電子課程設(shè)計搶答器

1、HEBEI UNITED UNIVERSITY電電子子技技術(shù)術(shù)課課程程設(shè)設(shè)計計說說明明書書設(shè)計題目：搶答器搶答器學(xué)學(xué) 號：號：201214660104、201214170127、201214660210學(xué)生姓名：學(xué)生姓名：李志權(quán)、劉玉可、尹世沖李志權(quán)、劉玉可、尹世沖專業(yè)班級：專業(yè)班級：1212 電氣電氣 3 3 班班學(xué)學(xué) 院：院：電氣工程學(xué)院電氣工程學(xué)院指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師：何佳何佳2015 年年 1 月月 8 日日 摘 要-I-摘 要 本文設(shè)計可供四人搶答的搶答器電路并對其進(jìn)行仿真。首先本文提出了一種控制以及計時電路的方案，并對其進(jìn)行了論證。設(shè)計方案先利用 D 觸發(fā)器74LS175 組成的搶答

2、電路實施搶答電路的運(yùn)行，然后利用 555 集成電路構(gòu)成秒脈沖發(fā)生器；然后用其產(chǎn)生的矩形波觸發(fā)倒計時計數(shù)器；運(yùn)用輸出的進(jìn)位電壓控制計時器的停止，并發(fā)生警報。然后用 Multisim12 對電路進(jìn)行仿真和整體的性能指標(biāo)測試。經(jīng)過測驗，得到了比較符合要求的仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞 ：D 觸發(fā)器 74LS175；七段顯示譯碼器 74LS48；555 集成電路；遞減計數(shù)器；目 錄-II-目 錄摘 要.I1 題目與要求.12 設(shè)計思路及總體方案.22.1 設(shè)計思路 .32.2 總體方案 .33 元器件選型及依據(jù).54 單元電路的設(shè)計.54.1 搶答模塊電路原理 .64.2 臺號顯示模塊電路原理 .64.3 倒計時

3、模塊電路原理 .75 仿真與調(diào)試.96 問題與收獲 .10參考文獻(xiàn).10電子技術(shù)課程設(shè)計說明書-3-1 題目與要求1.11.1 題目題目 搶答器1.21.2 要求要求1.四人搶答器，每人一個搶答按鈕，并顯示搶答者臺號。2.主持人功能：發(fā)出搶答指令，系統(tǒng)清零，預(yù)置 30 秒限時時間。3.電路具有時間顯示功能和限時功能。在限時內(nèi)，有人搶答，顯示電路停止工作。若限時時間到，未有搶答，也停止工作。4.聲響功能：當(dāng)發(fā)出搶答信號或限時時間到，發(fā)出持續(xù)的單音以作提示；當(dāng)30s 倒計時結(jié)束時，同樣有持續(xù)的單音提示。2 設(shè)計思路及總體方案2.12.1 設(shè)計思路設(shè)計思路設(shè)計思路：利用 D 觸發(fā)器上的置位或復(fù)位實現(xiàn)

4、搶答電路的信號的優(yōu)先輸入，通過置數(shù)器、BCD 七段顯示譯碼器和數(shù)碼管把優(yōu)先搶答的選手號碼顯示出來；由 555 定時器組成的多諧振蕩器發(fā)出的秒脈沖信號經(jīng)過遞減計數(shù)器，譯碼器，再由數(shù)碼管顯示出來，中間包括控制電路。2.2 總體方案2.2.1 總體設(shè)計 搶答器具有鎖存、定時、顯示和報警功能。即當(dāng)搶答開始后，選手搶答按動按鈕，鎖存器鎖存相應(yīng)的選手編碼，同時用 LED 數(shù)碼管把選手的編碼顯示出來，并且開始搶答時間的倒計時，同時用 LED 數(shù)碼管把選手的所剩搶答時間顯示出來。而在選手按鍵搶答以及搶答時間倒計時到時的時候都有報警以提醒主電子技術(shù)課程設(shè)計說明書-4-持人和選手。搶答時間設(shè)定 30 秒，報警響聲

