8路搶答器的設(shè)計報告(數(shù)字電路課程設(shè)計)梅芳婷

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告8 路智力搶答器設(shè)計與制作設(shè)計要求：1、可同時供 8 名選手或 8 個代表隊參加比賽；2、主持人控制系統(tǒng)的清零（編號顯示數(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；4、搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設(shè)定；5、具有報警功能。設(shè)計人：梅芳婷學(xué)號 ：1881080215專業(yè) ：08 計算機班級 ：2安徽科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告成績：評閱人：安徽科技學(xué)院理學(xué)院8 路智力搶答器設(shè)計與制作8 路智力搶答器是一種用數(shù)字電路技術(shù)實現(xiàn)由主持人控制、定時搶答、 報警功能的裝置。他是在規(guī)定的時間內(nèi)進行搶答。 一旦有人搶答， 顯示器上會同時顯示

2、搶答時間和搶答選手號碼。當超出規(guī)定時間時，即使搶答，不會顯示選手號碼。8 路智力搶答器包括組合邏輯電路和時序電路。通過此次設(shè)計與制作，進一步的了解各種在制作中用到的中小規(guī)模集成電路的作用及實用方法.且由于8 路智力搶答器包括組合邏輯電路和時敘電路 .通過它可以進一步學(xué)習(xí)與掌握各種組合邏輯電路與時序電路的原理與使用方法。一、設(shè)計要求（一）設(shè)計指標1、 計一個智力競賽搶答器，可同時供8 名選手或8 個代表隊參加比賽，他們的編號分別是 0、 1、 2、3、 4、 5、6、 7，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)，分別是 S0 S7。2、給節(jié)目主持人設(shè)置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編

3、號顯示數(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，編號立即鎖存，并在 LED 數(shù)碼管行顯示出選手的編號，同時揚聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。4、搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設(shè)定（如30s）。 當節(jié)目主持人啟動 “開始 ”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響。5、參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。6、 如果定時搶答的時間已

4、到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示00。（二）設(shè)計要求1、畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；2、元器件及參數(shù)選擇；第 1 頁安徽科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告3、電路仿真與調(diào)試；（三）制作要求自行裝配和調(diào)試，并能發(fā)現(xiàn)問題和解決問題。（四）編寫設(shè)計報告寫出設(shè)計與制作的全過程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。二、原理框圖搶答器系統(tǒng)原理框圖如下所示。它由主體電路和擴展電路兩部分組成，主體電路完成基本搶答后， 選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答，擴展電路完成定時搶答的功能，和搶答響鈴、倒計時為零時

5、報警功能。搶答按鈕優(yōu)先編碼電鎖存器譯碼電路顯路示電路主持人控制開控制電路報警電路關(guān)主體電路秒脈沖產(chǎn)生電擴展顯示電路電路定是電路路圖 1 八路智力搶答器的組成框圖三、元器件序號名稱型號數(shù)量1七段譯碼器74LS4812十進制加減計數(shù)器74LS19223555 定時器CB55524優(yōu)先編碼器74HC14815RS 鎖存器74LS27926與非門74LS0017非門74LS0438與門74LS11D1第 2 頁安徽科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告9電阻根據(jù)具體要求710電容16CE470AX211蜂鳴器SP10212開關(guān)AZD1169113共陰極顯示器314搶答按扭DSWPK115開關(guān)SPD116小燈

6、泡PROBE117發(fā)光二極管A694B2四、各功能塊電路圖及功能簡介主體電路電路圖如下：1、電路功能分析（ 1）優(yōu)先編碼電路（ 74LS148 ）分辨出搶答者編號，由鎖存器（ 74LS279 ）鎖存，由譯碼器（ 74LS47）顯示編號；（ 2）控制電路對輸入電路進行封鎖，避免其他人兩次搶答；（ 3） Space 開關(guān)置于“閉合” ，顯示數(shù)碼管熄滅（黑屏） ，置于“斷開” ，等待下一輪。（ 4）當有選手搶答時，譯碼器 74LS47 的BI/RBO 出現(xiàn)高電平，此時蜂鳴器發(fā)生，報警有選手搶答。2、電路工作原理分析第 3 頁安徽科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告（1） RS 觸發(fā)器“ 74LS47 ”

7、的真值表（ 2） RS 觸發(fā)器“ 74LS148 ”的真值表（3） RS 觸發(fā)器“ 74LS279 ”的真值表（與非門）3、工作狀態(tài)（1） Space 位于“消除” ，觸發(fā)器“ 74LS279 ”的四個 R 端接地（低電平） ，輸出端（ 1Q1，1Q2， 2Q1， 2Q2 ）全部為低電平，于是74LS47 的 BI0 ，顯示器燈熄滅。（2）74LS148 選通輸入端ST0（即 EI0 ），74LS148 處于工作狀態(tài)，此時鎖存器不工第 4 頁安徽科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告作。（3）當 Space 位于“開始” 端時，優(yōu)先編碼電路和鎖存器同時工作， 等待輸入端 （ 74LS148 ）的輸入

