基于邏輯數(shù)字電路的搶答器設(shè)計(jì)本科畢業(yè)論文

1、基于邏輯數(shù)字電路的搶答器設(shè)計(jì)摘 要隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，促使人們學(xué)科學(xué)、學(xué)技術(shù)、學(xué)知識(shí)的手段多種多樣。搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。但搶答器的使用頻率較低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低，減少興致。做為一個(gè)單位若專購一臺(tái)搶答器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長(zhǎng)期存放使（電子器件的）搶答器損壞，再購置的麻煩和及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開展,因此設(shè)計(jì)了本搶答器。數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信

2、號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。關(guān)鍵字：搶答電路 定時(shí)電路 報(bào)警電路 時(shí)序控制目錄摘要1緒論.課題研究的相關(guān)背景.選題的目的和意義1.課題研究的內(nèi)容1.國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀2.搶答器目前存在的主要問題3搶答器的系統(tǒng)概述4.搶答器的系統(tǒng)功能簡(jiǎn)介4.搶答器的工作原理簡(jiǎn)介4.搶答器系統(tǒng)的需求分析5.4搶答器的工作流程5.5搶答器的工作過程73搶答器的電路設(shè)計(jì)73.1搶答器的總體結(jié)構(gòu)73.2優(yōu)先判斷與編號(hào)鎖存電路84搶答器的單元電路設(shè)計(jì)104.1搶答器設(shè)計(jì)中的優(yōu)先編碼電路104.2搶答器設(shè)計(jì)中的定時(shí)時(shí)電路124.3搶答器設(shè)計(jì)中的報(bào)警電路134.4搶答器設(shè)計(jì)中的時(shí)序控制電路144.5七段顯示譯碼器

3、與數(shù)碼管154.6搶答器的優(yōu)點(diǎn)及組成174.7本章小結(jié)175總結(jié)與展望18謝辭20參考文獻(xiàn)211 緒 論. 課題研究的相關(guān)背景當(dāng)今的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，選拔人才，評(píng)選優(yōu)勝，知識(shí)競(jìng)賽之類的活動(dòng)愈加頻繁，而在競(jìng)賽中往往分為幾組參加，這時(shí)針對(duì)主持人提出的問題，如果要是讓搶答者用舉手等方法，這在某種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比賽的不公平性。比賽中為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，這就要有一種搶答設(shè)備作為裁判員，這就必然離不開搶答器。搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在各種競(jìng)賽、搶答場(chǎng)合中，它能迅速、客觀地分辨出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個(gè)三極管、可控硅、發(fā)光管等組成，能通過發(fā)光管

4、的指示辯認(rèn)出選手號(hào)碼。現(xiàn)在大多數(shù)搶答器均使用單片機(jī)或數(shù)字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號(hào)碼顯示、搶按前或搶按后的計(jì)時(shí)、選手得分顯示等功能。隨著科技的發(fā)展，現(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向發(fā)展，這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識(shí)競(jìng)賽越來越多，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型搶答器必將大有市場(chǎng)。因此，我選擇簡(jiǎn)易邏輯數(shù)字搶答器這一課題。簡(jiǎn)易邏輯數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。1

5、.2 選題的目的和意義通過這次課程設(shè)計(jì),了解簡(jiǎn)單多功能數(shù)字電路搶答器的組成原理，初步掌握數(shù)字電路搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法，提高思考能力和實(shí)踐能力。同時(shí)通過本課題設(shè)計(jì)，鞏固已學(xué)的理論知識(shí)，建立邏輯數(shù)字電路的理論和實(shí)踐的結(jié)合，了解多功能搶答器各單元電路之間的關(guān)系及相互影響，從而能正確設(shè)計(jì)、計(jì)算定時(shí)計(jì)數(shù)的各個(gè)單元電路。初步掌握多功能搶答器的調(diào)整及測(cè)試方法。本論文通過參考大量文獻(xiàn)對(duì)搶答器的工作原理做了系統(tǒng)介紹，通過詳細(xì)的調(diào)查和權(quán)威技術(shù)資料及相關(guān)情報(bào)的收集，為學(xué)校等單位舉行的簡(jiǎn)單的搶答活動(dòng)提供了簡(jiǎn)單設(shè)計(jì)思路，對(duì)于企業(yè)了解搶答器產(chǎn)品生產(chǎn)技術(shù)及其發(fā)展?fàn)顩r十分有益。1.3 課題研究的內(nèi)容本系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)智能

