四路智能搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

長沙師范學(xué)校電子信息工程系電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)總結(jié)報(bào)告專業(yè)電子信息工程技術(shù)班級姓名學(xué)號指導(dǎo)教師電子信息工程系2023年10月18日課題題目：四路智能搶答器一、課程設(shè)計(jì)目的本次課程設(shè)計(jì)主要是配合《模擬電子技術(shù)》和《數(shù)字電子技術(shù)》理論課程而設(shè)置的一門實(shí)踐性課程，起到穩(wěn)固所學(xué)知識，加強(qiáng)綜合能力，培養(yǎng)電路設(shè)計(jì)能力，提高實(shí)驗(yàn)技術(shù)，啟發(fā)創(chuàng)新思想的效果。二、初始條件：本課程設(shè)計(jì)，要求用集成電路：74LSl48，74LS192,74LS175，74LS160,74LS00，74LS04，74LS20,74LS48,74LS32,555定時(shí)器和其它器件等，實(shí)現(xiàn)四路定時(shí)搶答功能。三、要求完成的主要任務(wù):1、可同時(shí)供4名選手〔或代表隊(duì)〕參賽，其編號分別是1到4，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)。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(編號顯示數(shù)碼管滅燈)和搶答的開始。2、搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，假設(shè)有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號立即鎖存，并數(shù)碼管上顯示選手的編號，同時(shí)揚(yáng)聲器給出聲音提示；同時(shí)封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。3、搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間為10秒。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始〞鍵后，要求定時(shí)器立即進(jìn)行加計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示。4、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和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止；如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，而沒有選手搶答時(shí)，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，定時(shí)顯示器上顯示0。目錄1功能介紹………………51.1主要功能介紹………51.2擴(kuò)展功能介紹………52總體方案設(shè)計(jì)…………53單元模塊設(shè)計(jì)…………63.1搶答器控制端電路功能紹……………63.2定時(shí)時(shí)間電路…………73.3控制電路和報(bào)警電路…………….83.4振蕩電路………………84主要芯片介紹…………94.1優(yōu)先編碼器74LS148………………94.2計(jì)數(shù)器74LS192……105四人搶答器仿真………116系統(tǒng)調(diào)試……………118總結(jié)……………147參考文獻(xiàn)………………151功能介紹1.1主要功能介紹〔1〕搶答器最多可供4名選手參賽，編號為1~4號，各隊(duì)分別用一個(gè)按鈕〔分別為J1、J2、J3、J5〕控制，并設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清零和搶答控制開關(guān)J4,J7，該開關(guān)由主持人控制。〔2〕搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能,并將鎖存數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來，直到主持人清零?！?〕開關(guān)J4作為清零及搶答控制開關(guān)〔由主持人控制〕，當(dāng)開關(guān)J4被按下時(shí)搶答電路清零，當(dāng)開關(guān)J7松開后那么允許搶答。輸入搶答信號由搶答按鈕開關(guān)J1、J2、J3、J5實(shí)現(xiàn)?！?〕有搶答信號輸入〔開關(guān)J1、J2、J3、J5中的任意一個(gè)開關(guān)被按下〕時(shí)，并顯示出相對應(yīng)的組別號碼。此時(shí)再按其他任何一個(gè)搶答器開關(guān)均無效，指示燈依舊“保持〞第一個(gè)開關(guān)按下時(shí)所對應(yīng)的狀態(tài)不變。設(shè)計(jì)要求1.2擴(kuò)展功能介紹〔1〕搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間為3秒。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開始〞鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示。〔2〕參加選手在未開始搶答時(shí)按下?lián)尨疰I，那么犯規(guī)。顯示器上顯示并閃爍選手的編號?！?〕參加選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)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和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止?！?〕如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒有選手搶答時(shí)，本次搶答無效，封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器上顯示并閃爍0。2總體方案設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)要求〔1〕主持人有開始鍵和復(fù)位鍵，按下開始鍵后才能開始搶答，否那么犯規(guī)。〔2〕用數(shù)碼管顯示，正常搶答后顯示搶到的隊(duì)號，如果犯規(guī)那么閃爍顯示隊(duì)號。〔3〕如果3秒內(nèi)沒有搶答，那么說明該題超時(shí)作廢，用0閃爍表示。〔4〕復(fù)位鍵用于恢復(fù)犯規(guī)或超時(shí)狀態(tài)如圖1所示為總體方框圖。其工作原理為：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"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。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、編號鎖存、編號顯示。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"去除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。圖13單元模塊設(shè)計(jì)3．1搶答器控制端電路功能介紹設(shè)計(jì)電路見圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器74LS148和鎖存器74LS175來完成。該電路主要完成兩個(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，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號〔顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管〕；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)自上而下，分別是J1,J2,J3J4,J5，J5是控制清零端，當(dāng)J5閉合〔清零〕時(shí)，計(jì)時(shí)模塊74LS160的MR端和搶答模塊74LS175的MR端都置1，使整個(gè)模塊處于等待工作狀態(tài)；當(dāng)J5斷開時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)〔如按下J2〕，74LS148的輸出經(jīng)74LS48譯碼器接到七段顯示電路處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=010,經(jīng)譯碼顯示為“2〞。