數(shù)字搶答器課程設(shè)計(jì)

數(shù)字搶答器摘要智力競(jìng)賽活動(dòng)必不可少的設(shè)備，通過(guò)搶答者的按鍵、數(shù)碼顯示等能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出優(yōu)先搶答者。本產(chǎn)品采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動(dòng)鎖存分為八路搶答；在搶答同時(shí)附有聲音輸出接口，提示主持人此時(shí)已完成這次的搶答。不無(wú)需人工參與。與其他搶答器電路相比較有分辨時(shí)間極短、結(jié)構(gòu)清晰、成本低、易操作、制作方便等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：競(jìng)賽活動(dòng)、搶答、鎖存、復(fù)位、可調(diào)倒計(jì)時(shí)1目錄1引言.................................................................................................................32設(shè)計(jì)目的...........................................................................................................33設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求.....................................................................................................34總體框圖設(shè)計(jì)與論證.............................................................................................45功能模塊設(shè)計(jì)及系統(tǒng)工作分析.............................................................................55.1功能模塊設(shè)計(jì)………..……..………………55.2系統(tǒng)工作原理分析……………………..…...65.3主要元器件功能介紹……………………....75.3.1鎖存器（74HC573）5.3.2優(yōu)先編碼器（74LS147）..........................................................................85.3.3計(jì)數(shù)器（74LS192）5.3.4顯示譯碼器（CD4511、74LS48）6實(shí)驗(yàn)器材清單.......................................................................................................137設(shè)計(jì)步驟及各功能電路調(diào)試...............................................................................147.1仿真157.2調(diào)試鎖存器電路………….157.3調(diào)試編碼與譯碼顯示電路……………….167.4調(diào)試控制電路……………………..……...167.5秒脈沖………………….…167.6調(diào)時(shí)電路………….……....178心得體會(huì).........................................................................................................17謝辭.....................................................................................................................19參考文獻(xiàn)...............................................................................................................20附錄A：......................................................................................................................21附錄B：......................................................................................................................2221引言在科技高速發(fā)展的21世紀(jì)，人才成為最重要的社會(huì)資源之一。競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，人才選拔，評(píng)選擇優(yōu)的活動(dòng)越加頻繁，而在這些活動(dòng)當(dāng)中，往往分為幾組選的誤差，造成比賽的不公平性。本著公平公正的原則，就需要有一種穩(wěn)定、準(zhǔn)確的工具，因此數(shù)字競(jìng)賽器應(yīng)運(yùn)而生，由于其準(zhǔn)確性高、實(shí)用性強(qiáng)，所以得到迅速推廣，從最初的益智類節(jié)目，廣泛應(yīng)用到各類活動(dòng)、娛樂(lè)節(jié)目中。