六人數(shù)字式競賽搶答器

1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課 程 設(shè) 計課題名稱： 六人數(shù)字式競賽搶答器姓 名：丁鑫燁 王義勝 蘇世杰學(xué) 號： 班 級： 2009級 11 班指導(dǎo)教師： 申利平重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院2011年6月目錄一.概述11.內(nèi)容摘要12.設(shè)計內(nèi)容及要求23.總體方案系統(tǒng)框圖2二. 單元電路設(shè)計及其工作原理32.時鐘電路43.計時電路54.提示報警電路75.小組提示燈電路76.計分電路8三.完整電路圖(見附頁)8四.個人總結(jié)9原件清單9參考文獻(xiàn)9電子技術(shù)課程設(shè)計報告六人數(shù)字式競賽搶答器一.概述1.內(nèi)容摘要智力競賽是一種生動活潑的教育方式，而搶答就是智力競賽中非常常見的一種答題方式。搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并

2、且能在極短的時間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學(xué)知識和生活常識。但是，在這類比賽中，對于誰先誰后搶答，在何時搶答，如何計算答題時間等等問題，若是僅憑主持人的主觀判斷，就很容易出現(xiàn)誤判。所以，我們就需要一種具備自動鎖存，置位，清零等功能智能搶答器來解決這些問題。在本次課程設(shè)計中，將主要設(shè)計一個供六人使用的定時搶答器。他要實(shí)現(xiàn)以下主要功能：（1）為6位參賽選手各提供一個搶答按鈕，分別編號S0、S1、S2、S3、S4、S5；（2）主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開始，選手成績加分與減分。（3）搶答器要有數(shù)據(jù)鎖存與顯示的功能。搶答開始后，若有任何一名選手按動搶答按鈕，則要顯示其編號至系統(tǒng)被主持人清零，搶答成功

3、后揚(yáng)聲器發(fā)出嘀嘟聲提示，同時其他人再按對應(yīng)按鈕無效；（4）搶答器要有定時功能，一次搶答時間為30秒。當(dāng)主持人啟動“開始”鍵后，定時器自動計時，當(dāng)計時30秒搶答時間到后停止，同時揚(yáng)聲器上發(fā)出短暫低頻聲響；（5）參賽選手只有在設(shè)定時間內(nèi)搶答方為有效搶答。若搶答有效，則定時器停止工作，同時答題計時器開始工作 （6）若在搶答時間內(nèi)無選手進(jìn)行搶答（按對應(yīng)按鈕），則系統(tǒng)短暫報警，并且禁止選手超時搶答。（7）若搶答后選手答題的時間超過2分鐘，則系統(tǒng)發(fā)出嘀嘟聲提示答題結(jié)束。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動計時與報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過搶答

4、隊(duì)伍編號鎖存電路和數(shù)據(jù)分配電路實(shí)現(xiàn)對每組計分電路的控制，有主持人開關(guān)控制加減計分，以上構(gòu)成拓展電路。利用本次設(shè)計出的電路制造成的定時搶答器，即可輕松實(shí)現(xiàn)在6人或6個代表隊(duì)之間進(jìn)行的搶答比賽中進(jìn)行控制，使得這一活動更加趣味、公平。2.設(shè)計內(nèi)容及要求在許多比賽活動中，為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設(shè)置一臺搶答器，通過數(shù)顯、燈光及音響等多種手段指示出第一搶答者。同時還可以設(shè)置記分、犯規(guī)及獎勵記錄等多種功能。該設(shè)計就是針對上述各種要求設(shè)計出的供6名選手參賽使用的數(shù)字式競賽搶答器。 本題要求是：（1）設(shè)計制作一個可容納六組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)計一個搶答按鈕供搶答者使用。（2）電路具有

5、第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復(fù)位并發(fā)出搶答指令后，若參賽者按搶答開關(guān)，則該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的組別，同時揚(yáng)聲器發(fā)出“嘀嘟”的雙音音響持續(xù)23秒。此時，電路應(yīng)具備自鎖功能，使別組的搶答開關(guān)不起作用。（3）設(shè)置記分電路。每組在開始時預(yù)置成100分，搶答后由主持人記分，答對一次加10分，否則減10分。（4）設(shè)置定時電路。30秒時仍無人搶答，則報警電路工作表示搶答時間耗盡并禁止搶答。（5）設(shè)置犯規(guī)電路。對提前搶答和超時搶答的組別鳴喇叭示警，并由組別電路顯示出犯規(guī)組別。3.總體方案系統(tǒng)框圖組別顯示(數(shù)碼管管)組別顯示(LED)窄脈沖形成穩(wěn)壓電源數(shù)字式智力競賽搶答器原理

