智能搶答器的電子線路設(shè)計(jì)畢業(yè)論文

1、 山西師范大學(xué)本科畢業(yè)論文 智能搶答器的電子線路設(shè)計(jì)姓 名 wang王淑霞院 系物理與信息工程學(xué)院專 業(yè)電子信息工程 班 級 1105班學(xué) 號1152030217指導(dǎo)教師崔艷答辯日期成 績 智能搶答器的電子線路設(shè)計(jì) 內(nèi)容摘要 當(dāng)今社會中，有許許多多的智力比賽，為了能夠更公平地進(jìn)行比賽，這時(shí)我們就需要一個(gè)能夠準(zhǔn)確地判斷出第一個(gè)搶答的選手的工具-搶答器。本篇論文主要介紹了一種八路帶數(shù)字顯示的智能搶答器。我的這個(gè)設(shè)計(jì)主要利用74ls系列集成電路芯片和555定時(shí)器，并通過劃分功能塊進(jìn)行各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，最后完成智能搶答器的設(shè)計(jì)。該搶答器具有編碼、譯碼、選手編號顯示、倒計(jì)時(shí)顯示以及報(bào)警功能。只有當(dāng)主持人按

2、下開始搶答的開關(guān)時(shí)，參加比賽的選手們才能進(jìn)行搶答。如果選手在主持人按下開始開關(guān)之前進(jìn)行搶答，則這次搶答無效。并且電路對第一個(gè)搶答的選手的編號進(jìn)行鎖存；如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒有選手進(jìn)行搶答，則電路發(fā)聲，本次搶答無效。關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)鎖存 編碼 譯碼 555定時(shí)器electronic circuit design of intelligent responderabstractin todays society, there are many intelligence competition,in order to be fair game,then we need to be able to accu

3、rately determine the first responder responders tools.smart responder this paper mainly introduces a kind of eight road with digital display.this design mainly uses 74ls series integrated circuit chip and 555 timer,and each part of the design by dividing the function block, finally completes the des

4、ign of intelligent responder.the responder has a coding and decoding, the player number display, countdown display and alarm function.only when the switch host press the start answer, the contestant who can answer, if a contestant in the host press the answer before the switch is started, the answer

5、 is invalid. and the first answer in the players number latch circuit,if within a specified time, no player answer, the circuit sound, the answer is invalid.【key words】data latching coding decoding 555 timer 目 錄引言（xx）一、緒論（xx）（一）搶答器的概述(xx)（二）設(shè)計(jì)任務(wù)(xx)二、搶答器總體設(shè)計(jì)（一）設(shè)計(jì)思路(xx)（二）設(shè)計(jì)內(nèi)容(xx)（三）總電路框圖三、系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和電路圖

6、（一）搶答器輸入電路的設(shè)計(jì)（二）編碼、譯碼和顯示電路（三）定時(shí)電路（四）提示音電路（五）總原理電路圖四、電路的仿真（一）protel軟件的介紹(xx)（二）仿真結(jié)果(xx)附錄（xx）參考文獻(xiàn)致謝 智能搶答器的電子線路設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名：王淑霞 指導(dǎo)老師：崔艷引言數(shù)字技術(shù)迅猛發(fā)展，已經(jīng)成為現(xiàn)今發(fā)展最快的學(xué)科技術(shù)之一，從二十世紀(jì)中后期開始，數(shù)字邏輯器件經(jīng)歷了小（ssi）、中（msi）、大（lsi）以及超大（vlsi）規(guī)模集成電路的發(fā)展。對應(yīng)的，數(shù)字邏輯電路也在持續(xù)地發(fā)展和演變，從以前的單一邏輯設(shè)計(jì)發(fā)展成為了三個(gè)部分，一是中、小規(guī)模集成器件（硬件邏輯設(shè)計(jì)）；二是軟件組裝的lsi和vsi（軟件邏輯設(shè)計(jì)，