6、搶答器，在搶答比賽中廣泛應(yīng)用，各組分別有一個(gè)搶答按鈕。主持人有開始和結(jié)束、復(fù)位鍵。在后臺(tái)主持人可以修改，搶答時(shí)間和選手回答問題的時(shí)間設(shè)置，如原始狀態(tài)下?lián)尨饡r(shí)間為15s，回答問題時(shí)間為30s。通過加鍵和減鍵修改上述時(shí)間，改完后結(jié)束鍵確定。新時(shí)間開始有效，主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有效，數(shù)碼顯示屏顯示搶答時(shí)間倒計(jì)時(shí)和選手號(hào)，在最后五秒揚(yáng)聲器發(fā)生提示。如果主持人沒有按下開始鍵而選手就搶答視為犯規(guī)，數(shù)碼顯示屏顯示犯規(guī)者的代號(hào)，揚(yáng)聲器持續(xù)發(fā)生。主持人可按鍵結(jié)束，新一輪搶答開始。通過研究并在設(shè)計(jì)后發(fā)現(xiàn)，采用數(shù)字電路技術(shù)設(shè)計(jì)的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，電路連接簡(jiǎn)單，因?yàn)榇蠖鄶?shù)功能單元都能通過

7、數(shù)字電路完成，第二，工作性能可靠，抗千擾能力優(yōu)于目前搶答器。所以本研究是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)，具有創(chuàng)新性。本論文章節(jié)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容如下:第一章：緒論。簡(jiǎn)要介紹了搶答器的發(fā)展現(xiàn)狀;說明了本課題研究的內(nèi)容.第二章：搶答器系統(tǒng)概述。說明了搶答器的工作過程和主要功能，并定下了本課題要達(dá)到的設(shè)計(jì)目標(biāo)。第三章：搶答器的電路的設(shè)計(jì)。簡(jiǎn)單概述了本課題的總體結(jié)構(gòu)。第四章：搶答器的單元電路設(shè)計(jì)。詳細(xì)描述了本課題各單元電路的設(shè)計(jì)。結(jié)論：總結(jié)課題設(shè)計(jì)，指出設(shè)計(jì)中的一些問題，提出改善的意見，并展望搶答器的未來設(shè)計(jì)。后其號(hào)碼只有數(shù)碼或指示燈顯示，沒有語音提示。本課題就是為了解決以上3個(gè)問題，設(shè)計(jì)了八路搶答器。1.4 國(guó)內(nèi)外研

8、究現(xiàn)狀隨著我國(guó)搶答器市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)。技術(shù)工藝，是衡量一個(gè)企業(yè)是否具有先進(jìn)性，是否具備市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，是否能不斷領(lǐng)先于競(jìng)爭(zhēng)者的重要指標(biāo)依據(jù)。了解國(guó)內(nèi)外搶答器生產(chǎn)核心技術(shù)的研發(fā)動(dòng)向、工藝設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用及趨勢(shì)對(duì)于企業(yè)提升產(chǎn)品技術(shù)規(guī)格，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力十分關(guān)鍵。目前市場(chǎng)上搶答器種類繁多，功能各異，價(jià)格差異也很大。那么選擇一款真正適合的搶答器就非常重要。搶答器一般分為電子搶答器和電腦搶答器。電子搶答器的中心構(gòu)造一般都是由搶答器由數(shù)字電子集成電路組成，其搭配的配件不同又分為，非語音非記分搶答器和語音記分搶答器。非語音記分搶答器構(gòu)造很簡(jiǎn)單，就是一個(gè)搶答器

