六路搶答器課程設(shè)計

1、精品好資料學習推薦湖南大學課程設(shè)計報告課程名稱：電子技術(shù)課程設(shè)計系部：電氣工程系專業(yè)班級：電子科學技術(shù)學生姓名：指導(dǎo)教師：完成時間： 2011.06.19報告成績：評閱意見： 評閱教師 日期 目 錄摘 要3第一章、設(shè)計題目4第二章、設(shè)計目的4第三章、設(shè)計要求43.1設(shè)計指標43.2設(shè)計要求4第四章、設(shè)計方案與論證5第五章、系統(tǒng)具體電路設(shè)計及原理55.1搶答器電路的設(shè)計55.2定時電路的設(shè)計55.3報警電路的設(shè)計65.4時序控制電路的設(shè)計6第六章、主要元器件介紹76.1 74LS48 和74LS192的功能表86.2 74LS14896.3 74LS279106.4 74LS121116.5NE

2、55511第七章、設(shè)計采用元件13第八章、電路設(shè)計仿真13第九章、實驗心得15第十章、參考文獻16摘要本設(shè)計的搶答器是一種比較簡易的搶答器，沒有使用特別多的復(fù)雜的元器件。結(jié)合上機動手實驗而完成的。它的特點是電路簡單、制作方便、操作簡單、方便、性能可靠，實用于多種智力競賽活動。本搶答器的電路主要完成：設(shè)計一個六路搶答器，實現(xiàn)開始一定時間后，開始搶答狀態(tài)，可以判定是哪個信號搶答的，同時封鎖其他信號，如果過了搶答時間，仍然沒有搶答或者出現(xiàn)搶答者同時搶答時，那么就報警。這個搶答器設(shè)計基本上滿足了實際競賽應(yīng)用中的各種需要。在實際中有很大的用途。無論是在學校、工廠、軍隊還是益智性電視節(jié)目，都會舉辦各種各樣

3、的智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有各種各樣的智力競賽搶答器，絕大多數(shù)是以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品。這部分搶答器已相當成熟，但功能越多的電路相對來說就越復(fù)雜，且成本偏高，故障高，顯示方式簡單。數(shù)字搶答器由主體電路與擴張電路組成.優(yōu)先編碼電路,鎖存器,譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出:用控制電路和主持人的開關(guān)啟動報警電路,以上兩部分組成主體電路.通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能,構(gòu)成擴展電路.經(jīng)過布線,焊接,調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成型.搶答器四周有安裝孔,可以方便的安裝在操作臺上,外接搶答按鈕接入相應(yīng)的接線端子,如果需要

4、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.搶答器通上電后,蜂鳴器響,三個數(shù)碼管都顯示0,按下復(fù)位按鈕后進入正常工作狀態(tài),這時可以設(shè)定搶答倒計時間,只要按動10進制編碼按鈕分別對時間的十位和個位設(shè)定,設(shè)定的時間在數(shù)碼管上實時的顯示出來.設(shè)定的時間范圍為:030秒,設(shè)定完時間后,就可以按動開始按鈕,表示搶答開始,這時蜂鳴器響0.1秒,提示各位選手,搶答已經(jīng)開始,同時倒計時器開始從設(shè)定的時間進行倒計時.若在搶答時間內(nèi)有人搶答,則第三個數(shù)碼管立即顯示搶答位號,倒計時間停止倒計時,所用掉的時間就是搶答的時間,同時蜂鳴器響2秒,繼電器吸合2秒,表示有人搶答

5、,在這個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,可以進入下一輪搶答.六路競賽搶答器的設(shè)計方案第一章.設(shè)計題目六路智力競賽搶答器第二章.設(shè)計目的結(jié)合課程中所學的理論知識，獨立設(shè)計方案，達到學有所用的目的。學會查閱相關(guān)手冊與資料，通過查閱手冊和文獻資料，進一步熟悉常用電子器件類型和特性，并掌握合理選用的原則，培養(yǎng)獨立分析與解決問題的能力。培養(yǎng)創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。掌握數(shù)字電路的一般的設(shè)計方法，提高電子電路實驗技能及儀器使用能力。安裝和調(diào)試的學會撰寫課程設(shè)計總結(jié)報告。搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合，利用數(shù)字電路設(shè)計一套帶有數(shù)碼顯示、定時搶答

