數(shù)電課程設(shè)計(jì)多路智能競賽搶答器設(shè)計(jì)

多路智能競賽搶答器設(shè)計(jì)摘要搶答器作為一種工具，已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識(shí)競賽場合。在競賽、文體娛樂活動(dòng)〔搶答活動(dòng)〕中，能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出搶答者的機(jī)器。通過搶答者的指示燈顯示、數(shù)碼顯示和警示顯示等手段指示出第一搶答者。搶答器多向著數(shù)字智能化開展。數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路兩大局部組成：優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將輸入信號(hào)顯示；用控制電路和開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩局部組成主體電路；通過定時(shí)電路和譯碼電路將脈沖信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。搶答器除具有根本的搶答功能外，還具有定時(shí)、計(jì)時(shí)和報(bào)警多重功能。主持人通過時(shí)間預(yù)設(shè)開關(guān)預(yù)設(shè)供搶答的時(shí)間，系統(tǒng)將完成自動(dòng)倒計(jì)時(shí)。關(guān)鍵字：搶答器鎖存器報(bào)警電路譯碼電路AbstractViestoanswerfirstdeviceasatool,hasbeenwidelyappliedinallkindsofintelligenceandknowledgecompetitionsituation.Inthecompetition,entertainmentactivities(viestoanswerfirstactivities),canaccurate,objective,intuitivetodiagnosetheviestoanswerfirstthemachine.Throughthedisplay,theindicatorofviestoanswerfirstdigitaldisplayandalarmdisplay,andothermeanstoindicatethefirstviestoanswerfirst.Themoretowarddigitalintelligentviestoanswerfirst.Themaincircuitbydigitalviestoanswerfirstandexpandingthecircuittwomaincomponents:prioritycodingcircuit,latches,decodercircuitwillinputsignaldisplay;Usethecontrolcircuitandtheswitchalarmcircuit,theabovetwopartssubjectcircuit;Wheninthecircuitanddecodethecircuitwillpulsesignalonadisplayoutputoftimingfunction,constituteexpansioncircuit.Inadditiontobasictheviestoanswerfirstviestoanswerfirstfunctionoutside,stillhavetiming,timingandalarmmultiplefunctions.Bythetimethedefaultdefaultforviestoanswerfirstthetimeswitch,thesystemwillcompleteautomaticcountdown.Keyword:viestoanswerfirstthelatchesalarmcircuitdecodercircuit目錄TOC\o"1-3"\h\u2357多路智能競賽搶答器設(shè)計(jì) 12506摘要 130651Abstract 228617一、工作原理 5202661、原理框圖 5293992、主要芯片介紹 614615三、電路設(shè)計(jì) 9118921、主體電路設(shè)計(jì) 987562、擴(kuò)展電路 111757〔1〕定時(shí)電路 119947〔2〕時(shí)序控制電路 13(296693〕控制電路和報(bào)警電路 13(2334〕參考原理及簡要說明 1619433四、仿真圖形 1726992五、心得與小結(jié) 1922323七、參考文獻(xiàn): 21緒論：設(shè)計(jì)目的：1.熟悉智力競賽搶答器的工作原理，掌握搶答電路、優(yōu)先編碼電路、鎖存電路、定時(shí)電路、報(bào)警電路、時(shí)序控制電路、譯碼電路、顯示電路及報(bào)警電路的設(shè)計(jì)方法。2.結(jié)合課程中所學(xué)的理論知識(shí)，獨(dú)立設(shè)計(jì)方案，到達(dá)學(xué)有所用的目的。3.學(xué)會(huì)查閱相關(guān)手冊與資料，進(jìn)一步熟悉常用的電子器件類型與特性，并掌握合理選用的原那么，培養(yǎng)獨(dú)立分析和解決問題的能力。實(shí)驗(yàn)要求：1.設(shè)計(jì)一個(gè)智力競賽搶答器，可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號(hào)分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對應(yīng)，分別是So、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。2.給節(jié)目主持人一個(gè)控制開關(guān)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)清零和搶答的開始。具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能。搶答開始后，如果有選手按下?lián)尨鸢存I，其編號(hào)立即鎖存并顯示在LED上，同時(shí)揚(yáng)聲器報(bào)警。此外，禁止其他選手再次搶答。選手編號(hào)一直保存到主持人去除。擴(kuò)展功能：1.具有定時(shí)搶答功能，可由主持人設(shè)定搶答時(shí)間。當(dāng)搶答開始后，定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，并顯示在LED上，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)聲提醒。