項(xiàng)目10 多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)

1、項(xiàng)目項(xiàng)目10 10 多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)昆明冶金高等?？茖W(xué)校昆明冶金高等?？茖W(xué)校- -精品課程精品課程- -數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用數(shù)字電子技術(shù)應(yīng)用項(xiàng)目目標(biāo)項(xiàng)目目標(biāo)項(xiàng)目項(xiàng)目10 10 多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì) 熟悉數(shù)字電路中編碼器、鎖存器和熟悉數(shù)字電路中編碼器、鎖存器和555定時(shí)器等的應(yīng)用。定時(shí)器等的應(yīng)用。 進(jìn)一步熟悉譯碼、顯示等單元電路的使用。進(jìn)一步熟悉譯碼、顯示等單元電路的使用。學(xué)習(xí)電路系統(tǒng)的整機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)調(diào)試方法。學(xué)習(xí)電路系統(tǒng)的整機(jī)系統(tǒng)的整機(jī)調(diào)試方法。任務(wù)引入任務(wù)引入項(xiàng)目項(xiàng)目10 多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)多路智力競(jìng)賽搶答

2、器的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，要求搶答器具有以下功能：1）置一個(gè)控制開關(guān)供主持人使用，用于控制系統(tǒng)的復(fù)位和搶答開始。2）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出音響提示。同時(shí)封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)復(fù)位為止。3）搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間0.5s左右。4）參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答

3、，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。5）如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器顯示00。任務(wù)分析任務(wù)分析項(xiàng)目項(xiàng)目10 多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì) 搶答器總體結(jié)構(gòu)由兩大部分組成：主體電路和擴(kuò)展電路。主體電路完成基本的搶答功能，擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。8路搶答器原理框圖如圖10-1所示：搶答按鈕優(yōu)先編碼電路鎖存器譯碼電路顯示電路控制開關(guān)主持人控制電路聲響電路秒脈沖產(chǎn)生電路定時(shí)電路譯碼電路顯示電路主體電路擴(kuò)展電路 圖10-1 8路搶答器

4、原理框圖任務(wù)任務(wù)1 1 搶答電路的設(shè)計(jì)搶答電路的設(shè)計(jì)項(xiàng)目項(xiàng)目10多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)多路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)任務(wù)任務(wù)2 2 定時(shí)電路的設(shè)計(jì)定時(shí)電路的設(shè)計(jì)任務(wù)任務(wù)3 3 聲響聲響電路和時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)電路和時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)任務(wù)任務(wù)4 4 8 8路搶答器的設(shè)計(jì)路搶答器的設(shè)計(jì)任務(wù)任務(wù)1 1 搶答電路的設(shè)計(jì)搶答電路的設(shè)計(jì)1搶答電路器件的選擇搶答電路器件的選擇 搶答電路的功能有兩個(gè)：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)供顯示譯碼器用；二是要使其它選手的按鍵操作無(wú)效。 根據(jù)功能分析，選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279來(lái)完成上述功能，優(yōu)先編碼器74LS148在項(xiàng)目3中

5、進(jìn)行了介紹，這里介紹RS鎖存器74LS279，四 RS鎖存器74LS279引腳如圖10-2所示。 RS鎖存器74LS279為四RS鎖存器，共有 54/74279 和 54/74LS279 兩種電路結(jié)構(gòu)型式，四個(gè)鎖存器中具有2 個(gè)置位端，1Q4Q 為輸出端，/2S、/4S為 置位端（低電平有效），/1R/4R 為復(fù)位端（低電平有效）。74LS279的輸入輸出關(guān)系見表10-1，/S的低電平是指/S1和/S2只要有一個(gè)為低電平，/S 的取值就為低電平；/S的高電平表示必須/S1和/S2均為高電平，/S的取值才為高電平。任務(wù)任務(wù)1 1 搶答電路的設(shè)計(jì)搶答電路的設(shè)計(jì) 圖10-2 四 RS鎖存器74LS2

