智力競(jìng)賽搶答器課程設(shè)計(jì)

1、數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)八路智力搶答器學(xué)校: 河南大學(xué)院系: 計(jì)算機(jī)與信息工程學(xué)院姓名: 班級(jí): 07自動(dòng)化學(xué)號(hào): 時(shí)間: 2009-12-24目錄 第一章 引言 31.1 設(shè)計(jì)要求 .3 1.2 功能要求 .31.3 摘要 .3第二章 方案設(shè)計(jì)與論證 32.1 各部分電路簡(jiǎn)述 .32.2 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述 .4第三章 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì) 43.1 搶答器電路設(shè)計(jì)與相關(guān)元器件 .43.2 定時(shí)電路設(shè)計(jì)與相關(guān)元器件 .63.3 報(bào)警電路設(shè)計(jì)與相關(guān)元器件 .83.4 時(shí)序電路與相關(guān)元器件 .83.5 智力搶答器電路原理圖 .93.6 元器件清單 10設(shè)計(jì)總結(jié)體會(huì) .11參考文獻(xiàn) .11第一章 引言 一、設(shè)計(jì)要求

2、1. 設(shè)計(jì)一個(gè)智力搶答器,可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽. 他們的編號(hào)分別是1、2、3、4、5、6、7、8，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。2. 節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開(kāi)關(guān),用來(lái)控制系統(tǒng)的復(fù)位和搶答開(kāi)始.3. 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能.搶答開(kāi)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)出聲音提示.此外封鎖輸入電路,禁止其它選手搶答.優(yōu)先搶答的選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)復(fù)位為止.二、功能要求1. ”開(kāi)始”鍵后,要求定時(shí)器立即開(kāi)始減計(jì)時(shí),并用顯示器顯示,同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出

3、短暫的聲響,聲響持續(xù)時(shí)間0.5S左右.2. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答,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)消零為止.3. 如果定時(shí)搶答器時(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00.三、摘要1. 數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)張電路組成.優(yōu)先編碼電路,鎖存器,譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出:用控制電路和主持人的開(kāi)關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路,以上兩部分組成主體電路.通過(guò)定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能,構(gòu)成擴(kuò)展電路.經(jīng)過(guò)布線,焊接,調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成型

4、.2. 搶答器四周有安裝孔,可以方便的安裝在操作臺(tái)上,外接搶答按鈕接入相應(yīng)的接線端子,如果需要外接電鈴或指示燈,則接入繼電器端子,安裝完畢后就可以上電了,搶答器的電流輸入為5V直流輸入.3. 搶答器通上電后,蜂鳴器響,三個(gè)數(shù)碼管都顯示0,按下復(fù)位按鈕后進(jìn)入正常工作狀態(tài),這時(shí)可以設(shè)定搶答倒計(jì)時(shí)間,只要按動(dòng)10進(jìn)制編碼 按鈕分別對(duì)時(shí)間的十位和個(gè)位設(shè)定,設(shè)定的時(shí)間在數(shù)碼管上實(shí)時(shí)的顯示出來(lái).設(shè)定的時(shí)間范圍為:030秒,設(shè)定完時(shí)間后,就可以按動(dòng)開(kāi)始按鈕,表示搶答開(kāi)始,這時(shí)蜂鳴器響0.1秒,提示各位選手,搶答已經(jīng)開(kāi)始,同時(shí)倒計(jì)時(shí)器開(kāi)始從設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí).4. 若在搶答時(shí)間內(nèi)有人搶答,則第三個(gè)數(shù)碼管立即

5、顯示搶答位號(hào),倒計(jì)時(shí)間停止倒計(jì)時(shí),所用掉的時(shí)間就是搶答的時(shí)間,同時(shí)蜂鳴器響2秒,繼電器吸合2秒,表示有人搶答,在這個(gè)按鍵之后按下的按鍵除了復(fù)位鍵外,其他按鍵均無(wú)效,只有主持人按下復(fù)位鍵后,可以進(jìn)入下一輪搶答.5. 若在搶答時(shí)間內(nèi)均無(wú)人搶答,則在倒計(jì)時(shí)器計(jì)數(shù)到0的時(shí)候,第三個(gè)數(shù)碼管顯示0,表示無(wú)人搶答,蜂鳴器響2秒,繼電器吸合2秒,這時(shí)除了復(fù)位鍵外,其他鍵均無(wú)效, 只有主持人按下復(fù)位鍵后,可以進(jìn)入下一輪搶. 第二章 方案設(shè)計(jì)與論證一、各部分電路簡(jiǎn)述1. 30秒定時(shí)器：可由兩片74LS192構(gòu)成，當(dāng)?shù)谝黄瑸榱慵摧敵鰹?111是通過(guò)74LS20將脈沖信號(hào)截止，使其顯示為00.2. 搶答器部分：由一7