9、的主機(jī)和一個(gè)搶答按鈕組成，在搶答過程中選手是沒有記分的顯示屏。語音記分搶答器是由一個(gè)搶答器的主機(jī)、主機(jī)的顯示屏以及選手的記分顯示屏等構(gòu)成，具有記分等功能。電子搶答器多適用于學(xué)校和企事業(yè)單位舉行的簡(jiǎn)單的搶答活動(dòng)。電腦搶答器又分為無線電腦搶答器和有線電腦搶答器。無線電腦搶答器的構(gòu)成是由：主機(jī)和搶答器專用的軟件和無線按鈕。無線電腦搶答器利用電腦和投影儀，可以把搶答氣氛活躍起來，一般多使用于電臺(tái)等大型的活動(dòng)。有線電腦搶答器也是由主機(jī)和電腦配合起來，電腦再和投影儀配合起來，利用專門研發(fā)的配套的搶答器軟件，可以十分完美的表現(xiàn)搶答的氣氛。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(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合，但目前所

10、使用的搶答器有的電路較復(fù)雜不便于制作,可靠性低，實(shí)現(xiàn)起來很困難；有的則用一些專用的集成塊 ,而專用集成塊的購買又很困難。而我所設(shè)計(jì)的多功能搶答器簡(jiǎn)易邏輯數(shù)字搶答器具有電路簡(jiǎn)單，元件普通 ,易于購買等優(yōu)點(diǎn),很好地解決了制作者制作困難和難于購買的問題。在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)開始了普遍的應(yīng)用。1.5 搶答器目前存在的主要問題隨著改革開放事業(yè)的不斷深入，促使人們學(xué)科學(xué)、學(xué)技術(shù)、學(xué)知識(shí)的手段多種多樣，搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合。但搶答器的使用頻率校低，且有的要么制作復(fù)雜，要么可靠性低，減少興致。作為一個(gè)單位若專購一臺(tái)搶答器雖然在經(jīng)濟(jì)上可以承受，但每年使用的次數(shù)極少，往往因長(zhǎng)期存放使（電

11、子器件的）搶答器損壞，再購置的麻煩和及時(shí)性就會(huì)影響活動(dòng)的開展。目前多數(shù)搶答器存在3個(gè)不足之處：首先，現(xiàn)場(chǎng)線路連接復(fù)雜。因?yàn)槊總€(gè)選手位于搶答現(xiàn)場(chǎng)的不同位置，每個(gè)選手與控制臺(tái)之間要有長(zhǎng)長(zhǎng)的連接線。選手越多，連接線就越多、越亂，這些連接線不僅影響了現(xiàn)場(chǎng)的美觀，而且降低了搶答器的可靠性，增加了安裝的難度，甚至影響了現(xiàn)場(chǎng)人員的走動(dòng)。其次，電路復(fù)雜。因?yàn)楹?jiǎn)單邏輯電路只完成號(hào)碼處理、計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)運(yùn)算等功能，其它功能如選手號(hào)碼的識(shí)別、譯碼、計(jì)分顯示等仍只能通過數(shù)字集成電路完成。采用簡(jiǎn)單邏輯電路掃描技術(shù)識(shí)別選手搶按號(hào)碼時(shí)，電路的延遲時(shí)間較大。最后，容易出現(xiàn)選手搶按成功現(xiàn)象。2 搶答器的系統(tǒng)概述2.1 系統(tǒng)的主要功

12、能簡(jiǎn)介電子搶答器的主要功能有如下六點(diǎn)：1. 搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S0 S7表示。2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)開始鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間0.5秒左右。5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯

13、示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。2.2搶答器的工作原理簡(jiǎn)介如圖2-1所示為搶答器的結(jié)構(gòu)框圖，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。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)搶答鍵時(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)展電路完成檢測(cè)數(shù)碼管工作情況。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到清除狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置于開始狀態(tài)，宣布開始搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)

14、，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。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)。圖2-1 搶答器結(jié)構(gòu)框圖2.3 搶答器系統(tǒng)的需求分析1、在搶答中，只有開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效。2、搶答限定時(shí)間和回答問題的時(shí)間可是在199s設(shè)定。3、可以顯示是哪位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有音樂提示。4、搶答時(shí)間和回答問題時(shí)間倒記時(shí)顯示，時(shí)間完后系統(tǒng)自動(dòng)復(fù)位。5、按鍵鎖定，在有效狀態(tài)下，按鍵無效非法。2.4 搶答器的工作流程搶答器的基本工作原理:在搶答競(jìng)賽或呼叫時(shí)，有多個(gè)信號(hào)同時(shí)或不同時(shí)送入主電

