,滿足上式，即得到的是秒脈沖。由以上集成芯片設(shè)計(jì)的定時(shí)電路如下圖所示。工作原理

10、： 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。3時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需要完成以下三項(xiàng)功能：a.主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。b.當(dāng)競(jìng)賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，搶答電

11、路和定時(shí)電路停止工作。c.當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。4.搶答器整體電路通過(guò)控制電路將搶答、定時(shí)電路進(jìn)行連接后，構(gòu)成了搶答器電路的整體設(shè)計(jì)，總電路圖如圖17所示：主電路：六，實(shí)驗(yàn)結(jié)論1主持人將開關(guān)撥到開始的位置，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答狀態(tài)。2.在30秒內(nèi)當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵，搶答電路和定時(shí)電路停止工作，同時(shí)數(shù)碼管顯示相應(yīng)選手的編號(hào)。3.如果在30秒內(nèi)無(wú)人搶答，搶答電路和定時(shí)電路停止工作，選手再按搶答鍵，將不會(huì)顯示編號(hào)，同時(shí)定時(shí)電路顯示00.七實(shí)驗(yàn)小結(jié) 通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，不僅有效鞏固了本學(xué)期所學(xué)數(shù)電的相關(guān)知識(shí)，加強(qiáng)了對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解，還學(xué)會(huì)如何運(yùn)用Multisim8仿真進(jìn)行仿真，以及如何使用面包板進(jìn)行實(shí)物制作，受益匪淺，現(xiàn)總結(jié)如下。本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)，如何在第一位搶答者搶答題目后讓編碼器停止工作；如何使計(jì)時(shí)電路在搶答后停止倒計(jì)時(shí)；如何讓定時(shí)電路和搶答電路同時(shí)清零。設(shè)計(jì)過(guò)程中，根據(jù)以往搶答器設(shè)計(jì)思路，及查閱相關(guān)資料，可運(yùn)用74LS279的輸出1Q完成上述控制任務(wù)。從這一點(diǎn)，折射出自己在平時(shí)的學(xué)習(xí)中較死板，缺乏變通思考的能力。在電路仿真的過(guò)程中，由于Multisim8操作相對(duì)較簡(jiǎn)單，因此在仿真過(guò)程中較