6、79引腳圖 表10-1 74LS279輸入輸出關(guān)系表R/S取值 取值輸出端Q的值低電平高電高電平高電平低電平低電平高電平高電平Q 被鎖存在已建立的電平低電平低電平不穩(wěn)定的高電平狀態(tài)。R任務(wù)任務(wù)1 1 搶答電路的設(shè)計(jì)搶答電路的設(shè)計(jì)2搶答電路的設(shè)計(jì)搶答電路的設(shè)計(jì) 搶答電路的工作原理是：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清除”位置時(shí)，RS觸發(fā)器的端為低電平，輸出端1Q4Q全為低電平，于是74LS148的/=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作，當(dāng)主持人開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，優(yōu)選編碼器和鎖存器同時(shí)處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端輸入信號(hào)

7、，當(dāng)有 選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出=010，=0，經(jīng)RS鎖存器后，/=1，Q4Q3Q2=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示“5”。此時(shí)，=1，使74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后，74LS148的=1，但由于1Q維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號(hào)不會(huì)被接收，這就保證了搶答者的優(yōu)勝性及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，由主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 搶答電路的電路組成如圖10-3所示。任務(wù)任務(wù)1 1 搶答電路的設(shè)計(jì)搶答電路的設(shè)計(jì) 圖10-3 搶答電路 任

8、務(wù)任務(wù)2 2 定時(shí)電路的設(shè)計(jì)定時(shí)電路的設(shè)計(jì)1.計(jì)數(shù)器芯片的選擇計(jì)數(shù)器芯片的選擇 節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，預(yù)先設(shè)定一次搶答的時(shí)間，并通過(guò)預(yù)置的時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，開始后，計(jì)數(shù)器做減法計(jì)數(shù)，減至0時(shí)，計(jì)時(shí)時(shí)間到。 選用十進(jìn)制同步加減法可預(yù)置計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，其芯片引腳如圖10-4所示。 圖圖10-4 74LS192芯片引腳圖芯片引腳圖任務(wù)任務(wù)2 2 定時(shí)電路的設(shè)計(jì)定時(shí)電路的設(shè)計(jì)十進(jìn)制同步加減法可預(yù)置計(jì)數(shù)器74LS192的邏輯功能見表10-2。表10-2 74LS192功能表任務(wù)任務(wù)2 2 定時(shí)電路的設(shè)計(jì)定時(shí)電路的設(shè)計(jì)2定時(shí)電路的設(shè)計(jì)定時(shí)電路的設(shè)計(jì) 計(jì)數(shù)的時(shí)鐘由秒脈沖電路提

9、供（可參考項(xiàng)目9獲得秒脈沖），顯示譯碼器選用74LS48芯片，設(shè)計(jì)定時(shí)電路如圖10-5所示。圖10-5 定時(shí)電路電路圖任務(wù)任務(wù)3 3 聲響電路和時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)聲響電路和時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)1聲響電路的設(shè)計(jì)聲響電路的設(shè)計(jì) 由555定時(shí)器和晶體管構(gòu)成的聲響電路如圖10-6所示，其中555構(gòu)成多諧振蕩器，其輸出信號(hào)經(jīng)晶體管推動(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。 圖圖10-6 聲響電路圖聲響電路圖任務(wù)任務(wù)3 3 聲響電路和時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)聲響電路和時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)2.時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)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：

10、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：1）主持人將控制開關(guān)撥到）主持人將控制開關(guān)撥到“開始開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。2）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)電路禁止工作。 3）當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(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。 搶答與定時(shí)電路的時(shí)序控制電路如圖10-7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的輸入使能端。其工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清除”位置撥到“開始”位置時(shí)，來(lái)自于74LS

11、279的輸出1Q=0，經(jīng)G3反相，G3輸出為1，則從秒脈沖電路輸出端來(lái)的CP能夠加到十進(jìn)制同步加減法可預(yù)置計(jì)數(shù)器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)間未到之前，來(lái)自74LS279的借位輸出控制端=1，門G2的輸出=0，使74LS148處于正常狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能1）的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，1Q=1，經(jīng)G3反相，G3輸出為0，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2）的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，來(lái)自74LS192的 =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

12、處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號(hào)，使定時(shí)器保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能3）的要求。任務(wù)任務(wù)3 3 聲響電路和時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)聲響電路和時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì) 圖10-8是聲響電路的時(shí)序控制電路，74LS121為單穩(wěn)態(tài)集成觸發(fā)器，用于控制聲響電路及聲響的時(shí)間。主持人將控制開關(guān)撥到“清除”位置時(shí)，B=0，觸發(fā)器輸出Q=0，聲響電路停止工作。主持人控制開關(guān)從“清除”位置撥到“開始”位置時(shí)，B=1，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)，由1變?yōu)?，觸發(fā)器觸發(fā)進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，Q端輸出一正脈沖，聲響電路工作，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響信號(hào)，聲響的時(shí)間持續(xù)t0.7R11C3=0.7*100000*10*10-6=0.7s。