此外，MR＝1，使74LS148優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端〔圖中2號端〕＝1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS148的此時(shí)由于仍為CTR＝1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端為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，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將J5開關(guān)重新置“清零〞然后才可能進(jìn)行。圖23．2定時(shí)時(shí)間電路功能介紹原理及設(shè)計(jì)：該局部主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加法計(jì)數(shù)74LS160、十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器74LS192、74LS48譯碼電路和1個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。一塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，輸出低電平到時(shí)序控制電路，之后選手搶答無效。圖33．3控制電路和報(bào)警電路由555芯片構(gòu)成多諧振蕩電路,555的輸出信號再經(jīng)或門控制時(shí)序?？刂齐娐钒〞r(shí)序和報(bào)警兩個(gè)電路,如圖3所示?？刂齐娐沸杈哂幸韵聨讉€(gè)功能：主持人閉合開關(guān),多路搶答器電路和計(jì)時(shí)電路進(jìn)入正常狀態(tài);參賽者按鍵時(shí),搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作;搶答時(shí)間到,無人搶答,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作。3.4振蕩電路本系統(tǒng)需要產(chǎn)生頻率為500KHZ的脈沖信號，用于觸發(fā)器的CP信號，及頻率為1HZ信號用于計(jì)時(shí)電路。以上電路可用555定時(shí)器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過分頻得到。4主要芯片介紹4．1優(yōu)先編碼器74LS14874LS148為8線－3線優(yōu)先編碼器，表為其真值表，表為其功能表,圖為其管腳圖。74LS148管腳圖表4.1.274LS1488線—3線二進(jìn)制編碼器真值表74LS148工作原理如下：該編碼器有8個(gè)信號輸入端，3個(gè)二進(jìn)制碼輸出端。此外，電路還設(shè)置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS。當(dāng)EI=0時(shí)，編碼器工作；而當(dāng)EI=1時(shí)，那么不管8個(gè)輸入端為何種狀態(tài)，3個(gè)輸出端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出也為低電來有效的情況。當(dāng)EI為0，且至少有一個(gè)輸入端有編碼請求信號〔邏輯0〕時(shí)，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS為0。說明編碼器處于工作狀態(tài)，否那么為1。由功能表可知，在8個(gè)輸入端均無低電平輸入信號和只有輸入0端〔優(yōu)先級別最低位〕有低電平輸入時(shí)，A2A1A0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由GS的狀態(tài)加以區(qū)別，當(dāng)GS＝1時(shí)，表示8個(gè)輸入端均無低電平輸入，此時(shí)A2A1A0=111為非編碼輸出；GS＝0時(shí)，A2A1A0=111表示響應(yīng)輸入0端為低電平時(shí)的輸出代碼〔編碼輸出〕。EO只有在EI為0，且所有輸入端都為1時(shí)，輸出為0，它可與另一片同樣器件的EI連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編碼器。從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級別的次為7，6，……，0。輸入有效信號為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端無低電平輸入時(shí)，輸出端才輸出相對應(yīng)的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級別比它高的輸入6和輸入7均為1時(shí)，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理。4.2計(jì)數(shù)器74LS19274LS192具有下述功能：①異步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000②異步置數(shù)：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0③保持：CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài)④加計(jì)數(shù)：CR=0,LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計(jì)數(shù)⑤減計(jì)數(shù)：CR=0,LD=1，CPU=1，CPD=CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計(jì)數(shù)74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步去除。CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。圖4.3.74LS192管腳引線圖5四人搶答器仿真按照總體電路圖在仿真軟件proteus7.5上一一選擇芯片并進(jìn)行連接，然后啟動(dòng)開關(guān)觀察。下面，我們分兩局部對設(shè)計(jì)出的電路進(jìn)行proteus7.5仿真。我們將各局部電路在proteus7.5上連接好后，為各個(gè)電阻和電容選取適當(dāng)值，為各個(gè)開關(guān)設(shè)置好適當(dāng)?shù)逆I盤翻開數(shù)值〔例如，為某一開關(guān)設(shè)為1連接，那么啟動(dòng)proteus7.5m仿真按鈕后，在鍵盤上按1那么此開關(guān)就由斷開狀態(tài)變?yōu)檫B接狀態(tài)〕然后翻開proteus7.5的開關(guān)，即可根據(jù)顯示器上顯示的數(shù)字以及二極管的亮滅情況來判斷電路設(shè)計(jì)是否成功。6系統(tǒng)調(diào)試把上面所設(shè)計(jì)的單元電路連接起來可得到整機(jī)電路。7.1搶答顯示功能測試〔圖4〕7.2清零功能測試〔圖5〕7.3倒計(jì)時(shí)功能測試(圖6)圖4圖5圖66總結(jié)通過三周的電子技術(shù)實(shí)訓(xùn)，我學(xué)會(huì)了很多東西，對數(shù)字電子技術(shù)有了更深的了解。在計(jì)算機(jī)上模擬數(shù)字電路也熟練了許多。原來我對計(jì)算機(jī)不怎么感興趣，更不用說在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行電路模擬。三周實(shí)訓(xùn)后，對于模擬電路軟件熟悉了很多。我們的試訓(xùn)是以上機(jī)操作與實(shí)物模擬相結(jié)合的，上機(jī)操作后再做實(shí)務(wù)模擬，通過電路模擬箱來實(shí)現(xiàn)，讓后再由老師來指導(dǎo)。在做四路搶答器是我的感觸最深，開始時(shí)好興奮的就把四路搶答器做好了，結(jié)果在模擬運(yùn)行時(shí)就發(fā)現(xiàn)了問題，中選手做完一次搶答后，要恢復(fù)就要按模擬停止鍵。但實(shí)際生活中一次搶答后由主持人按遙控就能恢復(fù)搶答狀態(tài)。之后我又重新修整了電路，這個(gè)問題就解決了。實(shí)訓(xùn)期間我發(fā)現(xiàn)仔細(xì)，認(rèn)真，嚴(yán)謹(jǐn)都非常重要，沒做一個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)愣紩?huì)發(fā)現(xiàn)許多問題，當(dāng)你解決完這些問題之后你又能從中學(xué)