四人搶答器課程設計報告

1、電子技術(shù)課程設計電子技術(shù)課程設計 智力競賽搶答器 姓名：鄭亞林班級：08級電子一班學號：200800800461指導老師：李素梅四人智力競賽搶答器一、設計目的1、掌握四人智力競賽搶答器電路的設計。2、熟悉數(shù)字集成電路的設計和使用方法。3、掌握應用Multisim軟件對電路的設計及仿真二、設計任務與要求1、設計任務設計一個可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器的數(shù)字電路。設定答題時間為30秒倒計時，時間到時，蜂鳴器會報警至主持人按下復位鍵。選手搶答時，數(shù)碼顯示選手組號，同時計分部分對應選手組別的發(fā)光二極管發(fā)光，在30秒內(nèi)答對時主持人按下加分鍵，給相應的組別加一分。2、設計要求(1)4名選手編號為：

2、1，2，3，4。各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應，也分別為J1，J2，J3，J4。(2)給主持人設置一個控制按鈕J5，用來控制系統(tǒng)清零（搶答顯示數(shù)碼管滅燈）和一個加分按鈕J6，用來給同學加分，設定最高分為9(3)搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，該選手編號立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(4)搶答器具有定時30秒答題倒計時的功能。當選手按下?lián)尨鸢粹o后，開始倒計時，顯示器顯示倒計時間，倒計時結(jié)束時，揚聲器響，保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。三、四人智力競賽搶答器電路原理

3、及設計1、設計思路搶答器整個系統(tǒng)可分為三個主要模塊：搶答鑒別模塊、計分模塊、答題倒計時模塊。即當搶答開始后，選手搶答按動按鈕，鎖存器鎖存相應的選手編碼，同時用數(shù)碼管把選手的編碼顯示出來，對應加分模塊的發(fā)光二極管也會發(fā)光。當有選手搶答成功后，30秒答題倒計時開始跑秒，若選手在規(guī)定的時間內(nèi)答對題，主持人按下J6給相應的選手加一分并且按下J5，系統(tǒng)清零。2、系統(tǒng)框圖 搶答開始后，當選手首先按某一開關(guān)鍵時，可通過觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)并鎖存，在輸出端產(chǎn)生相應的開關(guān)電平信息，同時為防止其它開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂，最先產(chǎn)生的輸出電平變化又反過來將觸發(fā)電路鎖定。然后在譯碼器中譯碼，將觸發(fā)器輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管

4、需要的邏輯狀態(tài)。最后在顯示電路中顯示出所按鍵選手的號碼。若有多個開關(guān)同時按下時，則在它們之間存在著隨機競爭的問題，結(jié)果可能是它們中的任一個產(chǎn)生有效輸出。如圖1.組別顯示 搶 答鑒 別電 路CLR1234分數(shù)顯示計分電路 ADD時間顯示倒計時電路 圖1 系統(tǒng)框圖 3、單元電路設計及元器件選擇（1）搶答電路 電路如圖2所示。該電路完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖定74LS175的功能真值表即優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示選手編號；二是要使其他選手隨后的按鍵操作無效。圖2 搶答電路其工作原理為：本電路采用74LS175四上升沿D觸發(fā)器，CLR為清除端（低電平有效）由主持人控制按鍵

5、J5控制。選用該芯片的三個輸入與輸出（見圖2）開始時，輸入端1、2、4分別接低電平，J3通過兩個二極管D1、D2接到輸入1和2端，因此，當J3按下時輸出1和2均為高電平，為十進制的3，通過數(shù)碼管便可顯示搶答的組別。當主持人按下J5時，74LS175的清零端為低電平，使其被強制清零，輸入的搶答信號無效。開始時74LS175的清零端接高電平，74LS175正常工作，四個Q非端與在一起為高電平，再和輸入的時鐘脈沖信號一起給74LS175脈沖端，當有人搶答時，輸出有一個為高電平，74LS21輸出為低電平，沒有脈沖信號輸入，因此74LS175被鎖定，從而使得其他選手按鍵的輸入信號不會被接收。這就保證了搶

6、答者的優(yōu)先性及搶答電路的準確性。當選手回答完畢或時間到后，主持人按下控制開關(guān)J5,搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。 （2）計分電路 電路如圖3所示。當有選手搶答后，計分部分對應的優(yōu)先搶答的選手的發(fā)光二極管會發(fā)光，當其在規(guī)定的時間內(nèi)答對題的話，主持人按下計分按鍵J6,則該選手的分數(shù)會加一，答錯或沒答上來會不加分，同時主持人按下控制開關(guān)J5,搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。圖3 計分電路其工作原理為：開始有74LS138對輸出端1、2和4進行譯碼，由138的輸出Y1、Y2、Y3和Y4輸出為低電平表示對應于的搶答按鍵依次按下，取反后分別連在74LS160的ENP和ENT端從而對四片160進行選擇