15、路中，搶答器內(nèi)部的寄存器工作，并識(shí)別、記錄第一個(gè)號(hào)碼，同時(shí)內(nèi)部的定時(shí)器開始工作，記錄有關(guān)時(shí)間并產(chǎn)生超時(shí)信號(hào)。在整個(gè)搶答器工作過程中，顯示電路、語音電路等還要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況向外電路輸出相應(yīng)信號(hào)。搶答器的工作流程分為、系統(tǒng)復(fù)位、正常流程、違例流程等幾部分，如圖2-2所示。加載程序運(yùn) 行行開始開始數(shù)碼管顯示FFF開始搶按時(shí)間倒計(jì)時(shí)開始前有選手搶按顯示違例選手號(hào)碼并伴有語音報(bào)警倒計(jì)時(shí)結(jié)束，超時(shí)有選手搶按顯示FFF顯示選手號(hào)碼，倒計(jì)時(shí)時(shí)間,語音報(bào)警，答題,答題時(shí)間倒計(jì)時(shí)正常流程違規(guī)流程若超過答題時(shí)間，則數(shù)碼管顯示FFF答題完畢根據(jù)選手表現(xiàn)，規(guī)則由主持人減分圖2-2 搶答器的工作流程2.5 搶答器的工

16、作過程1、如果想調(diào)節(jié)搶答時(shí)間或答題時(shí)間,按加一鍵或減一鍵進(jìn)入調(diào)節(jié)狀態(tài),此時(shí)會(huì)顯示現(xiàn)在設(shè)定的搶答時(shí)間或回答時(shí)間值,如想加一秒按一下加1s鍵,如果想減一秒按一下減1s鍵，時(shí)間LED上會(huì)顯示改變后的時(shí)間，調(diào)整范圍為099s, 0s時(shí)再減1s會(huì)跳到99，99s時(shí)再加1s會(huì)變到0s。2、主持人按搶答開始鍵，會(huì)有提示音，并立刻進(jìn)入搶答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè)15s搶答時(shí)間），如有選手搶答，會(huì)有提示音，并會(huì)顯示其號(hào)數(shù)并立刻進(jìn)入回答倒計(jì)時(shí)（預(yù)設(shè)10s搶答時(shí)間），不進(jìn)行搶答查詢，所以只有第一個(gè)按搶答的選手有效。倒數(shù)時(shí)間到小于5s會(huì)每秒響一下提示音。3、如倒計(jì)時(shí)期間，主持人想停止倒計(jì)時(shí)可以隨時(shí)按停止按鍵，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)進(jìn)入準(zhǔn)備狀

17、態(tài)，等待主持人按搶答開始進(jìn)入下次搶答計(jì)時(shí)。4、如果主持人未按搶答開始鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規(guī)搶答，LED上不斷閃爍FF和犯規(guī)號(hào)數(shù)并響個(gè)不停，直到按下停止 鍵為止。總而言之，本課題利用簡(jiǎn)單邏輯數(shù)字電路設(shè)計(jì)了搶答器，該搶答器增加了新功能、提高了系統(tǒng)的可靠性、簡(jiǎn)化了電路結(jié)構(gòu)、節(jié)約了成本，是一個(gè)實(shí)用的工程設(shè)計(jì)。3搶答器的電路設(shè)計(jì)3.1搶答器的總體結(jié)構(gòu)如圖4-1所示為總體方框圖。接通電源后，后臺(tái)工作人員將檢測(cè)開關(guān)S置“檢測(cè)”狀態(tài)，數(shù)碼管在正常清除下，顯示“”；當(dāng)后臺(tái)工作人員將檢測(cè)開關(guān)S置“搶答”狀態(tài)，主持按系統(tǒng)清除按鍵，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈；主持人松開，宣布“開始”，搶答器工作。選手按