6、框圖計時器器犯規(guī)電路提示報警電路預(yù)置記分電路加分(主持人)減分(主持人)組別鎖定第一信號鑒別搶答開關(guān)時鐘電路清零開始主持人搶答器工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到”清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器置零；主持人將開關(guān)置撥至開始”狀態(tài)，宣布”開始”，搶答器工作。搶答定時器30秒倒計時，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚(yáng)聲器提示等功能。如果再次搶答必須由主持人再次操作”清除”和”開始”狀態(tài)開關(guān)。二. 單元電路設(shè)計及其工作原理1.搶答電路提前搶答鎖存正常搶答鎖存該電路完成兩個主要功能：一是在主持人按下開始開關(guān)后，分辨出選

7、手按鍵的先后，并有正常搶答鎖存電路鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示該編號并禁止其他選手搶答，使其按鍵操作無效；二是在主持人未按下開關(guān)時，若有人提前搶答則由提前搶答電路鎖存提前搶答這的編號，同時譯碼顯示器顯示該編號，并輸出提前搶答信號驅(qū)動報警電路報警。工作過程：開關(guān)S置于”清零”端時，輸出清零信號(低電平，是電路中所有計數(shù)器的清零信號)，正常搶答鎖存RS觸發(fā)器的 端均為0，其4個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的ST=0，使之處于工作狀態(tài)，此時提前搶答鎖存RS觸發(fā)器端均為1，若此時有人按下?lián)尨鸢粹o，其組別編號將被提前鎖存電路鎖存同時由數(shù)碼管顯示，并輸出提前搶答信號(高電平)。當(dāng)開關(guān)S置

8、于”開始”時(提前搶答鎖存RS觸發(fā)器的端均為0,被清零)，輸出搶答開始信號(高電平)，提示搶答開始的發(fā)光二級管發(fā)光，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鈕按下時（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后輸出101給74LS48，經(jīng)譯碼數(shù)碼管顯示為”5”。此外，YEX=0，經(jīng)過鎖存后輸入1至74LS148的ST，使74LS148處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，74LS148的YEX=1 ,此時由于ST輸入的仍為鎖存后的信號為，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(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(guān)重新置于“清除”端，然后

9、再進(jìn)行下一輪搶答。2.時鐘電路時鐘電路為555構(gòu)成的周期為1s的多諧振蕩器，為整個計時電路提供時鐘信號3.計時電路(1）搶答計時及揚(yáng)聲器計時電路1搶答計時時揚(yáng)聲器計時1搶答計時電路為兩片74LS160組成的同步計數(shù)器，輸入脈沖為時鐘信號，有開始信號A啟動，當(dāng)計數(shù)滿30(即30秒)或者有正常搶答信號B時停止。計數(shù)滿30時U56的QA=QB=1，ENT=QAQB=0(QAQB=1為無人搶答信號)，計數(shù)器停止計數(shù)。有正常搶答型號 ENP=AB=0，停止計數(shù)。當(dāng)有正常搶答信號，或前搶答信號，或無人搶答信號輸入時揚(yáng)聲器計時電路開始工作，計數(shù)滿3時(即3秒)停止，停止原理同搶答計時器計數(shù)滿30時停止類似，

10、在計數(shù)期間輸出揚(yáng)聲器控制信號(高電平)，計數(shù)結(jié)束后控制信號為低電平，以此來控制揚(yáng)聲器的發(fā)聲時間。(2)答題計時器及揚(yáng)聲器計時電路2答題計時器揚(yáng)聲器計時2答題計時器由3片74LS160計數(shù)器組成，有正常答題信號啟動，計滿120(即120秒)停止，并且輸出答題時間到信號(高電平)停止原理同搶答計時器。由于連接了數(shù)碼管與譯碼器，答題者回答所用去的時間可以實(shí)時顯示。、揚(yáng)聲器計時電路2有答題時間到信號啟動，其工作原理同揚(yáng)聲器計時電路14.提示報警電路揚(yáng)聲器計時信號2揚(yáng)聲器計時信號1時鐘電路答題超時信號高頻振蕩器低頻振蕩器報警電路由正常信號，或提前搶答信號，或無人搶答信號，或答題超時信號啟動。當(dāng)輸入為正常