13、當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，又由1變?yōu)?，觸發(fā)器再次觸發(fā)，揚(yáng)聲器又發(fā)出聲響信號(hào)。任務(wù)任務(wù)4 84 8路搶答器的設(shè)計(jì)路搶答器的設(shè)計(jì)1搶答器的工作過(guò)程搶答器的工作過(guò)程 回顧搶答器的設(shè)計(jì)要求，我們可以知道搶答器的工作過(guò)程是：接通電源后，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布搶答節(jié)目后，發(fā)出“搶答開始”指令，同時(shí)將控制開關(guān)撥到“開始”位置，揚(yáng)聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，搶答器要完成以下4項(xiàng)工作：1）優(yōu)先編碼

14、電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)。2）揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒主持人注意。3）控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其它選項(xiàng)手再次進(jìn)行搶答。 4）控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。任務(wù)任務(wù)4 84 8路搶答器的設(shè)計(jì)路搶答器的設(shè)計(jì)2整機(jī)電路設(shè)計(jì)整機(jī)電路設(shè)計(jì) 經(jīng)過(guò)以上各單元電路的設(shè)計(jì)，可得到搶答器的整機(jī)電路，如圖10-8所示。電路元器件清單：74LS148 1片 4LLS279 2片 74LS48 3片74LS19

15、2 2片 74LS74 1片 74LS20 1片CD4060 1片 74LS00 1片 74LS04 1片74LS121 1片 共陰極數(shù)碼管3只 任務(wù)任務(wù)4 84 8路搶答器的設(shè)計(jì)路搶答器的設(shè)計(jì)時(shí) 間 預(yù) 置 開 關(guān)時(shí) 間 預(yù) 置 開 關(guān)P RS1 7R2RR 1C 11 0 u F3C1 1R1 0 0 K7 4 L S 2 07 4 L S 0 0&17 4 L S 0 4&C P7 4 L S 7 41 H zQQDC P3 2 7 6 8 H z2 2 MC 2 3 2 0 p F2 0 p F1 4QC D 4 0 6 0R2 H z秒 信 號(hào) 電 路01bcD Pa

16、aefg ffgadgedce cd7 4 L S 4 8bbADBCL TR B IB I/R B OR S1 QSRR SSR+ 5 VYE X0YY21YI01I2I3I4I5I6I7I1 0 K *87 4 L S 1 4 8S01S2S3S4S5S6SS7+ 5 VS T7 4 L S 2 7 9開 始清 除S5 1 0+ 5 V1 0 K主 持 人控 制 開 關(guān)2 Q3 Q4 Q+ 5 VB I/R B OR B IL TC BDAbb7 4 L S 4 8dcecdegdagffgfeaaD Pcb7 4 L S 1 9 2L D1Q2Q3QQ0DC PC PURD0DD3D2D

17、1+ 5 V+ 5 V+ 5 V+ 5 V1D2D3DD0DRUC PC PD0QQ3Q2Q1L D7 4 L S 1 9 2bcD Paaefg ffgadgedce cd7 4 L S 4 8bbADBCL TR B IB I/R B O+ 5 V+ 5 V9 0 1 3+ 5 VR1 21 5 K6 8 K1 3RC40 .1 u F1 K1 4RR1 55 1 05 1 01 6R1V0 .1 u F5CT HT LDRV c cV o+1 A2 ABe x tR /Ce x te x tCQ7 4 L S 1 2 1R31 0R2B OB O11 QE XYB O2N E 5 5 5項(xiàng)目小結(jié)項(xiàng)目小結(jié)1搶答器是在競(jìng)賽、文體娛樂(lè)活動(dòng)（搶答活動(dòng)）中，能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出率先搶答者的機(jī)器。通過(guò)搶答者的指示燈顯示、數(shù)碼顯示和警示顯示等手段指示出搶答過(guò)程中搶答速度最快的搶答者，并顯示出搶答成績(jī)。 通過(guò)本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，可以進(jìn)一步鞏固中規(guī)模電路的設(shè)計(jì)與實(shí)