數(shù)字課程設計八路搶答器

1、 課程設計說明書課程設計名稱： 數(shù)字課程設計 課程設計題目： 八路搶答器 學 院 名 稱： 信息工程學院 專業(yè)：計算機科學與技術 班級： 080613 學號： 08061301 姓名： 謝素華 評分： 教師： 20 10 年 9 月 10 日摘要隨著生活水平的提高，人們的娛樂生活也越來越豐富，各類比賽也隨之增多，對搶答器的要求也就越高，搶答器的公平公正就顯得特別重要。為了滿足各種競賽的需要，本次設計制作了一個智力競賽搶答器，該搶答器可以同時供8名選手參加比賽。本次設計的電路可以分成搶答電路、可預置時間的定時電路、時鐘產(chǎn)生和時序控制電路、報警控制電路、電源電路等幾個模塊組成，具體的實現(xiàn)過程是：給

2、節(jié)目主持人設置一個控制開關，用來控制系統(tǒng)的清零和搶答的開始。該搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能，即搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在數(shù)碼管上顯示選手的編號，同時蜂鳴器給出音響提示，并且封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。除此之外，搶答器還具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設定(如30s)。當節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示，同時蜂鳴器發(fā)出聲響；參賽選手在設定的時間內(nèi)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時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。如果定時搶答的時間已到

3、，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示00。該搶答器由數(shù)碼顯示、燈光、音響等多種手段指示出第一搶答者。具有電路簡單、成本較低、操作方便、靈敏可靠等優(yōu)點, 經(jīng)使用效果良好, 具有較高的推廣價值。關鍵字：八路搶答器，倒計時，報警，計時目錄前言4第一章 設計任務及要求5第二章 系統(tǒng)設計方案的選擇6第三章 系統(tǒng)的組成及工作原理3.1 系統(tǒng)的組成7 3.2 電路設計原理8第四章 單元電路設計、參數(shù)計算、器件選擇 4.1搶答電路 9 4.2定時電路 10 4.3報警電路 11 4.4時序邏輯電路 12第五章 實驗、調(diào)試及測試結(jié)果與分析 13第六

4、章 實驗總結(jié) 14 參考文獻 15附錄一 16附錄二 19附錄三 21八路搶答器前言隨著社會不斷的發(fā)展，電子技術也的到了飛速的發(fā)展，各中電子產(chǎn)品的質(zhì)量也的到了質(zhì)的突飛猛進。其中的搶答器也由以前的簡單、功能單一的電路，變?yōu)楝F(xiàn)在復雜、實現(xiàn)功能多的電子產(chǎn)品。市場上有各種形式的搶答器，但其價格昂貴，在公司、社區(qū)、學校等舉行小型競賽時，可以考慮自己動手開發(fā)。因此，本次設計制作了一個八路數(shù)字搶答器，該邏輯電路搶答器可以作為裁判員，滿足小型競賽的要求，既可以節(jié)省成本，又可以鍛煉自己的實踐動手能力。該數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路組成。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

5、和主持人開關啟動報警電路，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。本次課設運用74系列芯片，采用74ls148芯片鎖存，采用74ls279芯片編碼，運用74ls48芯片譯碼，ne555產(chǎn)生脈沖，數(shù)碼管顯示號碼。第一章 設計任務及要求1.1八路搶答器1、基本要求：1）設計一個智力搶答器，可同時供八個選手或代表隊參加比賽，編號分別為0至7，各用一個搶答按鈕，按鈕編號與選手編號對應。2）主持人擁有一個控制開關，用來控制系統(tǒng)的清零和搶答開始。搶答開始后，若有選手搶答，編號鎖存，顯示選手編號，并禁止其他選手搶答。直到主持人清零。2、擴展要

6、求：1)搶答器定時搶答，當主持人開始后，定時器立刻減計時，并用顯示器顯示，同時揚聲器發(fā)出短暫聲響。2)選手在規(guī)定時間內(nèi)搶答有效，定時器停止工作，顯示器顯示選手編號和搶答時刻，直到主持人清零。若搶答時間過了，沒有選手搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止超時搶答，時見顯示為零。第二章 系統(tǒng)設計方案的選擇定時搶答器的總體框圖如圖（1）所示，它由主體電路和擴展電路組成。主體部分完成基本的搶答功能，擴展電路完成定時搶答功能。圖1 定時搶答器總體框圖第三章 系統(tǒng)的組成及工作原理3.1 系統(tǒng)的組成：根據(jù)設計任務及要求，將系統(tǒng)分為三大模塊;搶答電路、定時電路，報警電路和秒脈沖產(chǎn)生電路。搶答電