7、如微處理器、單片機(jī)等）；三是二者優(yōu)點(diǎn)都具備的專用的集成電路（asic）設(shè)計(jì)。當(dāng)今社會好多領(lǐng)域已經(jīng)涉及數(shù)字電子技術(shù)，例如自動控制、計(jì)算機(jī)、電視、雷達(dá)、電子測量儀表、通信等各個(gè)領(lǐng)域。例如現(xiàn)代測量技術(shù)中的數(shù)字測量儀表，比傳統(tǒng)的模擬測量儀表功能高，精度高，數(shù)字測量儀表更容易實(shí)現(xiàn)測量的智能化和自動化。隨著科學(xué)集成技術(shù)的發(fā)展，社會的方方面面都會被數(shù)字技術(shù)的運(yùn)用更加普及，對人們的生活產(chǎn)生加倍深入的影響。搶答器的應(yīng)用范圍比較廣，主要運(yùn)用于各種常識、知識性的智力比賽當(dāng)中，參加比賽的選手進(jìn)行搶答，然后由第一個(gè)搶答成功的選手來回答問題。搶答器磨練的不僅是選手的常識程度同時(shí)也磨練選手的反應(yīng)速度和勇氣。搶答器使比賽能夠

8、更加得公平，讓人們都積極參與進(jìn)來。第一章 緒論（一）搶答器的概述智能搶答器這個(gè)工具是各類各樣的智力和常識競賽活動中必不可少的東西，很多地方、場合都會舉行各種智力競賽，例如學(xué)校、公司、部隊(duì)以及各種益智性的電視節(jié)目等都有可能用到搶答器。當(dāng)今社會隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和創(chuàng)新，搶答器的制作也更加的精準(zhǔn)和精巧，人們擺脫了花費(fèi)很多元件來僅實(shí)現(xiàn)用指示燈和一些電路來實(shí)現(xiàn)簡單的搶答功能，使第一個(gè)搶答的參賽者的編號能經(jīng)由數(shù)碼管顯示出來，從而避免不公平的現(xiàn)象發(fā)生。然而這類電路不易于擴(kuò)展，并且當(dāng)有更高的請求時(shí)就沒法實(shí)現(xiàn)。隨著數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字搶答器產(chǎn)生了，它容易擴(kuò)展，可靠性高，集成度高，而且費(fèi)用低，功能更加多樣

9、，是一種高效能的產(chǎn)品。我的這次設(shè)計(jì)主要利用74ls系列集成電路芯片和555芯片，并通過劃分功能塊進(jìn)行各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，最后完成智能搶答器的設(shè)計(jì)。（二）設(shè)計(jì)任務(wù) （1）該搶答器可以讓八個(gè)小組或八名選手參加競賽，有八個(gè)按鍵按鈕s1s8。 （2）設(shè)定一個(gè)開關(guān)，這個(gè)開關(guān)有控制開始搶答和清零的作用，由主持人控制這個(gè)開關(guān)。 （3）這個(gè)搶答器要有鎖定存儲和顯示搶答時(shí)間、選手編號的功能。也就是說搶答器把第一個(gè)搶答成功的選手的編號進(jìn)行鎖定存儲，并且一直保存到主持人把系統(tǒng)清零。 （4）搶答器有設(shè)置搶答時(shí)間的功能，并且能夠讓主持人設(shè)置搶答問題的時(shí)間（如30s）。當(dāng)主持人按下“開始搶答”按鈕之后，定時(shí)器進(jìn)行倒計(jì)時(shí)的功能

10、（即減計(jì)時(shí)）。 （5）在規(guī)定的時(shí)間之內(nèi)參賽選手們進(jìn)行搶答，當(dāng)有選手搶答成功時(shí)，搶答有效，并且系統(tǒng)發(fā)出聲音，定時(shí)器停止倒計(jì)時(shí)工作，數(shù)碼顯示器上顯示出選手搶答問題成功的時(shí)間和搶答選手所對應(yīng)的編號，一直保存到主持人將系統(tǒng)清零為止。 （6）若是設(shè)定的時(shí)間到了，但仍然沒有人搶答時(shí)，則這次搶答無效，系統(tǒng)發(fā)出聲音并且禁止參賽選手們進(jìn)行搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。第二章 搶答器總體設(shè)計(jì)（一） 設(shè)計(jì)思路本篇論文的重要目的是準(zhǔn)確地判斷出來第一個(gè)搶答選手的編號并且將其編號進(jìn)行鎖存。實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能可以選擇鎖存器或者觸發(fā)器等，在這里我選取的是數(shù)據(jù)鎖存器74ls373。在得到第一個(gè)信號之后應(yīng)該立即將電路輸入鎖存，不管其他組