5、持續(xù) 2 秒。接通電源后，主持人按下復(fù)位開關(guān)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人按下開始開關(guān)，宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計時，選手在給定時間內(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。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、二次搶答無效、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作“復(fù)位”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。2.2.2 總體框圖搶答器的設(shè)計方框圖如圖 2.1 所示。包括搶答器電路，秒脈沖發(fā)生器電路、倒計時電路、譯碼與顯示電路、報警電路和控制電路等六個部分組成。倒計時電路遞減計時，每隔 1 秒鐘，計時器減 1。其中搶答器，計數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的

6、主要部分。搶答器電路完成搶答功能，計數(shù)器完成 30 秒計時功能，而控制電路完成計數(shù)器的直接復(fù)位、啟動計數(shù)器、譯碼顯示電路的顯示功能。當(dāng)計時器遞減計時到零（既定時時間到）時，顯示器上顯示 00，同時蜂鳴器發(fā)聲。30 秒內(nèi)如果有人搶答，顯示器顯示臺號，計數(shù)器停止計數(shù)，相應(yīng)臺號的 LED燈發(fā)光，同時蜂鳴器發(fā)聲。搶答按鈕觸發(fā)器鎖存電路置數(shù)器主持人控制開關(guān)控制電路報警秒脈沖產(chǎn)生電路計時電路譯碼器顯示電路顯示電路 圖 2.1 搶答器電路總體結(jié)構(gòu)框圖3 元器件選型及依據(jù)發(fā)光二極管電子技術(shù)課程設(shè)計說明書-5-5V 電源 2 個PB-DPST 開關(guān) 6 個；1K 歐姆電阻 10 個；74LS175N 1 個74

7、LS192D 3 個74LS00D 2 個74LS21N 1 個555 定時器 2 個電容 470nF 2 個電容 100Nf 2 個LED 小燈泡 4 個74LS32D 2 個74LS08D 1 個74LS04D 1 個蜂鳴器 2 個數(shù)碼管 3 個74LS48 3 個4 單元電路的設(shè)計4.1 搶答模塊電路原理 圖 4.1 搶答模塊的電路原理圖電路可以完成兩個功能：一是能夠分辨出選手按鍵的先后順序，并且能夠鎖存優(yōu)先搶答選手的號碼，同時置數(shù)顯示電路顯示編號；二是后面的選手按鍵操作將無效。工作過程：若開關(guān) s8 開啟時，則輸入為高電位“1” ，經(jīng)過 D 觸發(fā)器 Q1 置1，則對應(yīng)的 LED 燈 1

8、 點(diǎn)亮，其他 D 觸發(fā)器都置零，Q1、Q2、Q3、Q4 通過兩個電子技術(shù)課程設(shè)計說明書-6-2 輸入或門對置數(shù)器 74LS192 置數(shù)“0001” ，在顯示電路上顯示出來。另外，將Q1 、Q2 、Q3 、Q4通過四輸入與門反饋到 D 觸發(fā)器的 CLK 端，使其時鐘信號處于無效狀態(tài)，此時電路封鎖，其他搶答按鈕均無效。如有再次搶答需由主持人將開關(guān)重新置清除然后再進(jìn)行下一輪搶答。4.2 臺號顯示模塊電路原理 臺號顯示模塊由置數(shù)器 74LS192 及 BCD 七段顯示譯碼器，數(shù)碼管組成，若1 號臺搶答則，通過或門將 Q1、Q2、Q3、Q4 連接到置數(shù)器的置數(shù)輸入端，將其置為“0001” ，再通過顯示譯