7、路部分完成搶答功能，即開始搶答后，當選手按下?lián)尨疰I時，能顯示選手編號，同時能封鎖電路，禁止其他選手作答。定時電路部分的主要功能是完成定時搶答，即主持人啟動“開始”鍵后，定時器自動減計時，并在顯示器上顯示當前時間。參賽選手只能在設定時間內(nèi)搶答。1. 秒脈沖發(fā)生器用555時基電路構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生頻率為10hz的脈沖，即輸出周期為0.1秒的方波，用74ls121產(chǎn)生脈沖。2. 譯碼顯示電路譯碼顯示電路是由74ls48譯碼器和共陰極七段數(shù)碼管led顯示器組成，通過計數(shù)器的輸出加到譯碼器的輸入，從而實現(xiàn)共陰極七段led顯示器遞減的計數(shù)功能。3.編碼電路 編碼電路由74ls148構(gòu)成，受選手按鈕及譯

8、碼電路輸出控制。4.鎖存電路 鎖存電路由四片74ls279構(gòu)成，由編碼器74ls148及主持人開關控制。5.報警電路報警電路由二極管組成，二極管燈亮即表示報警。當計數(shù)器遞減計數(shù)到零 ( 即定時時間到 ) 時 , 控制電路應發(fā)出報警信號 , 使計數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時報警電路工作。6.輔助時序控制電路 控制電路要完成以下功能：操作 “直接清零”開關時 , 要求計數(shù)器滅燈。閉合 “啟動” 開關時 , 計數(shù)器應完成置數(shù)功能 , 顯示器顯示 30 秒字樣 ; 斷開“啟動”開關時 , 計數(shù)器開始進行遞減計數(shù)。當 “暫停 / 連續(xù)”開關處于 “暫?！蔽恢脮r，顯示器上保持原數(shù)不變，“暫停 / 連續(xù)”

9、開關處于“連續(xù)”位置時 , 計數(shù)器繼續(xù)累計計數(shù)。當計數(shù)器遞減計數(shù)到零 ( 即定時時間到 ) 時 , 控制電路應發(fā)出報警信號 , 使計數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時報警電路工作。 3.2 工作原理：接通電源后，主持人將開關置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時顯示器顯示設定的時間；當主持人宣布搶答題目后，說一聲“搶答開始”，同時將控制開關撥到“開始”位置，揚聲器發(fā)出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時器倒計時；當定時時間到，卻沒有選手作答，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，搶答器要完成以下四項工作：1）優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的

10、編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號。2）揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意。3）控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次搶答。4）控制電路要使定時器停止工作，時間顯示器上顯示剩余的搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。第四章 單元電路設計、參數(shù)計算、器件選擇4.1搶答電路： 接通電源后，主持人按下開關，選手開始搶答，采用優(yōu)先編碼器74ls148編碼，74ls279鎖存編號，數(shù)碼管顯示選手編號。該電路搶答按鈕由多個開關構(gòu)成 ，每一選手與一開關對應（開關s0,s1,s7的代號分別是0，17，即搶答者的編號）。當某一開關按下時，觸發(fā)鎖存胡電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應

11、的輸出電平信息。同時為了防止隨后其他開關觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂，讓最先產(chǎn)生的輸出電平返回將觸發(fā)鎖存器的電路鎖定。工作過程：開關s置于清除端時，rs觸發(fā)器的 r、s端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74ls148的優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）0，使之處于工作狀態(tài)。當開關s置于開始時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下s5），74ls148的輸出經(jīng)rs鎖存后，ctr=1，rbo(圖中4端) =1，七段顯示電路74ls48處于工作狀態(tài)，4q3q2q=101，經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，ctr1，使74ls148 優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）1，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按

