電子搶答器課程設(shè)計(jì)說明書

1、中北大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書學(xué)生姓名:學(xué) 號(hào)：學(xué) 院:電子與計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)學(xué)院專 業(yè):微電子學(xué)題 目:電子搶答器的設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師： 職稱: 2011 年 1 月 5 日目 錄1、設(shè)計(jì)目的32、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求：32.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容32.2、設(shè)計(jì)要求33、設(shè)計(jì)方案43.1、設(shè)計(jì)思路43.2、工作原理及硬件框圖43.3、硬件電路原理圖53.4、pcb版圖設(shè)計(jì)94、課程設(shè)計(jì)總結(jié)135、參考文獻(xiàn)14電子搶答器設(shè)計(jì)說明書1、設(shè)計(jì)目的掌握譯碼器、十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器的邏輯功能和工作原理，設(shè)計(jì)可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路；分析與設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路。畫出定時(shí)搶答器的整機(jī)邏輯電路圖，掌握智力搶答器的工作原理及其設(shè)計(jì)方法

2、，并對(duì)各種元器件的功能和應(yīng)用有所了解。并能對(duì)其在電路中的作用進(jìn)行分析。另外還要掌握電路原理和分析電路設(shè)計(jì)流程。學(xué)習(xí)使用protel軟件繪制電路原理圖及印刷板圖；掌握應(yīng)用ewb對(duì)所設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真，通過仿真結(jié)果驗(yàn)證設(shè)計(jì)的正確性。2、課程設(shè)計(jì)內(nèi)容和要求：2.1、設(shè)計(jì)內(nèi)容 設(shè)計(jì)一個(gè)電子搶答器系統(tǒng)要求如下：1. 設(shè)計(jì)一個(gè)可以容納四組參賽隊(duì)進(jìn)行比賽的電子搶答器。2具有第一搶答信號(hào)高的鑒別和鎖存功能。3具有計(jì)時(shí)功能4具有記分功能。5. 具有犯規(guī)設(shè)置電路。2.2、設(shè)計(jì)要求1，搶答組數(shù)分為四組每組序號(hào)分別為1、2、3、4，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，按鍵s1 s4分別對(duì)應(yīng)四個(gè)組，搶答者按動(dòng)本組按鍵組號(hào)立即

3、在led顯示器上顯示，同時(shí)封鎖其他組的按鍵信號(hào)。2，給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答器的開始。3，搶答者在30s內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，如果30s定時(shí)已到但無(wú)搶答者，則本次搶答無(wú)效系統(tǒng)短暫報(bào)警。4，設(shè)計(jì)一個(gè)由主持人控制的計(jì)分器給每組計(jì)分來實(shí)現(xiàn)計(jì)分功能。3、設(shè)計(jì)方案3.1、設(shè)計(jì)思路電子搶答器的組成框：該設(shè)計(jì)搶答器的電路主要是由搶答開關(guān)電路、觸發(fā)電路、觸發(fā)鎖存電路、編碼器、七段顯示譯碼器幾部分構(gòu)成。3.2、工作原理及硬件框圖 工作原理為： 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

4、態(tài)，宣布開始搶答器工作。定時(shí)器計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。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。再次搶答必須由主持人再次操作清除和開始狀態(tài)開關(guān)。圖1：搶答器原理框圖如圖1：該方案系統(tǒng)主要中由定時(shí)電路，8線-3線優(yōu)先編碼器，rs鎖存器，譯碼顯示和報(bào)警電路等幾個(gè)部分組成。其中定時(shí)電路、8線-3線優(yōu)先編碼器及rs鎖存器三部分的時(shí)序配合非常重要。當(dāng)主持人按下控制按鍵時(shí)，鎖存器清零計(jì)數(shù)器置數(shù)。當(dāng)主持人釋放控制鍵時(shí)發(fā)光二極管點(diǎn)亮，定時(shí)器開始工作，同時(shí)鎖存器的輸出使8線-3線優(yōu)先編碼器使能，編

5、碼器等待數(shù)據(jù)輸入，在30s內(nèi)首先按動(dòng)序號(hào)開關(guān)的做好立即被鎖存到led顯示器上。與此同時(shí)8線-3線優(yōu)先編碼器禁止工作，封鎖其他組的按鍵信號(hào)。若定時(shí)時(shí)間30s已到而無(wú)搶答者，鎖定編碼器搶答按鍵信號(hào)無(wú)效，同時(shí)定時(shí)器輸出信號(hào)使報(bào)警電路發(fā)出短暫報(bào)警信號(hào)說明本次搶答無(wú)效，發(fā)光二極管熄滅。搶答完畢后由主持人確定答案正確與否在計(jì)分器上給予加分或減分。3.3、硬件電路原理圖分塊電路設(shè)計(jì)（一） 編碼/鎖存電路 編碼/鎖存電路如圖2所示：圖中74ls148是8線-3線優(yōu)先編碼器，它的ei、gs及eo分別是輸入、輸出使能端及優(yōu)先標(biāo)志端。當(dāng)st=0時(shí)，編碼器進(jìn)入工作狀態(tài)，如果這時(shí)輸入端至少有一個(gè)編碼請(qǐng)求信號(hào)（邏輯0）輸