18、動(dòng)搶答按鍵，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示。當(dāng)一輪搶答之后，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。如果再次搶答必須由主持人再次按動(dòng)系統(tǒng)清除按鍵。圖3-1 總體方框圖3.2優(yōu)先判斷與編號(hào)鎖存電路優(yōu)先判斷與編號(hào)鎖存電路如圖3-2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS279 來完成。該電路主要完成兩個(gè)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(hào)；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：系統(tǒng)清除按鍵按動(dòng)時(shí)，74LS279的四個(gè)RS觸發(fā)器的置0端均為0，使四個(gè)觸發(fā)器均被置0。1Q為0，使74LS148的使能端=0，74LS148處于允許編碼狀

19、態(tài)，同時(shí)1Q為0，使74LS48的滅燈輸入端=0，數(shù)碼管無顯示。這時(shí)搶答器處于準(zhǔn)備搶答狀態(tài)。當(dāng)系統(tǒng)清除按鍵松開時(shí)，搶答器處于等待狀態(tài)。當(dāng)有選手將按鍵開關(guān)按下時(shí)，搶答器將接受并顯示搶答結(jié)果，假設(shè)按下的是S4，則74LS148的編碼輸出為011，此代碼送入74LS279鎖存后，使4Q3Q2Q=100，亦即74LS148的輸入為0100；又74LS148的優(yōu)先編碼標(biāo)志輸出為0，使1Q=1，即=1，74LS48處于譯碼狀態(tài)，譯碼的結(jié)果顯示為“4”。同時(shí)1Q=1，使74LS148的=1，74LS148處于禁止?fàn)顟B(tài)，從而封鎖了其他按鍵的輸入。此外，當(dāng)優(yōu)先搶答者的按鍵松開再按下時(shí)，由于仍為1Q=1，使=1，

20、74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)接受二次按鍵時(shí)的輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。（74LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，表3-1為其真值表，圖3-3為邏輯圖；74LS279為四個(gè)/R/S 鎖存器，表3-2為其真值表，圖3-4為邏輯圖。）圖3-2 優(yōu)先判斷與編號(hào)鎖存電路InputsOutputsEI01234567A2A1A0GSEOHXXXXXXXXHHHHHLHHHHHHHHHHHHLLXXXXXXXLLLLLHLXXXXXXLHLLHLHLXXXXXLHHLHLLHLXXXXLHHHLHHLHLXXXLHHHHHLLLHLXXLHHHHHHLHLHLXLHHHHHHHHLLHLLHHH

21、HHHHHHLLH表3-1 74LS148真值表圖3-3 74LS148邏輯圖InputsOutputsHHLNot sure表3-2 74LS279真值表圖3-4 74LS279邏輯圖4搶答器的單元電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易邏輯數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路?，F(xiàn)簡(jiǎn)單介紹搶答器設(shè)計(jì)中的優(yōu)先編碼電路、定時(shí)電路、報(bào)警電路、時(shí)序控制電路、七段顯示數(shù)碼器及譯碼管電路。4.1搶答器設(shè)計(jì)中的優(yōu)先編碼電路參考電路如

22、圖4-1所示。該電路完成兩個(gè)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(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S置于“清除”端時(shí)，RS觸發(fā)器的端均為，4個(gè)觸發(fā)器輸出置，使74LS148的，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于“開始”時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，1Q=1，=1，74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，1Q，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(shí)，74LS148的此時(shí)由于仍為1Q，使，所以74LS148仍處于禁止

23、狀態(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將開關(guān)重新置于“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。( 74LS148為線線優(yōu)先編碼器。表4-1為74LS148的功能真值表。)圖4-1 優(yōu)先編碼電路表4-174LS148的功能真值表4.2搶答器設(shè)計(jì)中的定時(shí)電路由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供?？深A(yù)置時(shí)間的電路選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體電路如圖4-2所示。本設(shè)計(jì)是以555構(gòu)成震蕩電路，由74LS192來充當(dāng)計(jì)數(shù)器，構(gòu)成搶答器的倒計(jì)時(shí)電路。該電路簡(jiǎn)單，無需用到晶

