課程設(shè)計：三路搶答器

三人搶答計時器、摘要智力競賽搶答計時器是一名公正的裁判員，它的任務(wù)是從若干名參賽者中確定出最先的搶答者，并要求參賽者在規(guī)定的時間里回答完問題。二、設(shè)計要求設(shè)計一個三人參加的智力競賽搶答計時器。當有某一參賽者首先按下?lián)尨痖_關(guān)時，相應(yīng)顯示燈亮并伴有聲響。此時，搶答器不再接收其他輸入的信號。電路具有回答問題時間控制功能。要求回答問題的時間小于等于100秒（顯示0?99）,時間顯示采用倒計時方式。當達到限定時間時，發(fā)出聲響以示警告。三、 給定條件及元器件要求電路主要選用中規(guī)模CMOS集成電路CC4000系列。電源電壓為5~10V。3.本設(shè)計要求在數(shù)字電路實驗箱上完成。四、 設(shè)計內(nèi)容電路各部分的組成和工作原理。元件器的選取及其電路圖和功能。電路各部分的調(diào)試方法。在整機電路的設(shè)計調(diào)試過程中，遇到什么問，其原因及解決的辦法。五、電路組成和工作原理

圖（一）根據(jù)上面所說的功能要求，智力競賽搶答計時系統(tǒng)的組成框如圖（一）所示。它主要由六部分組成；1、搶答器——是三人搶答計時器的核心。當參賽者的任意一位首先按下?lián)尨痖_關(guān)時，搶答器即刻接受該信號，指使相應(yīng)發(fā)光二級管亮（或音響電路發(fā)出聲音），與此同時，封鎖住其他參賽者的輸入信號。2、搶答控制電路——由三個開關(guān)組成。三名參賽者各控制一個，撥動開關(guān)使相應(yīng)控制端的信號為高電平或低電平。3、清零裝置——供比賽開始前裁判員使用。它能保證比賽前觸發(fā)器統(tǒng)一清零，避免電路的誤動作和搶答過程的不公平。4、顯示聲響電路——比賽開始，當某一參賽者按下?lián)尨鹌鏖_關(guān)時，觸發(fā)器接受該信號，在封鎖其他開關(guān)信號的同時，使該路的發(fā)光二極管發(fā)出亮光和蜂鳴器發(fā)出聲響，以引起人們的注意。5、計時顯示聲響電路——是對搶答者回答問題時間進行控制的電路。若規(guī)定回答問題時間小于等于100秒（顯示為0—99），那么顯示裝置應(yīng)該是一個二位數(shù)字顯示的計數(shù)系統(tǒng)。6、振蕩電路——它應(yīng)該提供給搶答器，計時系統(tǒng)和聲響電路工作的控制脈沖。六、設(shè)計步驟及方法三人競賽搶答計時器系統(tǒng)的原理圖如圖（二）所示：1、搶答控制電路三人競賽搶答計時器系統(tǒng)的原理圖如圖（二）所示：1、搶答控制電路該系統(tǒng)由開關(guān)A,B,C組成，分別由三名參賽者控制。常態(tài)時開關(guān)接地，比賽時，按下開關(guān)，使該端為高電平。為實驗方便，搶答開關(guān)也可以利用實驗箱上電平輸出開關(guān)。撥動邏輯開關(guān)，相當于輸出邏輯高低電平。2、搶答器由圖（二）看出，搶答器是由三個D型觸發(fā)器和與非門G1組成。它的工作原理是這樣的：如果參賽者A首先按下開關(guān)，使該端的輸入信號為高電平，觸發(fā)器Fa的輸入端D接收該信號使輸出Q為高電平，相應(yīng)的Q為低電平，這個低電平信號同時送到與非門G1的輸入端，與非門G1被封鎖，使觸發(fā)器的控制脈沖CP信號由于與非門G1封鎖而被拒之門外，觸發(fā)器FB和FC因為不具備CP脈沖信號而不接收開關(guān)B和C控制端送入的信號（其他兩種情況類同）。因為該電路只接收第一個輸入信號，即使此時其他參賽者也按下開關(guān)，但由于與非門已被封鎖，信號是輸入不進去的。3、清零裝置