6、功能的六路競賽搶答器。第三章.設(shè)計要求3.1設(shè)計指標：搶答器可供6名選手或6個代表隊比賽，分別用6個按鈕S0 S5表示。3.1.2每組設(shè)置一個搶答按鈕供搶答者使用并設(shè)置一個“系統(tǒng)復(fù)位”或“搶答準備命令”按鈕和一個“搶答開始命令”按鈕供主持人使用。3.1.3搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。3.1.4搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5

7、秒左右。3.1.5參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。3.1.6搶答者在30s內(nèi)進行搶答，則搶答有效，如果30s定時到時，無搶答者，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。3.2設(shè)計要求：3.2.1畫出電路原理圖。第四章.設(shè)計方案多路智力競賽搶答器的組成框該設(shè)計搶答器的電路主要是由搶答開關(guān)電路、觸發(fā)電路、觸發(fā)鎖存電路、編碼器、七段顯示譯碼器幾部分構(gòu)成。第五章.具體設(shè)計及原理圖5.1 搶答器電路的設(shè)計 該部分電路要完成兩個功能：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

8、顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，所組成的電路圖如下所示。這個電路的工作原理過程：當主持人控制開關(guān)S置于清零端時，RS觸發(fā)器的R非端均為，個觸發(fā)器輸出（Q4Q1）全部“置”，使74LS48的BI的“非”，顯示器燈滅；74LS148的選通輸入端ST的“非=0”，使之處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。當主持人把開關(guān)S置于開始時，優(yōu)先編碼器和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端的信號輸入，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0的“非=010”，YEX的“非=0”，經(jīng)RS

9、鎖存后，CTR=1，BI的“非=1”，74LS279處于工作狀態(tài)，Q4Q3Q2 =101,74LS48處于工作狀態(tài)，經(jīng)74LS148譯碼后，顯示器顯示為。此外，CTR=1，使74LS148的ST的非為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的YEX的非為高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。如有再次搶答需由主持人將開關(guān)重新置“清除”，電路復(fù)位。搶答器主體電路原理圖（一）然后再進行下一輪搶答。5.2 定時電路的設(shè)計 由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的

10、難易程度，設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供?？深A(yù)置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器74LS192進行設(shè)計，具體電路如下圖所示。定時電路原理圖（二）5.3 報警電路的設(shè)計這部分電路我們是用由555定時器和三極管構(gòu)成。報警電路如下圖所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo143（R12R2）C，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作；而當PR為低電平時，電路停振。報警電路原理圖（三）5.4 時序控制電路的設(shè)計時序控制電路是八路搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，因為它要完成以下三項功能： 主持人將控制開關(guān)撥到開始位置

11、時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態(tài)。 參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。時序控制電路原理圖（四）當設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。關(guān)于參數(shù)：發(fā)聲延遲0.5秒，fo143（R12R2）C，權(quán)衡考慮到元器件的成本和74LS121的相關(guān)性質(zhì)（下文有說明），最終選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10u。整機電路的設(shè)計通過上面各單元電路的設(shè)計，可以畫出設(shè)計的六路競賽搶答器的設(shè)計的整機電路。第六章.主要元器件介紹（分析、設(shè)計中選件的理論基礎(chǔ)）6.1 74LS48 和 74LS192 功能表74LS48是輸

12、出高電平有效的中規(guī)模集成BCD七段顯示譯碼器，它的功能簡圖和管腳引線圖如圖所示。74LS192具有下述功能：輸入輸出清零置數(shù)加數(shù)器減數(shù)器數(shù)據(jù)Q0 Q1 Q2 Q3CR LD低電平有效CP uCPdD0 D1 D2 D3 1 0 0 0 0 X 0 1 1 1 XX上升沿 1 1 X X 1上升沿 1X X X XD0 D1 D2 D3X X X XX X X XX X X X0 0 0 0D0 D1 D2 D3遞增計數(shù)遞減計數(shù)保持異步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 異步置數(shù)：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q

13、2Q1Q0保持原態(tài)加計數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計數(shù)減計數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計數(shù)74LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器。CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。CO為進位輸出：1001狀態(tài)后負脈沖輸出BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。6.274LS14874LS148是8：3線優(yōu)先編碼器。它允許多個輸入信號同時有效，但只對一個優(yōu)先級最高的輸入信號進行編碼。74LS148的功能真值表6.3