8、端 0、 7 輸入信號。（4）例如：按下“5”號，編碼器的輸出Y2Y1Y0010，即（ CBA=010 ）經(jīng) RS 儲存器后，1Q1=1,即 BI1，74LS279 處于工作狀態(tài)，2Q2， 2Q1， 1Q2=101,經(jīng)過 74LS47 譯碼后，顯示器顯示“ 5”。（5） 1Q1，使 74LS148 的 ST 1（即 EI1）， 74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其他鍵的輸入。（6）當按下的鍵松開后，74LS148 的 YES1（即 GS1），但由于 1Q 的輸出端仍維持高電平不變，所以仍然處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其他鍵的輸入。（7）當 Space接地，才能復(fù)位，進入下一輪工作。拓展電路1

9、、定時電路：由節(jié)目主持人根設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供?？深A(yù)置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器 74LS192 進行設(shè)計，具體電路如圖所示1、電路功能分析（ 1）通過十進制同步加 /減計數(shù)器 74LS192 進行預(yù)置時間設(shè)置， 由 555 定時器構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生時鐘脈沖，進行倒計時。（2） A 開關(guān)置于“閉合” ，顯示器顯示被置數(shù)30，置于“斷開” ，開始進行30 秒倒計時。2、電路工作原理分析第 5 頁安徽科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告“74LS192 ”的真值表輸入輸出CLDD2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0CCD31

10、×××××××00 0000× × dcbadc ba011××××加計數(shù)011××××減計數(shù)該部分主要由555 定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192 減法計數(shù)電路、 74LS48 譯碼電路和2 個 7 段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。兩塊74LS192 實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48 顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192 的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn)預(yù)置數(shù)，設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對

11、計數(shù)器進行預(yù)置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。 按鍵彈起后， 計數(shù)器開始減法計數(shù)工作， 并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管 DPY_7-SEG 上，當有人搶答時， 停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間； 如果沒有人搶答， 且倒計時間到時，輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。2、 控制電路設(shè)計時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能：主持人將控制開關(guān)撥到 “開始 ”位置時， 揚聲器發(fā)聲， 搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)。當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。當設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路

12、停止工作。根據(jù)上面的功能要求設(shè)計的時序控制電路如圖5 所示。圖中，門G1 的作用是控制時鐘信號 CP 的放行與禁止，門G2 的作用是控制74LS148 的輸入使能端。下圖的工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清除 ”位置撥到 “開始 ”位置時，來自于圖2中的 74LS279 的輸出 Q=0，經(jīng) G3 反相， A 1，則時鐘信號CP 能夠加到74LS192 的 CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則“定時到信號 ”為 1，門第 6 頁安徽科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告G2 的輸出 =0 ，使 74LS148 處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答

13、鍵時， Q 1，經(jīng) G3 反相， A 0，封鎖 CP 信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時門 G2 的輸出 =1，74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求。當定時時間到時，則 “定時到信號 ”為 0， =1， 74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。同時門 G1 處于關(guān)閉狀態(tài)，封鎖 CP 信號，使定時電路保持 00 狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能的要求。五、總接線元件布局簡圖六、總結(jié)1 實驗過程中遇到的問題及解決方法（ 1）對搶答器數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能的處理在實驗初期設(shè)計的電路基本功能電路中，選手搶答時，具有優(yōu)先級排列，電路顯示不具有穩(wěn)定性，不斷產(chǎn)生脈沖。 在老師的幫忙， 發(fā)現(xiàn)是

14、在對SR 鎖存器 74LS279 的接線上有問題， S 和 R 端在不斷的被置為高電平和低電平，導(dǎo)致電路不穩(wěn)定，后仔細研究電路產(chǎn)生的脈沖，調(diào)試，得以實現(xiàn)搶答器對數(shù)據(jù)鎖存顯示的功能。（ 2）對定時搶答功能的處理實驗初期，對十進制加減法計數(shù)器74LS192 的真值表和555 定時器各功能端度沒能掌握，導(dǎo)致對置數(shù)和產(chǎn)生脈沖進行減數(shù)兩個功能都沒能實現(xiàn)，后經(jīng)過上網(wǎng)和到圖書館查閱資料，并在老師的解釋下，了解了如何正確使用，經(jīng)多次連接實驗，最終實現(xiàn)定時搶答功能。（ 3） 報警功能設(shè)置經(jīng)查閱資料，得到報警功能設(shè)置的電路設(shè)計及時序控制電路如下：報警電路第 7 頁安徽科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計報告由 555 定

15、時器和三極管構(gòu)成的報警電路如下圖所示。其中555 構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率 fo 1.43（ R1 2R2）C，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。 PR 為控制信號，當 PR 為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。時序控制電路集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121 用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。由于所使用的multisim1.0 仿真軟件沒有74LS121 非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,所以無法調(diào)試該功能的有效性，但是我在基本功能的設(shè)置時添加了一個蜂鳴器，如果有選手搶答，則蜂鳴器發(fā)聲。另外在定時電路上也添加了蜂鳴器和指示燈，以達到報警功能。但是由于本人使用的multisim1.0 仿真軟件又存在無法發(fā)聲的問題，所以無法驗證報警功能是否達到。2 設(shè)計體會實驗的初期， 由于對整個的電路還不能從整體把握，只能從實驗書上的實驗要求出發(fā)，結(jié)合查找到的資料提出解決方案。通過多次連接他人的電路，不斷地發(fā)現(xiàn)問題，解決問題， 于是對電路的設(shè)計和要求有了自己的想法，并加以了嘗試。 這次實驗是數(shù)電實驗的一個綜合性實驗，通過這次實驗， 使我