6、4LS148優(yōu)先編碼器實(shí)現(xiàn)搶答功能，用74LS279將選手代碼鎖存直到主持人消零為止，然后用七段譯碼器顯示選手代碼。3. 脈沖產(chǎn)生電路：可由一74LS121來(lái)產(chǎn)生，提供給定時(shí)電路及聲響電路。4. 報(bào)警部分：由一NE555定時(shí)器來(lái)控制，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為零時(shí)產(chǎn)生報(bào)警響聲。 二、設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)述：1. 定時(shí)搶答器的總體框圖如下圖所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開(kāi)始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答，擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。2. 定時(shí)搶答器的工作過(guò)程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開(kāi)關(guān)置于“消除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，

7、編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，當(dāng)定時(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)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：優(yōu)先編碼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)；揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，提醒節(jié)目主持人注意；控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答；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)消零為止，當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢，主持人操作控制開(kāi)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。第三章 系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)一、搶答器電路設(shè)計(jì) 1. 搶答電路的功能有兩個(gè)：

8、一是分辨選手按鍵的先后，并鎖存搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用；二是是其他選手的按鍵操作無(wú)效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器,74LS138,74LS279可完成上述功能。譯碼電路選用74LS48芯片具體電路如圖1所示，其工作原理為：2. 當(dāng)主持人控制開(kāi)關(guān)處于“清除”位置時(shí)，RS觸發(fā)器R為低電平，輸出端（4Q1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0,顯示器滅燈；74LS148的選通輸入ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存器電路不工作。當(dāng)主持人開(kāi)關(guān)撥到開(kāi)“始位”置，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)開(kāi)始工作，等待輸入信號(hào)I7，···，I0。當(dāng)有選手按

9、下鍵時(shí)，74LS148的輸出Y2Y1Y0=010,Yex=0。經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1,BI=1，74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101。經(jīng)過(guò)74LS48譯碼后，顯示器顯示選手編號(hào)。此外，CTR=1，是74LS148的ST為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其他選手按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開(kāi)后，74LS148的Yes為高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其他選手的輸入不會(huì)被接收，保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。搶答完后主持人使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。電路圖如圖所示:3. 七段數(shù)碼管顯示器74LS48測(cè)試燈輸入端。

10、=0（低電平有效）且=1時(shí)，Ya-Yg輸出均為1，顯示器七段應(yīng)全亮，否則說(shuō)明顯示器件有故障。正常譯碼顯示時(shí)，應(yīng)處于高電平，即=1。雙重功能端。此端可作為輸入信號(hào)端又可以作為輸出信號(hào)端。作為輸入端時(shí)是熄滅信號(hào)輸入端，利用端可按照需要控制數(shù)碼管顯示或不顯示。當(dāng)=0時(shí)（低電平有效），無(wú)論A3A2A1A0狀態(tài)如何，Ya-Yg均為0，數(shù)碼管不顯示。當(dāng)該端作為輸出端時(shí)是滅零輸出端，當(dāng)=0，且A3A2A1A0=0000時(shí)，=0。滅零輸入端。該端的作用是將數(shù)碼管顯示的數(shù)字O熄滅。當(dāng)=0（低電平有效）、且A3A2A1A0=0000時(shí)，Ya-Yg均輸出0，數(shù)碼管不顯示。 其功能和引腳如圖所示:4. 74LS148