11、的搶答是否有效。同時(shí)還應(yīng)該特別得注意，在主持人發(fā)出開始命令之后第一個(gè)搶答的選手搶答才有效。當(dāng)有了第一輪的搶答之后，搶答信號用編碼、譯碼和顯示電路顯示出搶答者的編號，定時(shí)電路中的數(shù)碼顯示管顯示選手的搶答時(shí)間。在主持人沒有按下?lián)尨痖_始按鍵之前，參賽選手們的搶答開關(guān)按鍵無效，只有當(dāng)主持人按下開始搶答按鍵之后開始進(jìn)行幾十秒倒計(jì)時(shí)之后的搶答才有效。當(dāng)有有人搶答之后又有別的人搶答，則無效；當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到但仍然無人搶答時(shí)，報(bào)警發(fā)聲電路發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。（二）設(shè)計(jì)內(nèi)容首先我采用數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)這個(gè)搶答器的功能。然后把整個(gè)系統(tǒng)劃分為四個(gè)部分，分別為：搶答器輸入電路、編碼、譯碼、顯示電路、倒計(jì)時(shí)電

12、路、報(bào)警發(fā)聲電路。搶答輸入電路我主要采用數(shù)據(jù)鎖存芯片74ls373,來實(shí)現(xiàn)所存的功能，對選手的編號進(jìn)行鎖定存儲。編碼、譯碼、顯示電路我選用8線-3線八進(jìn)制優(yōu)先編碼器74ls148、4位二進(jìn)制全加器74ls83、4線-七段譯碼/驅(qū)動芯片74ls47和七段共陽極數(shù)碼管。可預(yù)置時(shí)間的倒計(jì)時(shí)電路主要選用555定時(shí)器、2個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)芯片、2個(gè)譯碼芯片74ls48和兩個(gè)共陰極數(shù)碼管。報(bào)警發(fā)生電路主要選用了555定時(shí)器來實(shí)現(xiàn)該電路的功能。（三） 總電路框圖 鎖存器譯碼顯示譯碼電路優(yōu)先編碼 電路 搶答 按鈕報(bào)警電路主持人控制 開關(guān)控制電 路主體電路 擴(kuò)展電路 顯示 電路 譯碼 電路 定時(shí)電路秒脈沖信號發(fā)生電路

13、第三章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和電路圖（一） 搶答器輸入電路的設(shè)計(jì)搶答器輸入電路包括開關(guān)s1s8，數(shù)據(jù)鎖存芯片74ls373、8輸入“與非”門芯片74ls30、“或”門芯片74ls32和“非”門芯片74ls04。74ls373內(nèi)含帶三態(tài)輸出的d鎖存器，每個(gè)鎖存器有一個(gè)數(shù)據(jù)輸入端d和數(shù)據(jù)輸出端q；鎖存器允許控制le和輸出允許控制oe為8個(gè)鎖存器公用。當(dāng)le是高電平的時(shí)候，q端將隨d的變化而變化；當(dāng)le是低電平的時(shí)候，q鎖存d的輸入電平。電路的工作過程是：主持人開關(guān)為s，它接高電位的時(shí)候清零，經(jīng)過“或”門74ls32使74ls373的le為高電平，74ls373輸出不鎖定；開關(guān)s1s8鍵沒有按下時(shí)，74ls