為了保證電路正常工作，比賽開始前，裁判員都要將各觸發(fā)器的狀態(tài)統(tǒng)一清零。本系統(tǒng)利用D觸發(fā)器的異步復(fù)位端來實現(xiàn)清零功能。由圖（二）可以看出，該觸發(fā)器的異步復(fù)位端為R該觸發(fā)器的異步復(fù)位端為Rd,低電平用一個開關(guān)J控制，正常比賽時，使SD均處于高電平，用叮=0實現(xiàn)復(fù)位功能。4、計時顯示聲響電路計時電路采用倒計時方法，最大顯示為99秒。當裁判員給出“請回答”指令后，開始倒計時，當計時到“00”時可驅(qū)動聲響電路發(fā)出聲響。倒計時器先用可預(yù)置數(shù)二-十進制同步可逆計數(shù)器（雙時鐘型）CC40192。CC40192的功能表和外部引線排列分別如表（一）和圖（三）所示：輸入輸出CPCPCRPEABCDQAQr QcQdXX1XXXXX0000XX00abcdab cdf101XXXX力W去計算1斗00XXXX減法運算1100XXXX保寺表（一）%D A CRQBQCPE C D16 15 14 13 12 11 10 9CC40192B QCQA CP.CEQCQDVSS圖（三）圖4是用兩片CC40192組成的一百進制減法計數(shù)器電路。由功能表可以看出,要使電路實現(xiàn)倒計時（減法）功能，應(yīng)使CR=0,PE=1,CP=1,CP=CP?？捎茫瑿R端接電平開關(guān)來控制計時器的工作與否。聲響顯示電路需要在兩種情況下做出反應(yīng)：一種是當有參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時,相應(yīng)電路中的發(fā)光二極管亮,同時推動輸出級的蜂鳴器發(fā)出聲響；第二種情況是當裁判員給出“請回答”指令后,計時開始倒計時,若回答問題時間到達限定的時間,蜂鳴器發(fā)出聲響。顯示電路由發(fā)光二極管與電阻串聯(lián)而成,發(fā)光二極管正極接電源端,負極接D觸發(fā)器的Q端。當某參賽者按下開關(guān)，該觸發(fā)器接收該使其輸出Q端的狀態(tài)為高電平，相應(yīng)的Q端為低電平，就有電流流過發(fā)光二極管使它發(fā)亮。計時系統(tǒng)的驅(qū)動顯示電路選用BCD-7段鎖存譯碼/驅(qū)動器CC4511和七段數(shù)碼管組成，其工作原理可參照“數(shù)字鐘”的有關(guān)內(nèi)容。聲響電路由兩分組成:一是由門電路組成的控制電路，二是三級管驅(qū)動電路。門控電路主要由或門組成，它的兩個輸入，一個來自搶答電路各觸發(fā)器輸出Q的與非，它說明只要有一Q為低電平，就使該與非門輸出為高電平通過或門電路驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲；另一個來自計時系統(tǒng)高位計數(shù)器的借位信號O,它說明計時電 B路在99秒向98秒，97秒，…2秒，1秒，0秒倒計時再向99秒轉(zhuǎn)化時向高位借位給出一個負脈沖經(jīng)反相器得到一個高電平。這個高電平信號也能使蜂鳴器發(fā)聲，為了保證電路的可靠工作，也可采用與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器驅(qū)動。

圖（四）5、振蕩電路本系統(tǒng)需要產(chǎn)生三種頻率的脈沖信號，一種是頻率為1KHz的脈沖信號，用于聲響電路；一種是頻率為500KHz的脈沖信號，用于觸發(fā)器CP信號。第三種頻率為1Hz信號用于計時電路。以上電路可用555定時器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過分頻率得到。設(shè)計方法可參考“數(shù)字鐘”的相關(guān)內(nèi)容，1KHz的脈沖也可從實驗箱上獲得。七、安裝與調(diào)試用中規(guī)模集成D觸發(fā)器CC4013組成的三人搶答競賽搶答計時器的邏輯電路圖如圖（五）所示。

CC4013的功能表的外引線排列分別如表（二）和圖（六）CC4012的外部引線排列如圖（七）。輸入輸出CP D R SQn+1 Qt 0 0 001410010“X 0 0Q1 QnXX 1 001X X 0 110XX 1 1不確定表（二）111111114131211109）8CC4013123 45671111111Q1Q1CP1R1DIS VSS圖（六）VDD2Y2A2B2C2DN.C14 13 12 11 10 9 8CC401212345671Y1A1B1C1DN.CVSS圖（七）1、搶答顯示功能測試按圖（五）的有關(guān)分在實驗箱上連線，將開關(guān)A,B,C全處于低電平。首先撥動開關(guān)A,該端發(fā)光二極管亮，此時再撥動開關(guān)B或C,觀察其他發(fā)光二極管的情況。2、清零功能測試在以上實驗的基礎(chǔ)上，將CC4013的所有R端連在一起通過開關(guān)J控制。由表（二）可以看出，CC4013的異步控制信號高電平有效，困此可用R=1實現(xiàn)復(fù)位功能。開關(guān)J可以利用實驗箱上的電平開關(guān)。常態(tài)時，它處于低電平。撥動開關(guān)J,觀察發(fā)光二極管是否全滅。3、 倒計時功能測試按圖（四）的電路在實驗箱上連線，計數(shù)器的輸出可接發(fā)光二極管，在CP作用下，觀察發(fā)光二極管顯示情況。通過控制CR端的狀態(tài)，再觀察發(fā)光二極管顯示情況。譯碼顯示電路的連接方法可參考“數(shù)字鐘”的有關(guān)內(nèi)容。4、 聲響電路功能測試按圖（五）的有關(guān)分在實驗箱上連線，可將與非門的反相器的輸入端分別通過實驗箱上的電平開關(guān)來控制狀態(tài)，觀察喇叭發(fā)聲情況。八、實驗所用器材電源、發(fā)光二極管、蜂鳴器、電阻、開關(guān)、觸發(fā)器、cc40192、555定時器、各種門電路、三極管、譯碼顯示裝置等。九、設(shè)計心得和體會“電子技術(shù)課程設(shè)計”是點在技術(shù)課程的實踐性教學(xué)環(huán)節(jié)，是對我學(xué)習(xí)電子技術(shù)綜合性的訓(xùn)練。通過本次課程設(shè)計我收獲良多，使我認識到了自己所學(xué)的專業(yè)知識的實用性和重要性。本次設(shè)計我選擇的是三人搶答計時器的設(shè)計，本次設(shè)計使我對課本上的知識進行了復(fù)習(xí)和運用。這是我第一次接觸課程設(shè)計，所以起初不知該如何下手，后來通過上網(wǎng)查詢和查閱相關(guān)書籍資料，總算是有點眉目了。指導(dǎo)了如何下手，后面的工作相對就容易一些了。埋頭苦干的過程是苦澀的，在書山中查找資料的過程是疲倦的，但當課程設(shè)計完成時，收獲的感覺是甜蜜的。沒有耕耘，哪來的收獲的喜悅，不懂的付出怎么能知道回報的快樂，一份耕耘一份收獲，有付出才有回報，就在這樣的痛苦與快樂的交換中，我學(xué)到了知識，學(xué)到了