24、振，芯片都是市場(chǎng)上容易購得的。設(shè)計(jì)功能完善，能實(shí)現(xiàn)直接清零、啟動(dòng)。圖4-2定時(shí)電路4.3搶答器設(shè)計(jì)中的報(bào)警電路由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖4-3所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo143（RI2R2）C，其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。PR為控制信號(hào)，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。圖4-3 報(bào)警電路4.4搶答器設(shè)計(jì)中的時(shí)序控制電路時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：主持人將控制開關(guān)撥到開始位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)人正常搶答工作狀態(tài)。 當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶

25、答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。圖 4-4 時(shí)序控制電路根據(jù)上面的功能要求，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖 4-4所示。圖中，門G1 的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端 。圖4-3的工作原理是：主持人控制開關(guān)從清除位置撥到開始位置時(shí)，來自于圖4-1中的74LS279的輸出 1Q=0，經(jīng)G3反相， A1，則時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，則定時(shí)到信號(hào)為1，門G2的輸出=0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，1Q1，經(jīng)

26、G3反相， A0，封鎖 CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則定時(shí)到信號(hào)為0，=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)， 門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 CP信號(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間。4.5七段顯示譯碼器與數(shù)碼管七段顯示譯碼器與數(shù)碼管如下圖4-5所示。7段顯示譯碼74LS48將鎖存器74LS279的信號(hào)譯碼，輸出給數(shù)碼管。當(dāng)后臺(tái)工作人員將S置于GND，=0，使燈測(cè)試輸入端（圖中3號(hào)）=1，這時(shí)測(cè)試數(shù)碼管工作

27、情況；當(dāng)后臺(tái)工作人員將S置于Vcc，=1，使燈測(cè)試輸入端（圖中3號(hào)）=1，這時(shí)正常譯碼。（74LS48為4線七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，表4-2為其真值表，圖4-6為邏輯圖）圖4-5 7段顯示譯碼器與數(shù)碼管 InputsOutputsDCBAabcdefg0HHLLLLHHHHHHHL1HXLLLHHLHHLLLL2HXLLHLHHHLHHLH3HXLLHHHHHHHLLH4HXLHLLHLHHLLHH5HXLHLHHHLHHLHH6HXLHHLHLLHHHHH7HXLHHHHHHHLLLL8HXHLLLHHHHHHHH9HXHLLHHHHHLLLL10HXHLHLHLLLHHLH11HXHLHHHL

28、LHHLLH12HXHHLLHLHLLLHH13HXHHLHHHLLHLHH14HXHHHLHLLLHHHH15HXHHHHHLLLLLLLBIXXXXXXLLLLLLLLRBIHLLLLLLLLLLLLLLXXXXXHHHHHHHH表4-2 74LS48真值表 圖4-6 74LS48邏輯圖4.6搶答器的優(yōu)點(diǎn)及組成在知識(shí)比賽中，特別是做搶答題目的時(shí)候，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)來完成這個(gè)任務(wù)。如果在搶答中，靠視覺是很難判斷出哪組先答題。利用單片機(jī)系統(tǒng)來設(shè)計(jì)搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。本文主要介紹了簡(jiǎn)單

29、邏輯數(shù)字電路搶答器的設(shè)計(jì)及工作原理，以及它的實(shí)際用途。4.7本章小結(jié)本章主要講述了搶答器的工作原理和本設(shè)計(jì)系統(tǒng)的工作流程。在說明工作原理的過程中，突出了搶答器設(shè)計(jì)中的基本電路的組成單元以及這些單元如何實(shí)現(xiàn)搶答功能；在說明系統(tǒng)的流程時(shí)，結(jié)合本設(shè)計(jì)的內(nèi)容，指出了各單元電路的設(shè)計(jì)方法和意義，以及如何進(jìn)行搶答控制。5總結(jié)與展望本設(shè)計(jì)詳細(xì)介紹了搶答器的設(shè)計(jì)方案，功能及在設(shè)計(jì)過程中所做的改進(jìn)。這種搶答器主要是基于74系列集成芯片，成本較低，且基本能夠使用于學(xué)校的一些活動(dòng)中。對(duì)于設(shè)計(jì)中的不足，我的改進(jìn)設(shè)想及建議：（1）我設(shè)計(jì)的作品主要是用74系列集成芯片來完成的，在設(shè)計(jì)的過程中由于芯片的引腳過多，布線工作不