二極管的指示辨認(rèn)出選手號(hào)碼，現(xiàn)在大多數(shù)競(jìng)賽器單片機(jī)或數(shù)字集成電路組成。2設(shè)計(jì)目的進(jìn)行理論設(shè)計(jì)、安裝調(diào)試、后期制作、分析總結(jié)等環(huán)節(jié)，以提高在電子技術(shù)方面的實(shí)踐技能和科學(xué)作風(fēng)，學(xué)習(xí)掌握工程設(shè)計(jì)的方法和組織實(shí)踐的基本技能。3設(shè)計(jì)指標(biāo)及要求3.188、、833.23.33.43.5圖如圖所示為總體方框圖。其工作原理為：4關(guān)，即需要主持人清零。4.選手答題時(shí)可以通過(guò)可調(diào)計(jì)時(shí)器設(shè)定時(shí)間。圖數(shù)字競(jìng)賽器的電路原理圖如圖觸發(fā)控制電路、LED數(shù)碼顯示電路、計(jì)時(shí)電路等組成。05（高電平有效）和三態(tài)允許控制端OE端（低電平有效）等組成。搶答觸發(fā)控制電路由搶答按鈕J-J、限流電阻R-R以及74LS57318185.2系統(tǒng)工作原理分析6JJJJ比賽時(shí)，、由參賽選手控制，由主持人控制。該鍵在主1280持人喊“開(kāi)始”前按下，開(kāi)始后當(dāng)任意一個(gè)選手搶先按下按鈕時(shí)，74LS30的輸出將跳變?yōu)榈碗娖?，這個(gè)低電平使74LS573處于鎖存狀態(tài)，那么其他QQQ選手再按搶答按鈕就無(wú)效了。此時(shí)它的輸出、….被鎖存，隨即編017碼器進(jìn)行編碼。74LS147為10線到4線的編碼器，輸入端為低電平有效，CD4511譯碼后通過(guò)七段共陰數(shù)碼管將相應(yīng)搶答選手編號(hào)顯示出來(lái)。同時(shí)74LS30的這個(gè)低電平使二極管VD導(dǎo)通，驅(qū)動(dòng)蜂鳴器BL發(fā)出“嘀”聲。JD鎖存器進(jìn)行解鎖。0又進(jìn)行下一輪搶答。當(dāng)允許數(shù)據(jù)輸入時(shí)，74LS573的11腳為高電平，經(jīng)過(guò)譯碼后數(shù)碼管不顯示。同時(shí)BL不發(fā)音。5.3主要元器件功能介紹5.3.1鎖存器（74HC573）鎖存器74HC573的輸出端為Q～Q07制端OE為低電平時(shí)，Q～Q為正常邏輯狀態(tài)，可用來(lái)驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。07當(dāng)OE為高電平時(shí)，Q～Q07但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí)，Q隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時(shí)，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。輸出能直接接到CMOS，NMOS和TTL接口上。操作電壓范圍：2.0V～6.0V低輸入電流：1.0uACMOS器件的高噪聲抵抗特性引出端符號(hào)：D～D數(shù)據(jù)輸入端07OELE三態(tài)允許控制端（低電平有效）鎖存允許端7Q～Q0774LS573外部管腳圖如圖1-3：表8圖5.3.3計(jì)數(shù)器（74LS192）DUDUDU或DUUUD95.3.4顯示譯碼器（CD4511、74LS48）CD4511、74LS48是用于驅(qū)動(dòng)共陰極LED（數(shù)碼管）顯示器的BCD碼—七段碼譯碼器，特點(diǎn)：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器。引腳排列如圖3.5所示。其中abcd為BCD碼輸入，a為最低位。LT為燈測(cè)試端，加高電平時(shí)，顯示器正常顯示，加低電平時(shí)，顯示器一直顯示數(shù)碼為消隱功能端，低電平時(shí)使所有筆段均消隱，正常顯示時(shí)，B1端應(yīng)加高電平。另外CD4511是7段輸出，可驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管。另外，CD4511顯示數(shù)“6”時(shí)，a段消隱；顯示數(shù)“9”時(shí)，d段消隱，所以顯示6、9這兩個(gè)數(shù)時(shí)，字形不太美觀。10圖輸出端（Ya－Yg）為高電平有效，可驅(qū)動(dòng)燈緩沖器或共陰極VLED。當(dāng)要求輸出0－15時(shí)，消隱輸入（BI）應(yīng)為高電平或開(kāi)路，對(duì)于輸出為RBIBI當(dāng)BI為高電平或開(kāi)路時(shí)，LT為低電平可使Ya－Yg均為高電平。RBO消隱輸入（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效）74LS3074LS00的引腳圖真值表下（圖1-8和圖圖6實(shí)驗(yàn)器材清單21212112121311133為8為2圖1和CD4511的鎖存功能端平有效，即輸入高電平時(shí)執(zhí)行鎖存功能。鎖存器應(yīng)能鎖定第一個(gè)搶答信號(hào)，并拒絕后面搶答信號(hào)的干擾。如何設(shè)計(jì)呢，我們對(duì)0～9十個(gè)數(shù)字的顯示筆段進(jìn)行分析，只有0數(shù)字的d筆段亮與g筆段滅，其它數(shù)字至少有一點(diǎn)不成立。由此可以區(qū)分0與其它數(shù)字。我們將LED管的a筆段與g筆段的輸入信號(hào)反饋到鎖存電路，通過(guò)鎖存電路控制鎖存端LE輸入為0或1（鎖存LED顯示器顯示為0譯碼芯片不鎖存；當(dāng)LED顯示器顯示其它數(shù)字時(shí)，LE=1，芯片鎖存。