6、入時(shí)，在輸出端有編碼信號(hào)輸出，同時(shí)gs為0，否則為一；當(dāng)ei=1時(shí)優(yōu)先標(biāo)志和輸出使能端均為一，編碼器處于禁止?fàn)顟B(tài)。先給出74ls148（8線-3線優(yōu)先編碼器）真值表： 當(dāng)主持人按動(dòng)清除/開始鍵（sb5閉合）時(shí)將rs鎖存器74ls279全部清零，譯碼驅(qū)動(dòng)電路的輸出為0，這時(shí)led顯示器燈滅。同時(shí)由4q于端輸出為低電平使得 n14a輸出為0，則ei=0，編碼器使能，輸入有效。但由于此時(shí)74ls279為清零狀態(tài)，輸出全部為零，不管sb1sb4有無(wú)按鍵按下，顯示組號(hào)的顯示器顯示結(jié)果為0，當(dāng)然計(jì)數(shù)器也不工作，輸出為0，也就是說搶答還未正式開始，當(dāng)主持人釋放清除/開始鍵（sb5打開）后，鎖存器清零狀態(tài)，由

7、于ei依然為0，編碼器使能，而n15a的輸出為1，發(fā)光二極管d點(diǎn)亮，計(jì)數(shù)器開始計(jì)時(shí)，搶答開始。在這期間只要按動(dòng)任意輸入搶答鍵，編碼器輸出經(jīng)rs鎖存器鎖存，由顯示器顯示組號(hào)；與此同時(shí)由于有有效輸入信號(hào)輸入ei由1翻轉(zhuǎn)為04q端輸出為1，即ei=1,編碼器輸入禁止，停止編碼，封鎖其他組的按輸入信號(hào)，led顯示最先按動(dòng)按鍵的那個(gè)組對(duì)應(yīng)的組號(hào)，實(shí)現(xiàn)優(yōu)先搶答功能。圖一中n5（74121）與r9、c1構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路，將主持人按下按鍵sb5釋放后sb5在n13a的輸入端產(chǎn)生的上升沿脈沖轉(zhuǎn)換成一定寬度（ tw = 0.69 r9 c1 ）的脈沖輸出。合理選擇r9、c1，使tw = 0.69 r9 c1 30s

8、，就可以保證使主持人將sb5釋放后發(fā)光二極管d點(diǎn)亮以表示計(jì)時(shí)開始，而30s后d熄滅。n6(74121)與r10、c3構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)電路將30s計(jì)數(shù)器的輸出b1端轉(zhuǎn)換成一定寬度（tw=0.69 r10c3）的輸出脈沖。其作用使保證30s到后禁止編碼器編碼，r9c1要選得足夠大。圖2：編碼/鎖存電路（二）定時(shí)電路 30s定時(shí)電路可以采用如圖4所示電路：圖中當(dāng)主持人按下sb5時(shí)，一方面為74ls279清零，另一方面為30s計(jì)數(shù)器送入置數(shù)信號(hào)，計(jì)數(shù)器完成置數(shù)。當(dāng)釋放sb5后計(jì)數(shù)器進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器為0時(shí)（n=00000000），高位計(jì)數(shù)器（n9）的bo端輸出為0，封鎖秒脈沖，計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)。圖中1hz

9、秒脈沖信號(hào)采用555定時(shí)電路設(shè)計(jì)即可，555定時(shí)電路是一種電路簡(jiǎn)單且多用途的單片中規(guī)模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構(gòu)成單穩(wěn)、多諧和施密特觸發(fā)器。因而要波形的產(chǎn)生與變換、測(cè)量與控制、家用電器和電子玩具等等許多領(lǐng)域中都得到了廣泛的應(yīng)用。如圖3： 圖3：1hz秒脈沖產(chǎn)生電路圖4：30s定時(shí)電路（二） 報(bào)警電路 報(bào)警電路可以采用圖5所示電路：它的工作原理是由555構(gòu)成多諧振蕩器，產(chǎn)生的矩形波（頻率f = 1.43 / ( r13+2r14 ) c2 ），控制晶體三極管構(gòu)成的推動(dòng)級(jí)，使揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警信號(hào)。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74121與電阻r12和電容c4構(gòu)成報(bào)警定時(shí)電路，用于控