30、是很方便。有時(shí)候會(huì)因?yàn)槟骋桓€沒有連接好，造成電路的不穩(wěn)定，這些都是有待改進(jìn)的。我的想法是根據(jù)單片機(jī)原理及相關(guān)知識(shí)對(duì)我的設(shè)計(jì)進(jìn)行一些改進(jìn)。利用AT89C51單片機(jī)及外圍接口實(shí)現(xiàn)搶答系統(tǒng)，利用單片機(jī)的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器定時(shí)和記數(shù)的原理，將軟、硬件有機(jī)地結(jié)合起來，使得系統(tǒng)能夠正確地進(jìn)行計(jì)時(shí)，同時(shí)使數(shù)碼管能夠正確地顯示時(shí)間。計(jì)分接收的單片機(jī)部分利用匯編語言編寫。由于采用匯編語言設(shè)計(jì)電路，所以本設(shè)計(jì)在編程成功后，硬件電路基本上不需要調(diào)試就可正常使用。即使在設(shè)計(jì)完畢交給用戶使用后，對(duì)系統(tǒng)的功能改進(jìn)或升級(jí)也只是通過改寫程序來完成，極大地方便了用戶或設(shè)計(jì)者對(duì)電路更新。（2）選手號(hào)碼的顯示問題：在設(shè)計(jì)過程中，我發(fā)

31、現(xiàn)按下?lián)尨鸢粹o后，我希望其在七段數(shù)碼顯示管上顯示的選手號(hào)碼是1到8，這樣符合我一般的思維，而按照我一開始所做的設(shè)計(jì)，數(shù)碼管只能顯示0到7，我在認(rèn)真研究體設(shè)計(jì)方案和74LS148譯碼器的功能表（見表4-1）后，發(fā)現(xiàn)解決此問題只須將顯示0改為顯示8，而其他的顯示則不改變。由表4-1可以看出，將74LS148的A3端置1，其他位置0。我通過觀察表4-1看出，只有在字形（見表4-1）為0時(shí)，A2、A1、A0=1，其他均為0。于是我就將A2、A1、A0 三端先接入非門7404，然后將他們接入與門7408，7408的輸出接7446的A3端，這樣就實(shí)現(xiàn)了顯示8的功能，其他的數(shù)碼的顯示并無影響。經(jīng)過這半個(gè)學(xué)期

32、的努力，在老師和同學(xué)的幫助下終于徹底的做完了畢業(yè)設(shè)計(jì)的所有工作。通過這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)，我能運(yùn)用已學(xué)的知識(shí)解決我在設(shè)計(jì)中遇到的問題，使自己的動(dòng)手能力和思考問題的能力得到了很大的提高。在做設(shè)計(jì)的過程中我查閱了很多的資料，并認(rèn)真的閱讀這些與我的設(shè)計(jì)相關(guān)的資料，從而我的專業(yè)涵養(yǎng)得到了提高，知識(shí)的儲(chǔ)備量也有所增加。在做設(shè)計(jì)時(shí)，我復(fù)習(xí)了很多專業(yè)課的知識(shí)，這使得我的專業(yè)知識(shí)在離校之前得到了鞏固。在這次設(shè)計(jì)中遇到了很多實(shí)際性的問題，在實(shí)際設(shè)計(jì)中才發(fā)現(xiàn)，書本上理論性的東西與在實(shí)際運(yùn)用中的還是有一定的出入的，所以有些問題不但要深入地理解，而且要不斷地更正以前的錯(cuò)誤思維。電路設(shè)計(jì)是一個(gè)很靈活的東西，它反映了你解決問題