9、碼器在數(shù)碼管上顯示出來。同時倒計時停止，蜂鳴器發(fā)聲。圖 4.2 臺號顯示模塊的電路原理圖4.3 倒計時模塊電路原理電子技術(shù)課程設(shè)計說明書-7-圖 4.3 倒計時模塊的電路原理圖節(jié)目主持人通過按復(fù)位鍵來進(jìn)行搶答倒計時，定時 30 秒，計數(shù)器由兩片74LS192 同步十進(jìn)制計數(shù)器構(gòu)成，利用錯位輸出端 BO 于下一，級 DOWN 相連，30 循環(huán)設(shè)置為，十位片 DCBA=0011，個位片 DCBA=0000，置數(shù)輸入端接地，up 端接選手輸入信號，當(dāng)有信號輸入是加一，load 端接電源和復(fù)位開關(guān)用于復(fù)位，down 加開關(guān)控制計數(shù)器的減法。計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路 555 提供。當(dāng)復(fù)位開關(guān)按下時，

10、給 74ls192 一個低電平，從而開始倒計時，每來一個脈沖信號進(jìn)行減計數(shù)一次。當(dāng)有選手搶答或借位信號時，就使得74ls192 的輸入脈沖變成低電平，從而實現(xiàn)倒計時的停止。再按復(fù)位鍵時，再一次倒計時，譯碼及顯示電路有譯碼驅(qū)動器 74LS48 和 7 段數(shù)碼管組成。4.4脈沖產(chǎn)生模塊電路原理電子技術(shù)課程設(shè)計說明書-8-圖 4.4 脈沖產(chǎn)生模塊的電路原理圖秒脈沖發(fā)生器由 555 定時器和外接元件 R1、R2、C 構(gòu)成多諧振蕩器，F(xiàn)=1Hz。電子技術(shù)課程設(shè)計說明書-9-5 5 仿真與調(diào)試仿真與調(diào)試搶答器仿真電路圖電子技術(shù)課程設(shè)計說明書-10-6 6 問題與收獲問題與收獲6.1 設(shè)計過程中該遇到的問題

11、（1）在設(shè)計方案時，遇到了信號不能鎖存的問題。經(jīng)過查找資料，了解如何通過 D 觸發(fā)器的輸出信號來反饋回 D 觸發(fā)器的脈沖端來進(jìn)行鎖存。（2）在仿真時遇到了數(shù)碼管沒顯示的問題。通過請教同學(xué)、比對電路圖發(fā)現(xiàn)連接錯誤。（3）倒計時到 00 的時候不能停止，又從 99 開始倒計時。通過查閱資料，了解 74LS192 的使用方法及功能，將減法器的借位端反饋到時鐘信號，當(dāng)?shù)?00時產(chǎn)生借位信號 0.將時鐘信號封鎖在無效狀態(tài)，故計時停止。 (4)制作實物時發(fā)現(xiàn)沒有三輸入與門和三輸入或門，后來用兩個二輸入與門、或門代替。6.2 收獲與感悟 在此次設(shè)計中，我將課本理論知識與實際應(yīng)用聯(lián)系起來，按照書本上的知識和老師講授的方法，首先分析研究此次電路設(shè)計任務(wù)和要求，建立初步的設(shè)計思想，選擇合適的器件，然后按照分析的結(jié)果進(jìn)行實際連接操作，進(jìn)行電路仿真檢測和校正，再進(jìn)一步完善電路。在其中遇到一些不解和疑惑的位置，還有一些出現(xiàn)的未知問題，先自己查找資料或者上網(wǎng)尋找信息、和同學(xué)之間也認(rèn)真分析討論，然后對討論出的結(jié)果進(jìn)行實際檢測校正。通過此次電路設(shè)計，我加深了對課本知識的認(rèn)識理解以及應(yīng)用，對一些器件的具體應(yīng)用思想也有深刻的理解，以及對電路設(shè)計方法和實際電路連接實現(xiàn)特定功能也有了一定的認(rèn)識。我相信在今后的相關(guān)的實際應(yīng)用中我會充分的利用我這次電路設(shè)計過程中所學(xué)到的知識和經(jīng)驗。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 閻石主