14、74LS279R=1,S=0時，Qn+1=1,觸發(fā)器置1狀態(tài)R=0,S=1時，Qn+1=0,觸發(fā)器置0狀態(tài)R=1,S=1時，Qn+1=Qn,觸發(fā)器保持原來狀態(tài)R=0,S=0時，觸發(fā)器狀態(tài)不穩(wěn)（不允許這種輸入存在）以TTL集成觸發(fā)器74LS279為例，其邏輯符號如圖(a)所示，每片74LS279包含四個獨立的與非門組成的基本RS觸發(fā)器。其中第一個和第三個觸發(fā)器個有兩個Rd輸入端（S1和S5）,在任一輸入端加上低電平均能將觸發(fā)器置1；每個觸發(fā)器只有一個Rd輸入端（R）。圖（b）為第一個觸發(fā)器的邏輯電路。 6.4 74LS121TTL集成器件74LS121是一種不可重復(fù)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器關(guān)于定時

15、：單穩(wěn)態(tài)電路的定時取決于定時電阻和定時電容的數(shù)值。74LS121的定時電容連接在芯片的10、11引腳之間。若輸出脈寬較寬而采用電解電容時，電容C的正極連接在C輸出端（10腳），對于定時電阻使用者可有兩種選擇：采用內(nèi)部定時電阻（2K）,此時將9號引腳（Rint）接置電源VCC(14腳)。采用外接定時電阻（阻值在1.440K之間），此時9腳懸空，電阻接在11、14腳之間。74121的輸出脈沖寬度t0.7RC。通常R的數(shù)值取在230k之間，C的數(shù)值取在10pF10F之間，得到的取值范圍可達到20ns200ms。該試中的R可以是外接電阻R，也可以是芯片內(nèi)部電阻R(約2k),如希望得到較寬的輸出脈沖，一

16、般使用外接電阻。74121功能表：6.5 NE555 NE555是時基集成電路，它在應(yīng)用和工作方式上一般可歸納為3類。每類工作方式又有很多個不同的電路。在實際應(yīng)用中，除了單一品種的電路外，還可組合出很多不同電路，如：多個單穩(wěn)、多個雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無穩(wěn)，雙穩(wěn)和無穩(wěn)的組合等。 NE555時基電路封形式有兩種，一是DIP雙列直插8腳封裝，另一種是SOP-8小型（SMD）封裝形式。其他HA17555、LM555、CA555分屬不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理都相同。NE555屬于CMOS工藝制造，圖1是NE555的外形圖，圖2是它的內(nèi)部功能原理框圖，圖3是它的內(nèi)部等效電路。NE555的內(nèi)部中心電路

17、是三極管Q15和Q17加正反饋組成的RS觸發(fā)器。輸入控制端有直接復(fù)位Reset端，通過比較器A1，復(fù)位控制端的TH、比較器A2置位控制的T。輸出端為F，另外還有集電極開路的放電管DIS。它們控制的優(yōu)先權(quán)是R、T、TH。第七章.設(shè)計采用元件7.1 集成電路74LS148 1片，74LS279 1片，74LS48 3片，74LS192 2片，NE555 2片，74LS00 1片，74LS121 1片。7.2 2電阻 510 2只，1K 9只，4.7k l只，5.1k l只，100k l只，10k 1只， 15k 1只， 68k l只。7.3 電容 0.1uF 1只，10uf 2只，100uf 1只

18、。7.4 三極管 3DG12 1只。7.5 其它：發(fā)光二極管2只，共陰極顯示器3只。555定時器，優(yōu)先編碼器74ls148和rs鎖存器74ls279以及十進制同步加/減計數(shù)器74LS192。第八章 電路仿真Multisim仿真電路圖：仿真電路課實現(xiàn)搶答功能，由于軟件局限，報警電路沒有在仿真當中。第九章.心得體會通過二周的緊張工作，最后終于完成了我的設(shè)計任務(wù)六路智力競賽搶答器的設(shè)計。通過本次課程設(shè)計的學習，我深深地體會到設(shè)計課的重要性和目的性所在。本次設(shè)計課不僅僅培養(yǎng)了我們實際操作能力，也培養(yǎng)了我們靈活運用課本知識，理論聯(lián)系實際，獨立自主的進行設(shè)計的能力。它不僅僅是一個學習新知識新方法的好機會，同時也是對我所