四路數(shù)字顯示搶答器

1、課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)：. 學(xué) 院： 專 業(yè)：題 目： 電子綜合應(yīng)用實(shí)踐：: 課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué) 院： 專 業(yè)：課程設(shè)計(jì)題目： 電子綜合應(yīng)用實(shí)踐： 起迄日期：課程設(shè)計(jì)地點(diǎn)： 指導(dǎo)教師：系 主 任：課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書 目 錄1 引 言：. 1 2 系統(tǒng)整體框圖. 1 3 方案論證. 1 3.1 搶答器電路. 1 3.2 定時(shí)電路. 3 3.3 報(bào)警電路. 5 3.4 時(shí)序邏輯電路. 6 4 整機(jī)電路圖. 8 5 所用元器件列表. 8 6 總結(jié). 9 附錄 參考文獻(xiàn)1 引 言學(xué)校和電視節(jié)目等單位常舉辦各種智力競(jìng)賽, 在各種競(jìng)賽中除了必答環(huán)節(jié)，

2、我們還經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過搶答的方式來判斷選手的答題權(quán). 本設(shè)計(jì)就是一個(gè)4人智力競(jìng)賽搶答器。2 系統(tǒng)整體框圖 圖2.1 系統(tǒng)整體框圖接通電源后，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(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" 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)，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"

3、清除" 和" 開始" 狀態(tài)開關(guān)。3 方案論證本設(shè)計(jì)由搶答器電路、定時(shí)電路、報(bào)警電路、時(shí)序邏輯控制電路組成。 3.1搶答器電路設(shè)計(jì)電路如圖3.1.1所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 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)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S 置于" 清除" 端時(shí)，RS 觸發(fā)器的 R、S 端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端）0，使之處于

4、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)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如按下S2），74LS148的輸出經(jīng)RS 鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端 =1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=010,經(jīng)譯碼顯示為“2”。此外，CTR ，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中8號(hào)端），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CTR ，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中8號(hào)端），所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(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S 開關(guān)重新置“

5、清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。74LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，表3.1.2為其功能表。 圖3.1.1 數(shù)字顯示搶答器電路表3.1.2 74LS148真值表 3.2定時(shí)電路 圖3.2.1 可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3.2.1所示。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，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)

6、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。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，2BO 輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無效。下面結(jié)合圖3.2.3具體講一下標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖產(chǎn)生電路的原理。圖中電容C 的放電時(shí)間和充電時(shí)間分別為221In C R t =C R 27. 0，C R R In C R R t += (7. 02 (21212 于是從NE555的3端輸出的脈沖的頻率為CR R t t f +=2(43. 112121，結(jié)合

7、我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及考慮到元器件的成本，我們選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得Z H f 1，即秒脈沖。表3.2.2 555定時(shí)器功能表 圖3.2.3 標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖產(chǎn)生電路3.3報(bào)警電路由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路入圖3.3.1所示。其中NE555多諧振蕩器振蕩頻率0f 1.43（RI 2R2）C ，其中輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。PR 為時(shí)序控制電路輸出的控制信號(hào)，當(dāng)PR 為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。 圖3.3.1 報(bào)警電路3.4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，它要完成以下功能：1主持人將控制開關(guān)撥到" 開始&qu

8、ot; 位置時(shí)，搶答電路和定時(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)搶答按鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。 3當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器自動(dòng)報(bào)警，表示此次搶答無效, 同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。 圖3.3.2 時(shí)序控制電路根據(jù)上面的功能要求以及圖3.1.1，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖3.3.2所示。圖中，與門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（即圖2中的5端）。圖3.2.3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3.1.1中的74L

9、S279的輸出 1Q,即CTR=0，經(jīng)G3反相，輸出為1，則NE555產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)CP 能夠加到74LS192的CPD 時(shí)鐘輸入端（圖中用CLCK 表示接入到74LS192CPD 端的信號(hào)），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1的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，CTR 1，經(jīng)G3反相，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)間到時(shí)，則" 定時(shí)到信號(hào)&q

10、uot; 為0，/ST=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)，封鎖時(shí)鐘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3的要求。集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間（其功能表見表3.3.3）, 具體原理如下：主要由555時(shí)鐘電路（用于控制報(bào)警聲音頻率）、蜂鳴器即相關(guān)的延時(shí)電路和控制電路組成。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121通過信號(hào)/Ys、BO2、S 控制報(bào)警與否和報(bào)警時(shí)間，555時(shí)鐘電路產(chǎn)生脈沖時(shí)鐘。在規(guī)定的時(shí)間有人搶答時(shí)，/Ys由1跳變到0，74121有狀態(tài)2（見表3.3.3狀態(tài)編碼），即Q 輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報(bào)警，持續(xù)時(shí)

11、間為w t =4.3秒；如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)無人搶答，BO2由1跳變到0，74121有狀態(tài)1，Q 輸出暫態(tài)高電平，蜂鳴器連續(xù)發(fā)聲報(bào)警持續(xù)時(shí)間為w t 結(jié)合圖3.3.1所示報(bào)警電路，分析w t 計(jì)算如下：2ln 23C R t w =。取2C 100uF, 3R =51K,。有2ln 6C R t w =4.3秒。表3.3.3 74121功能表A1A2B L d H d L H d d L H H d H H H H H L d dL輸入Q L H H暫態(tài)低電平L L L暫態(tài)高電平輸出/QH H 暫態(tài)低電平暫態(tài)低電平暫態(tài)低電平暫態(tài)高電平暫態(tài)低電平暫態(tài)高電平暫態(tài)高電平暫態(tài)高電平4 整機(jī)電路圖（放大圖見

12、附錄） 表3.3.4 總電路原理圖5所用元器件列表 6總結(jié)十幾天的電子實(shí)習(xí)，留給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐心，要有堅(jiān)持的毅力。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上，如CP 脈沖的供給通斷，倒計(jì)時(shí)電路的零時(shí)刻鎖存，和搶答器的選手號(hào)鎖存等。在多種方案的選擇中，我們仔細(xì)比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在老師的耐心指導(dǎo)下，使整個(gè)電路可穩(wěn)定工作。實(shí)習(xí)過程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時(shí)花很長(zhǎng)時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做，那時(shí)心中未免有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更加需要靜下心，查找原因?？傮w來說，這次實(shí)習(xí)我受益匪淺。在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維。在讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路的艱辛的同時(shí)，更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂。附錄總路電路圖 3.2.1 四人搶答器印制板圖 3.2.1 3.2.1