數(shù)字電子電路多路智力搶答器課程設(shè)計(jì)

多路智力搶答器課程設(shè)計(jì)選題的意義在現(xiàn)代社會(huì)生活中，智力競(jìng)賽作為一種生動(dòng)活潑的教育形式和方法能夠引起觀眾極大的興趣。而在競(jìng)賽中往往分為幾組參加，這時(shí)針對(duì)主持人提出的問(wèn)題，各組一般要進(jìn)行必答和搶答，對(duì)必答一般有時(shí)間限制，到時(shí)有聲響提示；對(duì)于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，這就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。搶答器是競(jìng)賽問(wèn)答中一種常用的必備裝置,從原理上講,它是一種典型的數(shù)字電路,其中包括了組合邏輯電路和時(shí)序電路。搶答器的發(fā)展也是比較快的，從一開(kāi)始的光具有搶答鎖定功能的一個(gè)電路，到現(xiàn)在的具有倒計(jì)時(shí)、定時(shí)、自動(dòng)（或手動(dòng)）復(fù)位、報(bào)警（即聲響提示，有的以音樂(lè)的方式來(lái)體現(xiàn)）、屏幕顯示、按鍵發(fā)光等多種功能的技術(shù)合并，這就可以說(shuō)明其多種功用及發(fā)展的快速。當(dāng)今智力競(jìng)賽搶答器、有鎖定功能搶答器、多功能智力搶答器……可以說(shuō)是多不勝數(shù)。搶答器適用于各類知識(shí)競(jìng)賽、文娛綜藝節(jié)目，尤其是在電視上的各種知識(shí)競(jìng)賽，除了可以把各搶答組號(hào)、違例組號(hào)、搶答規(guī)定時(shí)限、答題時(shí)間倒計(jì)時(shí)/正計(jì)時(shí)在儀器面板上顯示外，還可外接大屏幕顯示屏顯示給賽場(chǎng)與觀眾，活躍現(xiàn)場(chǎng)氣氛，便于監(jiān)督，公平競(jìng)爭(zhēng)?？傮w方案1設(shè)計(jì)目的（1）熟悉集成電路的引腳安排。

（2）掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。

（3）了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。

（4）了解數(shù)字搶答器的組成及工作原理。

（5）熟悉數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)與制作。2設(shè)計(jì)要求：a搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S0~S7表示。b設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開(kāi)關(guān)S，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。c搶答器具有鎖存與顯示功能。d搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。e參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。選手搶答按鍵主持人控制秒脈沖產(chǎn)生優(yōu)先編碼選手搶答按鍵主持人控制秒脈沖產(chǎn)生優(yōu)先編碼時(shí)序控制定時(shí)電路譯碼顯示鎖存功能譯碼顯示報(bào)警電路圖1所示的定時(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“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)顯示器顯示，設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開(kāi)始”，同時(shí)將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置，揚(yáng)聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，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)清零為止。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。基本原理電路1原理與分析其工作原理為：接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到"清除"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(kāi)關(guān)置開(kāi)始"狀態(tài)，宣布"開(kāi)始"搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。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。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開(kāi)始"狀態(tài)開(kāi)關(guān)。2原理框圖圖3-2四、電路設(shè)計(jì)1、搶答電路圖4-1數(shù)字搶答電路工作原理：該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；二是禁止其他選手按鍵操作無(wú)效。工作過(guò)程：開(kāi)關(guān)S置于"清除"端時(shí)，RS觸發(fā)器的端均為０，４個(gè)觸發(fā)器輸出置０，使74LS148的＝０，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于"開(kāi)始"時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，1Q=1,=1,74LS48處于工作狀態(tài)，４Q３Q２Q=101,經(jīng)譯碼顯示為"５"。此外，1Ｑ＝１，使74LS148＝１，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74LS148的此時(shí)由于仍為１Ｑ＝１，使＝１，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將Ｓ開(kāi)關(guān)重新?lián)艿健扒宄?然后再進(jìn)行下一輪搶答。74LS148為８線－３線優(yōu)先編碼器。74LS148的功能真值表