12、鍵松開即按下時，74ls148的 此時由于仍為ctr1，使優(yōu)先編碼工作標志端為1，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。如有再次搶答需由主持人將s開關重新置“清除”然后才可能進行。4.2 定時電路：由74ls192計數(shù)器數(shù)字預置端設置倒計時時間，當主持人開關按下后，計數(shù)器開始減法運算，74ls48譯碼器譯碼，數(shù)碼顯示管倒計時。計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。當有人搶答時，74ls192停止計數(shù)，數(shù)碼管顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。4.3報警電路：由55

13、5定時器和三極管構(gòu)成，555構(gòu)成多謝振蕩器，振蕩頻率： 其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。pr為控制信號，當pr高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。4.4時序邏輯電路第五章 實驗、調(diào)試及測試結(jié)果與分析在確定電路，領好元件后，先連接主體部分電路，按照所畫電路連接路，因領取的開關為撥動開關，領取的導線不夠，于是沒有用開關，直接用導線作為開關，當選手搶答時，只需接通選手跟地。主體部分電路連接好后，模擬搶答，與要求一致。然后再連接擴展電路，因領取的顯示管為七段共陽極顯示管，與電路所示的共陰極引腳不同，所以直接用了實驗板上的顯示器。設計報警電路時，揚聲器發(fā)不出聲音，而不接555時，直接接函數(shù)信號發(fā)生器

14、，用雙蹤示波器使兩端電壓、頻率一致時，揚聲器可以發(fā)聲，于是把555拆了。在接三極管時，用數(shù)字萬用表檢查三極管三端電壓時，發(fā)現(xiàn)與理論值不一致，于是沒用領取的三極管，直接用了電板上已有的。采用74ls121產(chǎn)生秒脈沖時，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的脈沖頻率不是1秒，調(diào)節(jié)電阻及電容大小，產(chǎn)生的脈沖仍不理想，于是直接用了電板上的秒脈沖。在整個電路中，接正5伏及接地端導線插得太高，導致電路不穩(wěn)定，檢測時要用手按住導線。在調(diào)試過程中主要用到了數(shù)字萬用表、示波器，函數(shù)信號發(fā)生器。連接完所有導線后，檢測電路無誤后，接通電源，實驗要求的各項功能均能做到。第六章 實驗總結(jié) 通過這次八路搶答器的設計，我不僅學會了如何做一個簡單的多路

15、智力搶答器，更加強了動手能力，也讓我對一些不太熟的器材更加了解，還讓我掌握了以往許多掌握的不太牢的知識，感覺學到了很多東西。理論跟實際操作是有差距的，在實驗中要圍繞理論知識，根據(jù)實際操作，不斷完善實驗。兩周的課程設計，留給我印象最深的是要設計一個成功的電路，必須要有耐性和堅持下去的毅力。在這次過程中，我深刻的體會到“兄弟同心，其力斷金”的重要性。團隊精神是相當重要的，在團隊合作中，要善于取他人之所長，不自己之所短。與搭檔的合作，讓我覺得實驗并不枯燥，在他身上也讓我學到了遇到問題要勇于思考，善于思考，努力發(fā)現(xiàn)問題并能及時解決它。實驗需要反復實踐，其過程很可能相當?shù)臒┈?，有時花很長時間檢查電路故障

16、，分析原因，那時心中就有點灰心，有時還特別想放棄，此時更需要靜下心來，更仔細的查找原因。 總之，這次實驗過程中我受益匪淺，在摸索我和我的搭檔實現(xiàn)了課題所要求的結(jié)果。培養(yǎng)了我的設計思維，增加了動手操作的能力。更讓我體會到實現(xiàn)電路功能喜悅。參考文獻1. 白中英. 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng). 北京. 科學出版社. 2008.2. 歐陽星明. 數(shù)字邏輯. 武漢. 華中科技大學出版社. 20043. nilsson， james william.introduction to pspice manual for electric circuits using orcad release 9.1. 科學出版社，2003.4. 任為民. 數(shù)字電子電路學習和實驗指導. 北京：廣播電視大學出版社. 19925.趙柯，彭嵩. 脈沖與數(shù)字電路實驗指導書. 南昌航空大學信息工程學院電子實驗中心. 2010.附錄一 芯片管腳功能圖 74ls00管腳圖ne555管腳圖74ls192 引腳圖74ls48管腳圖74ls148引腳