10、制報(bào)警狀態(tài)持續(xù)的時(shí)間。當(dāng)30進(jìn)制劍法計(jì)數(shù)器計(jì)滿后，高位計(jì)數(shù)器bo端輸出脈沖的下降沿觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路，使得74121的q端輸出一個(gè)正脈沖，啟動(dòng)報(bào)警電路，正脈沖的寬度tw = 0.69 r12 c4，因此通過選擇r12 和c4的取值，確定報(bào)警持續(xù)時(shí)間。 sb6用于手動(dòng)消除報(bào)警，sb6按下，多諧振蕩器停止震蕩；反之，振蕩器工作。圖5：報(bào)警電路（四）計(jì)分器電路 （計(jì)分部分與搶答器分開單獨(dú)設(shè)計(jì)） 因設(shè)計(jì)計(jì)分功能由主持人單獨(dú)控制，所以計(jì)分部分與搶答器分開單獨(dú)設(shè)計(jì)；計(jì)分功能電路由根據(jù)搶答組數(shù)分四組，每組由3個(gè)74ls48芯片和顯示器以及8421撥碼開關(guān)組成。 計(jì)分功能電路圖如下圖所示： 一組 二組 三組 四組

11、圖6：計(jì)分器功能電路框圖計(jì)分器原理圖圖7：計(jì)分器電路圖3.4、pcb版圖設(shè)計(jì)用protel軟件完成pcb的設(shè)計(jì)。 步驟如下： 1電氣規(guī)則檢查圖8：電氣規(guī)則檢查2、生成元件報(bào)告表文件 圖9 報(bào)告文件圖10：材料清單3、生成的網(wǎng)路表格文件：圖11：生成的網(wǎng)絡(luò)表4、在pcb中導(dǎo)入生成的網(wǎng)絡(luò)表：將網(wǎng)絡(luò)表導(dǎo)入pcb板之后點(diǎn)擊execute就可以生成pcb板，經(jīng)過調(diào)整及自動(dòng)布線即可調(diào)整布線。如（圖13）即為電子搶答器的pcb板（圖14、圖15分別為分別為電子搶答器的頂層pcb板和底層pcb板）。圖12 電子搶答器pcb板 圖13：計(jì)分器pcb板4、課程設(shè)計(jì)總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)歷時(shí)二個(gè)星期左右，通過課程設(shè)計(jì)，發(fā)

12、現(xiàn)自己的很多不足，自己知識(shí)的很多漏洞，看到了自己的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)還是比較缺乏，理論聯(lián)系實(shí)際的能力還急需提高。這次的課程設(shè)計(jì)也讓我看到了知識(shí)的力量。剛開始的時(shí)候，大家各自做自己的課題，但是當(dāng)遇到問題時(shí)便互相幫助，不斷解決出現(xiàn)的各種問題，我從同學(xué)的身上學(xué)到了很多東西。在課程設(shè)計(jì)中只有一個(gè)人自己是不行的，必須有老師和同學(xué)們的幫助，團(tuán)結(jié)協(xié)作是我們成功的一項(xiàng)非常重要保證。而這設(shè)計(jì)也正好鍛煉我們這一點(diǎn)，這也是非常寶貴的。在這個(gè)過程中，我也曾經(jīng)因?yàn)閷?shí)踐經(jīng)驗(yàn)的缺乏失落過，也曾經(jīng)設(shè)計(jì)的成功而熱情高漲。生活就是這樣，汗水預(yù)示著結(jié)果也見證著收獲。勞動(dòng)是人類生存生活永恒變的話題。雖然這只是一次的極簡(jiǎn)單的課程制作（四路搶答器

13、），可是平心而論，也耗費(fèi)了我不少的心血，這就讓我不得不佩服專門搞開發(fā)的技術(shù)前輩，才意識(shí)到老一輩對(duì)我們社會(huì)的付出，為了人們的生活更美好，他們?yōu)槲覀兩鐣?huì)所付出多少心血??！通過這次課程設(shè)計(jì)，我想說：為完成這次課程設(shè)計(jì)我們確實(shí)很辛苦，但苦中仍有樂，和同學(xué)們這十幾天的一起學(xué)習(xí)的日子，讓我們有說有笑，相互幫助，配合默契，多少人間歡樂在這里灑下，大學(xué)里一年的相處還趕不上這十來天的實(shí)習(xí)，我感覺我和同學(xué)們之間的距離更加近了。這個(gè)工程確實(shí)很累，但當(dāng)我們實(shí)驗(yàn)成功的時(shí)候，當(dāng)我們連好線，按下按鈕，led亮了起來，喇叭響起的是我一生以來最好聽的聲音，我的心中就不免興奮，不免激動(dòng)。以前種種艱辛這時(shí)就變成了最甜美的回憶！對(duì)我而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜美的回憶！對(duì)我而言，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學(xué)無(wú)止境的道理。我們每一個(gè)人永遠(yuǎn)不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上一個(gè)非常美好的