11、搶答信號或答題超時信號時，在一個時鐘脈沖周期內(nèi)，時鐘信號為低電平時低頻振蕩器工作高頻振蕩器不工作，時鐘信號為高電平時則相反，因此揚(yáng)聲器發(fā)出嘀嘟的提示聲音。當(dāng)輸入為無人搶答信號時，只有低頻振蕩器工作，揚(yáng)聲器發(fā)出低頻報警音。當(dāng)輸入為提前搶答信號時，只有高頻振蕩器工作，揚(yáng)聲器發(fā)出高頻報警音。由于揚(yáng)聲器計時電路的控制，揚(yáng)聲器的提示及報警時間均只有3秒。5.小組提示燈電路計分組別輸入正常搶答信號小組提示燈電路由74LS138數(shù)據(jù)分配器組成與發(fā)光二極管組成，當(dāng)有人正常搶答時，組別編碼信號與正常搶答高電平信號輸入74LS138數(shù)據(jù)分配器，74LS138根據(jù)組別編碼將正常搶答的高電平信號取非后輸出到正確的支路

12、上，使相應(yīng)組別前的搶答提示二極管發(fā)光。6.計分電路計分電路能實(shí)現(xiàn)對當(dāng)前搶答小組加分、減分、預(yù)置100分功能。六個計分小組的十位、百位（個位始終顯示零）分別用計數(shù)器74Ls192、顯示譯碼器74ls48、七段數(shù)碼管構(gòu)成。預(yù)置數(shù)都為100，計數(shù)器用異步連接。主持人的置數(shù)開關(guān)同時控制六個計數(shù)器74ls192的置數(shù)端。加分開關(guān)通過數(shù)據(jù)分配器74ls138選擇控制某一個組，其地址變量為當(dāng)前搶答小組的組號輸入（來自搶答信號），74138輸出端Q1-Q6分別連接十位的計數(shù)器的加法計數(shù)端up。每按動一次加法開關(guān)產(chǎn)生一個上升沿，計數(shù)器十位加1。同理，扣分開關(guān)的數(shù)據(jù)分配器Q1-Q6連接至74ls192的down端

13、，實(shí)現(xiàn)減法計數(shù)顯示。三.完整電路圖(見附頁)四.個人總結(jié)本次電子實(shí)驗(yàn)設(shè)計是對數(shù)字電子技術(shù)課程的實(shí)踐。通過這次電子設(shè)計，加深了對課程概念的理解，鍛煉了自己的動手能力。我在本組主要負(fù)責(zé)計分電路和提示亮燈電路。在做電子設(shè)計的最開始階段，本小組完全處于迷茫的狀態(tài)。本實(shí)驗(yàn)需要實(shí)現(xiàn)的功能較多，需要用到的電路知識也比較全面。但是通過在網(wǎng)上搜索近似功能電路、查看老師給的部分電路參考以及盡心設(shè)計，基本完成了實(shí)驗(yàn)要求的基本內(nèi)容，并盡可能做到用盡量少的元件完成更完美功能。在設(shè)計電路過程中，遇到了大量概念理解不熟悉的情況，特別是555計時器的相關(guān)知識。通過翻看課本、網(wǎng)絡(luò)查詢等方式加深對很多知識的理解。雖然遇到了很多復(fù)雜難以解決的問題，但是通過努力解決后會獲得極大的成就感，有次也產(chǎn)生了對本門課程更多得興趣。通過設(shè)計也認(rèn)識了74ls192等課程學(xué)習(xí)中沒有認(rèn)識到的功能元件，認(rèn)識到了自己用一些簡單的元件的組合原來是可以完成很多功能的。同時，通過這次實(shí)踐認(rèn)識到了自己的不足。有些相當(dāng)然的設(shè)計看似正確，但是仿真卻無法通過。真正的電子設(shè)計是需要掌握每一個細(xì)節(jié)的，而并非像考試那樣做對一部分就能得一部分的分。所以，學(xué)習(xí)需要盡心，不能得過且過。最后，由于我們的知識水平有限，雖盡心設(shè)計，但依然會有一些不如意的地方，希望老師見諒并斧正。原件清單共陰極數(shù)碼管2274LS48N2274LS279N274LS14