2、定時(shí)電路圖4-2可預(yù)定時(shí)間的定時(shí)的電路工作原理：如圖所示，分為兩個(gè)部分，一是秒脈沖，由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路，根據(jù)公式振蕩周期為T=0.7（R1+2R2）C，可計(jì)算出該振蕩器的振蕩周期為1秒，由于是矩形脈沖，所以一個(gè)周期內(nèi)發(fā)光二極管會(huì)發(fā)一次光。另一部分是可預(yù)置時(shí)間的減計(jì)數(shù)器，對(duì)于預(yù)置端可以采用十進(jìn)制8421BCD碼設(shè)置，當(dāng)555振蕩器發(fā)出一個(gè)脈沖時(shí)，74LS192的CP-端就接受一個(gè)信號(hào)，在cp脈沖的上升沿預(yù)置數(shù)就開(kāi)始自減，當(dāng)各位減少到0時(shí)，BO2就會(huì)輸出一個(gè)負(fù)脈沖，cp2-就會(huì)開(kāi)始減少1，然后74LS192二開(kāi)始再自減1，直到預(yù)置數(shù)最后變成00，最后在BO2輸出一個(gè)周期的負(fù)脈沖。在時(shí)間未到時(shí)，BO2一直到是輸出正脈沖，除非最后變成00時(shí)，才會(huì)輸出負(fù)脈沖，這就可以作為定時(shí)到的信號(hào)，如果是時(shí)間到了，輸出是零，時(shí)間不到，輸出是1。另外，假如有選手按鍵的話，則最后不會(huì)計(jì)數(shù)器不會(huì)因?yàn)樽詼p為00而最后輸出負(fù)脈沖，而是應(yīng)為秒脈沖輸出與1Q的非相與后當(dāng)作脈沖輸入74LS192的。當(dāng)沒(méi)有選手按鍵時(shí)，1Q的非為0，所以cp脈沖就會(huì)停止輸入，時(shí)間就會(huì)停止，所顯示的時(shí)間就是該選手搶答的時(shí)間，但此時(shí)的定時(shí)到信號(hào)還是1。定時(shí)部分電路仿真圖如下，又555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器輸出頻率為1Hz，作為計(jì)數(shù)器的脈沖源，定時(shí)顯示可實(shí)現(xiàn)30秒定時(shí)，此部分設(shè)計(jì)成功。3、報(bào)警電路圖4-3報(bào)警電路工作原理：該報(bào)警電路有555定時(shí)器和三極管構(gòu)成，有555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，其輸出信號(hào)可以經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。PR為控制信號(hào)，當(dāng)PR為高電平時(shí)，4端接高電平，振蕩器正常工作，當(dāng)為低電平時(shí)，振蕩器停止工作，不會(huì)發(fā)聲。因?yàn)閬?lái)一個(gè)高電平是該報(bào)警電路會(huì)發(fā)聲，但是只有在一個(gè)周期內(nèi)發(fā)聲，這個(gè)周期非常短，只是多諧振蕩器的一個(gè)周期，只有一秒鐘，所以中間需要加一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，根據(jù)555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能原理，這樣可以延長(zhǎng)這個(gè)周期，是發(fā)聲信號(hào)加長(zhǎng)，該定時(shí)器用到的電阻是30kΩ，電容是100uf，根據(jù)公式計(jì)算得到的周期是3秒。4、時(shí)序控制電路圖4-4時(shí)序控制電路工作原理：

時(shí)序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：

①主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到"開(kāi)始"位置時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)人正常搶答工作狀態(tài)。

②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。

③當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間

根據(jù)上面的功能要求以及各圖所示，圖中，門G1的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端。圖八的工作原理是：主持人控制開(kāi)關(guān)從"清除"位置撥到"開(kāi)始"位置時(shí)，來(lái)自于圖六中的74LS279的輸出1Q=0，經(jīng)G3反相，A＝1，則時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CP時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，則"定時(shí)到信號(hào)"為1，門G2的輸出ST=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能①的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，1Q＝1，經(jīng)G3反相，A＝0，封鎖CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能②的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則"定時(shí)到信號(hào)"為0，1Q=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)，門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能③的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間，其工作原理如下：當(dāng)主持人將開(kāi)關(guān)撥到開(kāi)始鍵時(shí)，S信號(hào)從0變成1，是上升的，但是定時(shí)到信號(hào)還是1，Yex由于74LS148已經(jīng)開(kāi)始工作所以為0，所以根據(jù)74LS121功能表可以看到PR會(huì)有一個(gè)高電平輸出，所以揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出聲音。在最后結(jié)束時(shí)候，如果沒(méi)有選手按鍵但是時(shí)間已經(jīng)結(jié)束，這時(shí)候S是1，Yex因?yàn)闆](méi)有選手按鍵而為1，而又因?yàn)槎〞r(shí)到信號(hào)而又有一個(gè)負(fù)脈沖輸入，所以PR會(huì)輸出一個(gè)正脈沖，從而使揚(yáng)聲器發(fā)聲。假如有選手按鍵，Yex會(huì)從1變成0，定時(shí)到信號(hào)還是1，所以最后也會(huì)有一個(gè)正脈沖輸出，揚(yáng)聲器也會(huì)發(fā)生的。心得總結(jié)通過(guò)課程設(shè)計(jì)，發(fā)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。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。此次課程設(shè)計(jì)的過(guò)程中我遇到了許多挫折,如軟件使用中的很多問(wèn)題,但我認(rèn)為挫折是一份財(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)非常美好的回憶。從拿到題目到具體設(shè)計(jì)，從理論到實(shí)踐，可以說(shuō)得是苦多于甜，但是可以學(xué)到很多很多的的東西，同時(shí)不僅可以鞏固了以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)，而且學(xué)到了很多在書本上所沒(méi)有學(xué)到過(guò)的知識(shí)。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固，比如555電路的周邊元件參數(shù)的計(jì)算……通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)之后，一定把以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)重新溫故。我希望學(xué)校能多給我們一些動(dòng)手實(shí)際操作的機(jī)會(huì),多安排一些時(shí)間,我想我們會(huì)學(xué)到更多實(shí)踐相關(guān)的知識(shí).此設(shè)計(jì)由于我們的學(xué)業(yè)不精和時(shí)間等客觀問(wèn)題，未能使設(shè)計(jì)達(dá)到完善，還有很多缺點(diǎn)和錯(cuò)誤，希望老師能提出改進(jìn)意見(jiàn)，謝謝老師對(duì)我們的辛勤栽培。六、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備

1.數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱。

2.集成電路74LS1481片，74LS2791片，74LS483片，74LS1922片，NE5552片，74LS001片，74LS1211片。

3.電阻510Ω2只，1KΩ9只，4.7kΩl只，5.