路搶答器課程報告

1、.四人智力競賽搶答器課程設(shè)計報告一、設(shè)計題目題目：四人智力競賽搶答器二、設(shè)計任務(wù)和要求1）設(shè)計任務(wù)設(shè)計一臺可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器。 用數(shù)字顯示搶答倒計時間，由“9”倒計到“0”時，無人搶答，蜂鳴器連續(xù)響1秒。選手搶答時，數(shù)碼顯示選手組號，同時蜂鳴器響1秒，倒計時停止。2）設(shè)計要求(1)4名選手編號為：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(yīng)，也分別為1，2，3，4。(2)給主持人設(shè)置一個控制按鈕，用來控制系統(tǒng)清零（搶答顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。(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

2、編號，同時揚(yáng)聲器給出音響提示，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（9秒）搶答的功能。當(dāng)主持人按下開始按鈕后，定時器開始倒計時，定時顯示器顯示倒計時間，若無人搶答，倒計時結(jié)束時，揚(yáng)聲器響，音響持續(xù)1秒。參賽選手在設(shè)定時間（9秒）內(nèi)搶答有效，搶答成功，揚(yáng)聲器響，音響持續(xù)1秒，同時定時器停止倒計時，搶答顯示器上顯示選手的編號，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(5)如果搶答定時已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚(yáng)聲器報警（音響持續(xù)1秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0。(6

3、)可用石英晶體振蕩器或者555定時器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號，作為定時計數(shù)器的CP信號。三、原理電路設(shè)計：1、方案比較；方案一：搶答電路：使用74ls175作為鎖存電路，當(dāng)有人搶答時， 利用鎖存器的輸出信號號將時鐘脈沖置零，74ls175立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫1s，這時搶答無效，使用74ls148作為編碼器，對輸入的型號進(jìn)行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入共陰數(shù)碼管里顯示出搶答者的編號。主持人電路：；利用74ls190計數(shù)器作為倒計時的芯片，當(dāng)主持人按下?lián)尨鸢粹o時，74ls190被置九，同時將顯示上次搶到題目的選手編號的數(shù)碼管清零，并開始倒計時，并通過74ls48編碼器

4、將即時時間進(jìn)行編碼，并送到7段共陰數(shù)碼管，顯示此時的時間。假如在9秒內(nèi)有人搶答，則計數(shù)器停止倒計時，將鎖存器鎖存，禁止選手搶答，蜂鳴器鳴叫一秒，停止倒計時。方案二：鎖存電路采用CD4042來觸發(fā)，如果用CD4042，則可以用低電平觸發(fā)，當(dāng)有人搶答時， 利用鎖存器的輸出信號號將時鐘脈沖置零，CD4042 立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫1s，這時搶答無效。此外當(dāng)?shù)褂嫊r到0時，利用借位端來將鎖存器的信號置零。而不是像方案一那樣使用max/min端。對以上兩個方案進(jìn)行比較可以發(fā)現(xiàn)，兩個方案均能理論上實現(xiàn)電路的功能，但是從實際情況看，CD4042比較少見，很難買到這個芯片，而74ls175則很常見，比較容易

5、買到。而在實際情況中，雖然74ls190的max/min端和同樣是借位端，當(dāng)時只有半個周期的變化，并不能將時鐘信號置零，而max/min有一個周期的變化，所以用max/min比較合適。宗上所述，選擇第一個方案比較合理。2、電路流程圖；鎖存器電路編碼器電路譯碼器電路數(shù)碼管顯示倒計時電路編碼器電路數(shù)碼管顯示1khz脈沖電路1hz脈沖電路單穩(wěn)態(tài)電路蜂鳴器電路門單元電路選手搶答主持人按鈕整個電路如上圖所示，主要分為兩部分，一個是倒計時部分，一個是搶答電路，其中搶答器電路由鎖存器電路，編碼器電路，譯碼器電路，數(shù)碼管顯示電路組成，其中鎖存器電路可用1khz脈沖電路作為其時鐘端輸入脈沖，倒計時電路由倒計時芯

6、片，編碼器電路路，數(shù)碼管顯示電路，倒計時采樣1hz的脈沖作為時鐘信號輸入端。單穩(wěn)態(tài)電路可以控制蜂鳴器鳴叫的時間，按要求可設(shè)置為1秒鐘。3、單元電路設(shè)計；（1）、鎖存器電路的設(shè)計鎖存器電路采用以74ls175為中心的鎖存器系統(tǒng)，當(dāng)4個搶答輸入端中出現(xiàn)低電平輸入時信號時，鎖存器立即鎖存，禁止搶答，其原本為4個高電平的輸出端也變成3高一低，可以利用一個4輸入與非門將其與非，再接一個非門后，可以與74ls175的時鐘信號相與非，使得CLK端的輸入信號為底電平，從而阻止其余選手的搶答，從而達(dá)到鎖存的目的74ls175的真值表如下：鎖存器的單元電路設(shè)計如下：（2）、編碼器電路的設(shè)計編碼器采樣74ls148