33、的邏輯思維和創(chuàng)新能力。它才是一個(gè)設(shè)計(jì)的靈魂所在。因此在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中大部分時(shí)間是用在單元電路的理解和設(shè)計(jì)上面。很多單元電路是可以借鑒書本上的，但怎樣銜接各個(gè)單元電路才是關(guān)鍵的問題所在。這次設(shè)計(jì),讓我受益匪淺。我對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的邏輯關(guān)系等有了一定的認(rèn)識(shí)，對(duì)以前學(xué)的數(shù)字電路又有了一定的新認(rèn)識(shí)，溫習(xí)了以前學(xué)的知識(shí)，就像人們常說的溫故而知新，但在設(shè)計(jì)的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識(shí)都已經(jīng)不太清楚了，但是通過查找一些資料又重新的溫習(xí)了一下數(shù)字電路部分的內(nèi)容。通過這次設(shè)計(jì)我也發(fā)現(xiàn)自己的很多不足之處。在設(shè)計(jì)過程中我發(fā)現(xiàn)自己考慮問題很不全面，自己的專業(yè)知識(shí)掌握的很不牢固，所掌握的電路應(yīng)用軟件還不夠多，

34、我希望自己的這些不足之處能在今后的工作和學(xué)習(xí)中得到改善。而且，通過這次設(shè)計(jì)，我懂得了學(xué)習(xí)的重要性，學(xué)會(huì)了堅(jiān)持和努力，這將為以后的學(xué)習(xí)做出了最好的榜樣！我將會(huì)在以后的生活中繼續(xù)學(xué)習(xí)。 參考文獻(xiàn)1趙保經(jīng)等. 中國(guó)集成電路大全TTL集成電路分冊(cè)M.北京：國(guó)防出版社，1985. 429-450，649-651，639-640.2黃志偉.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程M.電子工業(yè)出版社， 2005，11-14.3王松武,于鑫，武思君.電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐M. 國(guó)防工業(yè)出版社, 2005,112-114.4毛法堯等. 數(shù)字邏輯M. 武漢：華中理工大學(xué)出版社， 1996， 176-178，5康華光,鄒壽彬.電

35、子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第四版）M. 北京:高等教育出版社,2005，144-146，162-163.6康華光,鄒壽彬.電子技術(shù)基礎(chǔ)模擬部分（第四版）M.北京: 高等教育出版社,2005，121-133.7謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試M.華中科技大學(xué)出版社, 2007，44-47.8徐愛鈞. 智能化測(cè)量控制儀表原理與設(shè)計(jì)M.北京航空航天大學(xué)出版社, 2007，22-25.9劉海燕. 數(shù)字電路制作與調(diào)試 M. 電子工業(yè)出版社, 2008.05， 01-04.10謝自美.電子線路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試 (第二版)M.上海:電子工業(yè)出版社,2001，66-71.11陳大欽.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)(第二版)M.湖北:機(jī)

36、械工業(yè)出版社,2001,55-57.12安玉景，李雪瑩.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)M. 人民郵電出版社, 2002，09-11，43-46.13丁建偉.搶答器電路設(shè)計(jì)J.蘭州工業(yè)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào), 2008,(04).13-17. 14王冬梅,張建秋.八路搶答器設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)J.佳木斯大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2009,(06).22-26.15程少偉,搶答器中的三個(gè)編程設(shè)計(jì)技巧J.科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào), 2009,(05).06-11.16李光中,淺談?chuàng)尨鹌髟跀?shù)字電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用M.廣西輕工業(yè)報(bào)，2009,(06).17王文峰， 數(shù)碼顯示六路搶答器的設(shè)計(jì)J. 井岡山師范學(xué)院學(xué)報(bào)， 2000，（05）.20-2

37、1內(nèi)部資料僅供參考9JWKffwvG#tYM*Jg&6a*CZ7H$dq8KqqfHVZFedswSyXTy#&QA9wkxFyeQ!djs#XuyUP2kNXpRWXmA&UE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmY

38、WpazadNu#KN&MuWFA5uxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmYWpazadNu#KN&MuWFA5uxY7JnD6YWRrWwcvR9CpbK!zn%Mz849GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89AmUE9aQGn8xp$R#͑GxGjqv$UE9wEwZ#QcUE%&qYpEh5pDx2zVkum&gTXRm6X4NGpP$vSTT#&ksv*3tnGK8!z89

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