這樣只要顯示器上顯示為0，CD4511譯碼芯片才不鎖定，顯示其它數(shù)字均鎖存。所以只要有選手按了按1～8再按下按鍵均不起作用。例如J鍵先按下，顯示器上顯示1，LE=1芯片鎖1存，其他選手再按J～J，顯示器上仍顯示1，J按下之后的任一按鍵信281號(hào)均不顯示。直到主持人按清零鍵J，顯示器上又顯示0，LE=0，鎖存功0能解除，又開(kāi)始新一輪的搶答。若所有的數(shù)字都不能鎖存，說(shuō)明不管LED顯示什么數(shù)字，CD4511管腳的5腳輸入為低電平，可能是5腳與地短接或者是鎖存電路的兩個(gè)二極管VD13和VD14斷開(kāi)等故障；若只有1和7兩個(gè)數(shù)字不顯示則可以分析一下其原因：顯示1和7數(shù)字時(shí)g段不亮，CD4511的gb段亮d段不亮本應(yīng)該三極管VT截止而使VT13導(dǎo)通，產(chǎn)生高電平（鎖存信號(hào)）給LE，現(xiàn)在不能鎖存說(shuō)明VD13截止，推斷是三極管擊穿損壞。7.3調(diào)試編碼與譯碼顯示電路顯示器上不顯示數(shù)字，我們從后級(jí)往前級(jí)進(jìn)行測(cè)試，首先用1.5～2V的電壓作用各個(gè)筆段,看對(duì)應(yīng)各筆段是否亮,判斷是否完好。若完好則繼續(xù)檢測(cè)CD4511芯片是否完好。在CD4511的四個(gè)輸入端隨意輸入一組二進(jìn)制數(shù)碼，看是否能顯示數(shù)字。無(wú)顯示的故障一般問(wèn)題出在這兩個(gè)環(huán)節(jié)。若顯示器上顯示的是不符合要求的數(shù)字，在設(shè)計(jì)原理正確的前提下，首先通過(guò)測(cè)試判斷CD4511的輸出a～g與LED管的a～g筆段是否連接有錯(cuò)。其方法是CD4511的輸出a～g分別按規(guī)律輸入高低電平，觀察LED管是否15圖7.5秒脈沖圖16此次課程設(shè)計(jì)我選擇的課題是數(shù)字競(jìng)賽器，我之所以選這個(gè)課題是因?yàn)樗容^實(shí)用，而且它要用到鎖存器、優(yōu)先編碼器、譯碼器、計(jì)數(shù)器、與用芯片。通過(guò)查資料我初步設(shè)計(jì)了兩種方案：一個(gè)主要采用集成組合邏輯電路，方案二主要采用的是集成時(shí)序邏輯電路。具體方案如下：8D鎖存器74HC573實(shí)現(xiàn)搶答與鎖存功能。它的8個(gè)輸入分別由限流電阻接到搶答按鈕處由選手控制。主持人控的8個(gè)輸入接到8輸入與非門與非后的結(jié)果再與電阻R9與非后接到74HC573的所存允許控制端LE端。如此一來(lái)，在主持人按下清零按鈕后，只要有一個(gè)選手按下?lián)尨鸢粹o，則經(jīng)過(guò)一系列與非LE就跳變高電平，使得74HC573處于鎖存狀態(tài)。那么其他選手再按搶答按鈕就無(wú)效了。同時(shí)74HC573的8個(gè)輸出接到編碼器的輸入端，編碼后再由譯該電路將譯碼器的D端輸入接74HC573該端為低電平，數(shù)碼管為正常顯示數(shù)字；允許數(shù)據(jù)輸入時(shí)，74HC573的11腳為高電平，經(jīng)過(guò)譯碼后數(shù)碼管不顯示。音頻電路可以用二極管的開(kāi)關(guān)特性來(lái)控制。方案二：該電路采用的主要是一個(gè)8D觸發(fā)器集成電路74LS273，接通電源后，復(fù)位電路產(chǎn)生復(fù)位電壓并加至IC1的CR端，使IC1清零復(fù)位。在未按動(dòng)搶答按鈕S1-S8時(shí),IC1的八個(gè)輸入端(D1—D8)和八個(gè)輸出端(Q1—Q8)均為低電平，晶閘管VT數(shù)碼顯示器無(wú)顯示，揚(yáng)聲器BL無(wú)聲音。當(dāng)按動(dòng)搶答按鈕S1-S8中某支開(kāi)關(guān)時(shí)，與該開(kāi)關(guān)相接的隔離二極管將導(dǎo)通，使VT導(dǎo)通，其陰極變?yōu)楦唠娖剑灰环矫嫱ㄟ^(guò)C2觸發(fā)音樂(lè)集成電路IC3,BL發(fā)出”聲；另一方面使IC1的CK端由低電平變?yōu)楦唠娖剑笽C1內(nèi)相應(yīng)的觸發(fā)器動(dòng)作，相應(yīng)的輸出端輸出高電平并被鎖存。此高電平經(jīng)IC2譯碼處理后，驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼顯示器顯示相應(yīng)的數(shù)字(若按動(dòng)按鈕S8，則IC1的D8和Q8端均變?yōu)楦唠娖?，LED數(shù)碼顯示器顯示數(shù)字“8”)。一旦電路被觸IC1的輸出數(shù)據(jù)再發(fā)生改變，LED數(shù)碼顯示器中顯示的數(shù)字也不會(huì)變化，揚(yáng)聲器BL也不會(huì)發(fā)聲，從而實(shí)現(xiàn)了優(yōu)先搶答。只有在主持人按動(dòng)一下復(fù)位按鈕SO后，電路將自動(dòng)復(fù)18位，LED數(shù)碼顯示器上的數(shù)字消失，才能進(jìn)行下一輪搶答。由于第一種方案所用的芯片比較多，這也可以學(xué)習(xí)更多的知識(shí)，所以我選擇了第一種方案。在調(diào)試的過(guò)程中我也碰了不少壁，我到處查資料、仿真、調(diào)試。一直重復(fù)這些事情。有時(shí)候我查了老半天才發(fā)現(xiàn)就兩條線接反了，不過(guò)在檢查電路的過(guò)程中我無(wú)形中對(duì)電路更加熟悉，且對(duì)每個(gè)芯片的功能特性也更加熟練。經(jīng)過(guò)老師指導(dǎo)才發(fā)現(xiàn)自己只考慮了理論的可行性，沒(méi)有考慮實(shí)際中的干擾問(wèn)題，其中最大的一個(gè)問(wèn)題是組合邏輯電路