7、作為編碼芯片，將輸入的信號進(jìn)行編碼，然后輸出2二進(jìn)制碼，由于74ls175為優(yōu)先編碼其，故需要將其未用到的高優(yōu)先級的端和74ls175的輸出的4與非端進(jìn)行連接，避免在無人搶答時輸出型號。74ls148的真值表如右圖：編碼器電路如下：（3）、譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計搶答部分和倒計時部分的譯碼器均采用74ls48芯片，而數(shù)碼管則選擇與之相對應(yīng)的7段共陰數(shù)碼管搭配，為避免電路過小，可在譯碼器與數(shù)碼管間接上拉電阻以增大電流，上拉電阻選用1k的9針排阻。譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路設(shè)計如下：74ls48的真值表如下：（4）、倒計時電路的設(shè)計倒計時電路采用74ls190作為倒計時芯片，并將其輸入端置

8、九，clk信號輸入端采樣1hz的信號輸入，同時可利用其借位輸出端MAXMIN來控制搶答端，并且可以讓電路在到零時保持。74ls190真值表如下：倒計時單元電路如下：（5）、時鐘電路的設(shè)計在本電路中需要兩種時鐘脈沖，一種是給74ls175提供的1khz脈沖信號，另一種是給倒計時電路74ls190提供的1hz，根據(jù)555多諧振蕩器的頻率計算公式：可以求得1hz的電路電阻均取47k，電容取10uf，而1khz電路的電阻取4.7k，電容取0.1uf。（6）、單穩(wěn)態(tài)電路及蜂鳴器的設(shè)計為保證蜂鳴器鳴叫時間為一秒，可以使用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路來實現(xiàn)，單穩(wěn)態(tài)電路的芯片可以選擇74ls123。根據(jù)74ls123的暫穩(wěn)

9、態(tài)計算公式：我們可以選擇R為36k，C為100uf，則在誤差許可范圍內(nèi)，鳴叫時間大約是1秒。74ls123的真值表如下：蜂鳴器采用有源蜂鳴器，為避免單穩(wěn)態(tài)電路輸出端電流不足，可以使用一個NPN三極管來驅(qū)動蜂鳴器鳴叫。單穩(wěn)態(tài)電路及蜂鳴器電路如下：4、電路工作原理;搶答電路：使用74ls175作為鎖存電路，當(dāng)有人搶答時， 利用鎖存器的輸出信號號將時鐘脈沖置零，74ls175立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫1s，這時搶答無效，使用74ls148作為編碼器，對輸入的型號進(jìn)行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入共陰數(shù)碼管里顯示出搶答者的編號。主持人電路：；利用74ls190計數(shù)器作為倒計時的芯片

10、，當(dāng)主持人按下?lián)尨鸢粹o時，74ls190被置九，同時將顯示上次搶到題目的選手編號的數(shù)碼管清零，并開始倒計時，并通過74ls48編碼器將即時時間進(jìn)行編碼，并送到7段共陰數(shù)碼管，顯示此時的時間。假如在9秒內(nèi)有人搶答，則計數(shù)器停止倒計時，將鎖存器鎖存，禁止選手搶答，蜂鳴器鳴叫一秒，停止倒計時。5、整體電路。（具體清晰電路請詳見附件）電路元件清單：名稱及標(biāo)號型號及大小封裝形式數(shù)量鎖存器74ls175DIP161個編碼器74ls148DIP161個譯碼器74ls48DIP162個計數(shù)器74ls190DIP161個4與非門74ls20DIP142個2與非門74ls00DIP141個非門74ls04DIP1

11、41個556NE556NDIP141個單穩(wěn)觸發(fā)器74ls123DIP141個復(fù)位開關(guān)SW-PBSW-PB5個電阻200AXIAL-0.35個47kAXIAL-0.32個35kAXIAL-0.31個4.7kAXIAL-0.32個10kAXIAL-0.31個10AXIAL-0.31個電容100ufRB.3/.61個10ufRB.2/.4一個104RAD-0.21個103RAD-0.12個九針排阻1kSIP92個7段共陰數(shù)碼管2個NPN三極管8050T092-A2個蜂鳴器1個四、電路和程序調(diào)試過程與結(jié)果：先按照設(shè)計圖各個單元電路進(jìn)行仿真，并對各個電路的性能及波形進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)電路的缺點和不足之處，例

12、如74ls190的借位輸出端端雖然在倒計時到0時有低電平出現(xiàn)，但是時間只有半個周期，無法與信號與非，故不能用來和鎖存觸發(fā)器，必須用maxmin代替。當(dāng)調(diào)試好各個單元電路時，對各個電路進(jìn)行連接組裝，連接好后對電路總的性能進(jìn)行調(diào)試，看各部分的功能能達(dá)到要求。本電路在連接后，經(jīng)測試，各部分的功能均能實現(xiàn)，顯示正確五、總結(jié)本電路使用了鎖存器，編碼器，譯碼器數(shù)碼管等構(gòu)成倒計時電路使用了74ls190等電路實現(xiàn)倒計時，并利用使能端及門電路，實現(xiàn)各項鎖存，鳴叫，清零等功能，總結(jié)如下：優(yōu)點：電路功能原理清晰，各項功能均達(dá)到了要求，顯示準(zhǔn)確，反應(yīng)靈敏，無競爭冒險現(xiàn)象，基本滿足了普通競賽的搶答要求。缺點：如果長按住按鈕不放，主持人清零后將能獲得搶答權(quán)，且由于編碼器電路是優(yōu)先編碼器，所以如果兩人搶答時間間隔在1ms以內(nèi)，將出現(xiàn)編號靠前的選手獲得搶答權(quán)的情況。改進(jìn)：可以更