14、373的輸入全部為高電平，74ls373相應(yīng)的輸出端也為高電平，這時(shí)8輸入“與非”門74ls30的輸出為低電平，經(jīng)過非門74ls04后變?yōu)楦唠娖?，然后?4ls32。當(dāng)主持人宣布搶答開始時(shí)，同時(shí)將開關(guān)s9接地（開始）。由于“或”門74ls32的一個(gè)輸入端仍是高電平，所以74ls373的le還保持高電平，選手可以按搶答開關(guān)；當(dāng)八個(gè)選手中的一個(gè)人搶先按下開關(guān)si時(shí)，對應(yīng)的di端為低電平，qi端也為低電平，74ls30的輸出為高電平，經(jīng)過“非”門74ls04，使得74ls32的輸出為低電平，控制端le為低電平，74ls373執(zhí)行鎖存功能；此時(shí)如果再有按鍵按下，鎖存器的輸出也不會發(fā)生變化，保證了不會出

15、現(xiàn)第二次按鍵時(shí)的輸入信號，確保了搶答者的優(yōu)先性。如有下一輪的搶答，主持人需要將s9開關(guān)接高電位，進(jìn)行清零，開始搶答時(shí)，再將開關(guān)s9接地，選手可以進(jìn)行下一輪的搶答。此外，74ls30的輸出端還得接74ls47的數(shù)碼熄滅控制端。當(dāng)選手沒有按鍵時(shí)，即開關(guān)都沒有按下，這時(shí)74ls30的輸出為低電平，數(shù)碼管沒有顯示。 圖a 搶答器輸入電路的電路圖（二） 編碼、譯碼與顯示電路編碼、譯碼和顯示電路包括74ls30八線三線八進(jìn)制優(yōu)先編碼器芯片、74ls30位二進(jìn)制全加器74ls30、線七段譯碼/驅(qū)動器芯片74ls30和七段共陽極數(shù)碼管。編碼、譯碼和顯示電路如下圖b所示。當(dāng)有選手按下按鍵時(shí)，鎖存器輸出的低電平首

16、先送入優(yōu)先編碼器芯片74ls148進(jìn)行編碼，然后經(jīng)過全加器74ls83，再經(jīng)過4線七段譯碼/驅(qū)動芯片74ls47，最后送入共陽極七段數(shù)碼管顯示。因?yàn)檫x手的編號是18，數(shù)碼管顯示的數(shù)字是07，為了解決這一問題，使得按鍵號碼與顯示的數(shù)字一致，在編碼器與譯碼器之間加一個(gè)四位全加器74ls83.由下圖可知b1b4、a4接地，c0接vcc,所以a1a3實(shí)現(xiàn)加1功能。沒有選手按鍵時(shí)，74ls30的輸出為低電平，使得74ls47的數(shù)碼熄滅控制端bi為低電平，所以數(shù)碼管沒有顯示；當(dāng)有選手按下按鍵時(shí)，74ls30的輸出變?yōu)楦唠娖?，?shù)碼管顯示相對應(yīng)的選手的編號。此外，74ls30的輸出信號還可以控制發(fā)聲電路，使主

17、持人注意。 七段顯示譯碼器 搶答器編碼電路 開關(guān)控制電路 圖a 編碼、譯碼與顯示電路框圖 圖b 編碼、譯碼與顯示電路圖（三）定時(shí)電路有的搶答環(huán)節(jié)中是要限定時(shí)間的，在主持人說開始搶答時(shí)，如果在限定的時(shí)間內(nèi)沒有選手回答問題時(shí)，則需要自動停止本次搶答，而且主持人可以根據(jù)問題的難易程度來設(shè)置時(shí)間，可預(yù)置時(shí)間的倒計(jì)時(shí)電路如下圖b所示?？深A(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路由ne555定時(shí)器、2個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片74ls192、2個(gè)譯碼芯片74ls48和2個(gè)七段數(shù)碼管等組成。設(shè)定一次搶答的時(shí)間為十幾到幾十秒，因此采用兩個(gè)數(shù)碼管來顯示時(shí)間；電路的倒計(jì)時(shí)功能是利用十進(jìn)制計(jì)數(shù)芯片74ls192設(shè)置為減1計(jì)數(shù)形式；利用ne555定