7、，同時連接的發(fā)光二極管用以顯示優(yōu)先搶答的組別。而160的脈沖輸入端由J6控制，由于160時鐘脈沖下降沿有效，因此先接入高電平，當按下J6時，接入低電平，160對此開始計數(shù)。160的輸出端連接數(shù)碼管，用以顯示該選手的得分情況。（3）倒計時電路電路如圖4所示。由兩個74LS192構(gòu)成30秒倒計時。開始時為39秒，當選手搶答后，倒計時器開始倒計時，30秒跑完后，蜂鳴器開始響至主持人按下復位控制按鍵J5時，蜂鳴器響停止，同時顯示為30秒，等待下一輪搶答。圖4 倒計時電路其工作原理為：與非門74LS05連接搶答電路74LS175輸出端1Q、2Q和4Q控制74LS192的置數(shù)端，同時將U4的輸入A端和B端

8、接高電平，同時將剩下的輸入端和U6的輸入端接地。而U6的BO端接U4的DOWN脈沖端，輸出端接連數(shù)碼管顯示時間，倒計時部分的的192的連接見圖4。由三個或非門分別對輸出端進行選擇，再將其進行相與，輸出連接蜂鳴器和非門，非門輸出再與時鐘脈沖相與接到U6的DOWN脈沖端。當輸出不全為零時，非門的輸出為高電平，脈沖正常工作，當輸出全為零時，非門輸出為低電平，U6的DOWN脈沖端一直為低電平，從而使192不能正常工作，從而實現(xiàn)30秒倒計時和到點蜂鳴器響的效果。（5）秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器是有555構(gòu)成的多諧振蕩器。由于在電路中仿真時函數(shù)傳遞很緩慢，因此在電路用時鐘脈沖電源代替，不過在實際設計時還是要

9、用555構(gòu)成的多諧振蕩器。圖5 555多諧振蕩器 下面是當把C6改為10nF即輸出為1KHz脈沖信號時，仿真后示波器顯示的波形圖： 4、四路搶答器總電路圖 圖5 總電路圖 將積分電路部分的74LS138的三個輸入端接到搶答電路部分的74LS175的1Q、2Q和4Q輸出，將倒計時電路部分的與非門74LS05連接搶答電路74LS175輸出端1Q、2Q和4Q，變形成了總的搶答器電路圖，如上圖。四、測試結(jié)果打開仿真開關(guān)后，組別顯示數(shù)碼管和計分電路的數(shù)碼管均顯示零，而倒計時部分的數(shù)碼管顯示的為答題的時限30。如下圖： 圖6 初始電路顯示圖當開始搶答后，組別顯示數(shù)碼管會顯示優(yōu)先搶答的選手組別，同時搶答電路

10、被鎖定，其他選手再按下?lián)尨鸢存I時也不會顯示，倒計時電路會開始倒計時，同時計分電路中對應的選手組別的發(fā)光二極管會發(fā)光。若選手在規(guī)定的答題時間內(nèi)答對題時，主持人會按下加分按鍵J6，則該選手對應的分數(shù)會相應的加一，同時主持人按下復位按鍵J5，電路回到初始狀態(tài)，等待下一輪的搶答；若選手在30秒內(nèi)答錯或沒有答題時，時間一到蜂鳴器會報警，此時該選手不得分，主持人按下復位按鍵J5，電路回到初始狀態(tài)，等待下一輪的搶答。顯示結(jié)果圖見圖5，為第一組的選手搶答成功，組別顯示為一，同時對應的發(fā)光二極管會發(fā)光，并且該選手在30秒內(nèi)答對了題目，因此他的分數(shù)顯示為一，此時倒計時跑秒到21秒。當主持人按下J5時，電路清零，答

11、題的顯示結(jié)果如圖6，只是第一組的分數(shù)顯示為一。隨著搶答題目的增多，不同選手對應的分數(shù)也會發(fā)生相應的變化。（規(guī)定總分為九，先得到九分的選手為第一名，依次排列）五、設計過程中的問題和解決辦法（1）在開始設計搶答電路部分時，遇到不知如何讓組別輸出顯示為三的問題。經(jīng)過查找資料和分析后，逐步更改測試達到了上面搶答電路的電路圖。（2）設計倒計時電路的秒脈沖時，用555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖，但是仿真時在仿真時傳遞函數(shù)時間很緩慢，改變555擴展的電阻和電容增加產(chǎn)生的信號的頻率。（3）對總電路仿真時，傳遞函數(shù)時間很緩慢，等上長時間倒計時部分不出結(jié)果，因此改變秒脈沖信號和搶答部分74LS175的時鐘脈沖的頻率。（4）用555多諧振蕩器做脈沖信號時，改變頻率進行調(diào)試時，比較麻煩，因此在電路中用時鐘脈沖電源代替555多諧振蕩器。六、心得體會 這一課程設計使我將課堂上的理論知識有了進一步的了解，并增強了對數(shù)字電子技術(shù)這門課程的興趣，同時對用Multisim軟件對電路進行設計和仿真有了初步的了解。對平時數(shù)電課上所學的電子元件的工作原理有了更進一步的了解，如：74LS175、74LS138、74LS160、74LS192等。這次的搶答器電路設計也讓我認識到光靠