11、優(yōu)先編碼器功能優(yōu)先編碼器在同一時(shí)間內(nèi),當(dāng)多個(gè)輸入信號(hào)請(qǐng)求編碼時(shí),只對(duì)優(yōu)先級(jí)別高的信號(hào)進(jìn)行編碼的邏輯電路,常用的集成優(yōu)先編碼器有74LS148(8線-3線)其原理圖和功能真值表如圖:二、定時(shí)電路設(shè)計(jì)1. 主持人設(shè)定搶答器時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)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，可預(yù)置時(shí)間進(jìn)行倒計(jì)時(shí)電路選十進(jìn)制同步可逆，計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，倒計(jì)時(shí)到零時(shí)，定時(shí)電路輸出低電平有效的“定時(shí)到信號(hào) ”。如圖所示為八路智力競(jìng)賽搶答器的定時(shí)電路單元圖。 同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體電路如圖所示。 該倒計(jì)時(shí)顯示電路由兩個(gè)74LS192及兩個(gè)譯碼器及七段顯示器構(gòu)成,高位片置

12、數(shù)1,低位片置數(shù)5,down端接555輸出的脈沖,從而實(shí)現(xiàn)30秒倒計(jì)時(shí).2. 74LS192引腳圖管腳及功能表74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如下所示：圖5-4  74LS192的引腳排列及邏輯符號(hào)               （a）引腳排列           

13、0;           (b) 邏輯符號(hào)圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。              輸入     輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 1 ×&#

14、160;× ×××××0000 0 0× ×dcbadcba 0 1 1××××    加計(jì)數(shù) 0 1 1 ××××    減計(jì)數(shù)其功能表如下: 表5-2  74LS192的功能表三、報(bào)警電路設(shè)計(jì)由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖所示。555定時(shí)器構(gòu)成多

15、諧振蕩器，振蕩頻率f=1.43/(R1+2R2)C。其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器，PR為高電平時(shí)多諧振蕩器工作，否則振蕩器停振。 四、時(shí)序控制電路 搶答器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：主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”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)。 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)電路停止工作。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。五、搶答器電路原理圖六、元器件清單序號(hào)名 稱型 號(hào)數(shù)量備 注1七段譯碼器74LS4832十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器74LS19223555定時(shí)器CB55524優(yōu)先編碼器74HC

16、14815單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS12116RS鎖存器74LS279 17與非門(mén)74LS20 1每個(gè)芯片有4個(gè)兩輸入端的與非門(mén)8與非門(mén)74LS031每個(gè)芯片有4個(gè)三輸入端的與非門(mén)9反向器74LS04 1每個(gè)芯片有6個(gè)非門(mén)10三極管SDG130111電阻ROHM 1100K12電阻ROHM 215K13電阻ROHM 910K14電阻ROHM 268K15電阻ROHM 21K16電阻ROHM 351017電容16CE470AX 1100uF18電容16CE470AX 210uF20電容16CE470AX 10.01uF19揚(yáng)聲器SP10119開(kāi)關(guān)AZD1169120共陰極顯示器321搶答按扭SB 82

17、2發(fā)光二極管A694B 223LED 顯示器8 24譯碼器74LS1381設(shè)計(jì)總結(jié)體會(huì)經(jīng)過(guò)兩周的課程設(shè)計(jì),我學(xué)會(huì)了如何進(jìn)行電路設(shè)計(jì)及豐富了自己的理論知識(shí)和實(shí)踐實(shí)習(xí)能力,在設(shè)計(jì)過(guò)程中,加深了對(duì)組合和時(shí)序邏輯電路的掌握情況,同時(shí)也使得學(xué)過(guò)的知識(shí)得到了鞏固與復(fù)習(xí),在設(shè)計(jì)搶答器、報(bào)警器、定時(shí)器的過(guò)程中，通過(guò)翻閱資料，上網(wǎng)搜索等，我對(duì)各電路器件（如：與非門(mén)，555定時(shí)器和LED顯像管等）及原理有了更深一層次的認(rèn)識(shí)，既增強(qiáng)了我的理解能力,也使我能更好的運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)。在設(shè)計(jì)之初,并不明白如何用所學(xué)的器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電路的功能,經(jīng)過(guò)老師諄諄教導(dǎo)和小組內(nèi)的激情討論,最終確定了答題的設(shè)計(jì)方案,在設(shè)計(jì)的過(guò)程中,不斷的發(fā)現(xiàn)和克服困難,使我明白了,學(xué)習(xí)并非上課認(rèn)真學(xué)習(xí)那么簡(jiǎn)單,我深深的體會(huì)到了,要將所學(xué)的理論知識(shí)轉(zhuǎn)變成