18、時(shí)器產(chǎn)生秒脈沖信號，并且通過“與”門給十進(jìn)制計(jì)數(shù)芯片74ls192提供脈沖信號。讓ne555定時(shí)芯片產(chǎn)生的秒脈沖信號通過“與”門，為的是讓“時(shí)間到信號”或“開始信號”控制計(jì)數(shù)脈沖的通斷。此電路的工作過程：主持人首先設(shè)定倒計(jì)時(shí)時(shí)間，開關(guān)s接地，主持人宣布搶答開始，將值裝入74ls192的置數(shù)端；倒計(jì)時(shí)時(shí)間沒有到0時(shí)，74ls192的13腳輸出為高電平，它和“開始信號”共同作用打開“與”門，使ne555產(chǎn)生的秒脈沖信號通過。可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路和搶答電路相連接時(shí)，要考慮“開始信號”、“時(shí)間到信號”和任意一個(gè)選手按鍵后也需要對秒脈沖信號進(jìn)行控制。 七段顯示譯碼器 數(shù)據(jù)預(yù)置電路 數(shù)據(jù)預(yù)置電路 555定

19、時(shí)器 圖a 倒計(jì)時(shí)框圖 圖b 倒計(jì)時(shí)電路（四） 提示音電路由ne555定時(shí)器構(gòu)成的提示音電路如下圖b所示。ne555構(gòu)成多諧振蕩電器，振蕩頻率為f=1.43/(r1+2r2)c1,輸出信號直接接蜂鳴器。當(dāng)控制信號pr是高電 揚(yáng)聲電路平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停止振蕩?！坝邪存I信號”和“時(shí)間到信號”進(jìn)行組合來控制pr。 555定時(shí)器 圖a提示音電路框圖 圖b提示音電路圖（五） 總原理電路圖第4章 電路的仿真（1） protel軟件的介紹 protel軟件是eda軟件，是altium公司設(shè)計(jì)開發(fā)出來的，是設(shè)計(jì)電路與畫電路圖的首先要考慮選擇的軟件，差不多所有的致力于電子的公司或者是從事電子設(shè)計(jì)

20、的工作人員都需要用到這個(gè)軟件。protel軟件的功能有很多，可以繪制電路圖、將繪制好的電路進(jìn)行仿真以及印刷電路板（pcb線路板）等等。（二）仿真結(jié)果 把各個(gè)單元的模塊在protel仿真軟件中連接好之后，點(diǎn)擊一下仿真的按鍵開關(guān)，此時(shí)的搶答器就處于工作狀態(tài)。假如任意一個(gè)的參賽選手按下了搶答開關(guān)，數(shù)碼顯示器上將會顯示該選手搶答的時(shí)間和對應(yīng)的選手的編號，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，表示搶答成功；當(dāng)搶答開始后一直到設(shè)定的時(shí)間都沒有選手搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲音，并停止倒計(jì)時(shí)，計(jì)時(shí)電路中的數(shù)碼管顯示00；當(dāng)一輪的搶答結(jié)束之后，主持人按下清零開關(guān)，將開關(guān)接高電平，編碼、譯碼、顯示電路和倒計(jì)時(shí)電路中的數(shù)碼顯示器都不顯示數(shù)字，而且提示音電路也停止了工作，此時(shí)的搶答電路正處于工作的狀態(tài)，等待著進(jìn)行下一輪的搶答，參賽選手們這時(shí)就可以進(jìn)行搶答。在用protel軟件仿真的過程中，該電路的功能比較穩(wěn)定，顯示也比較清楚，而且沒有出現(xiàn)數(shù)碼管不顯示和亂碼的現(xiàn)象，而且能夠聽到清晰的提示音。因?yàn)閜rotel軟件中的選擇元件的規(guī)模廣，并且修改參數(shù)比較方便，不會因?yàn)樵囊?guī)格或者元件的參數(shù)不對而像實(shí)際操作中那樣進(jìn)行屢次的撤除和替換元件，更甚者使元件或者電路板遭到嚴(yán)重的損壞。所以，電路的仿真很大的方便了調(diào)試的工作，并且在很大程度上節(jié)約了時(shí)間，為以后的電路的設(shè)計(jì)、電路板的開發(fā)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。參考文獻(xiàn) 1 康華光.數(shù)