2.選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)搶答有效，停止倒計(jì)時(shí)，并將倒計(jì)時(shí)時(shí)間顯示在LED上，同時(shí)報(bào)警。3.在規(guī)定時(shí)間內(nèi)，無人搶答時(shí)，電路報(bào)警提醒主持人，次后的搶答按鍵無效。一、工作原理1、原理框圖圖一定時(shí)搶答器的總體框圖原理簡述：實(shí)際進(jìn)行智力競賽時(shí)，參賽者分為假設(shè)干組，搶答時(shí)能判定出優(yōu)先搶答者，并予以顯示組號(hào)或鳴叫。答復(fù)下列問題有時(shí)間限制，到時(shí)要告警，主持人根據(jù)問題正確與否給予加分或減分。因此要完成智力競賽搶答器的電路至少應(yīng)包括幾個(gè)局部：其一、判斷競賽者組號(hào)并顯示出來。其二、規(guī)定答題的時(shí)間并顯示出來。其三、定時(shí)控制和告警等。定時(shí)搶答器的總體框圖如上圖所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩局部組成。主體電路：完成根本的搶答功能，即開始搶答后，中選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。定時(shí)搶答器的工作過程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“去除”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)器倒計(jì)時(shí)。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。中選手在定時(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：①優(yōu)先緞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)；②揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；③控制電路要對輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，防止其他選手再次進(jìn)行搶答；④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。中選手將問題答復(fù)完畢，主持人操作控制開關(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。2、主要芯片介紹(1)74LS4874LS148是輸出高電平有效的中規(guī)模集成BCD七段顯示頁碼驅(qū)動(dòng)器，功能簡圖與管腳引線圖如下列圖所示。圖二74LS48管腳引線圖〔2〕74LS14874LS148是8-3線優(yōu)先編碼器。它允許多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)有效，但只對一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高的輸入信號(hào)進(jìn)行編碼。圖三74LS148引腳圖(3)74LS192十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192引腳圖管腳及功能表74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有下述功能：異步清零：CR=1,Q3Q2Q1Q0=0000;異步置數(shù)：CR=0,Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0;保持:CR=0,LD-1,CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài)；加計(jì)數(shù)：CR=0,LD=1,CPU=CP,CPD=1,Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計(jì)數(shù);減計(jì)數(shù)：CR=0,LD=1,CPU=1,CPD=CP,Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計(jì)數(shù);圖四74LS192引腳排列圖和邏輯符號(hào)圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端，為非同步借位輸出端，P0,P1,P2，P3為計(jì)數(shù)器輸入端，為去除端，Q0,Q1,Q2,Q3為數(shù)據(jù)輸出端。異步級(jí)聯(lián)方式的特點(diǎn)是：用前級(jí)計(jì)數(shù)器的輸出作為后級(jí)計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘信號(hào)。如圖：用兩片74LS129構(gòu)成M=100的計(jì)數(shù)器。圖五中規(guī)模集成計(jì)數(shù)器的異步級(jí)聯(lián)(4〕74LS27974LS279集成電路如圖R=1,S=0時(shí)，Qn+1=1,觸發(fā)器置1狀態(tài)R=0,S=1時(shí)，Qn+1=0,觸發(fā)器置0狀態(tài)R=1,S=1時(shí)，Qn+1=Qn,觸發(fā)器保持原來狀態(tài)R=1,S=0時(shí)，觸發(fā)器狀態(tài)不穩(wěn)〔不允許這種輸入存在〕圖六74LS279引腳圖(5)74LS12174LS121是具有施密特觸發(fā)器輸入的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有較高的抗干擾度且內(nèi)部有鎖存電路。其引腳圖和功能表如下。圖六74LS121引腳圖和功能表三、電路設(shè)計(jì)1、主體電路設(shè)計(jì)主體電路完成搶答器的根本功能。根據(jù)根本功能要求考慮組成該電路的集成芯片。選擇帶有選通端和編碼輸出標(biāo)志端的優(yōu)先編碼器74LS148做為輸入編碼電路，用四個(gè)RS觸發(fā)器可以完成對編碼三個(gè)輸出端的鎖存和譯碼器的滅燈〔〕控制。選擇74LS279〔四個(gè)RS觸發(fā)器〕比擬適宜。譯碼器顯示電路選74LS48，配共陰極數(shù)碼管〔LED〕。主體電路參考圖，如下圖。圖七搶答器原理框圖當(dāng)節(jié)目主持人控制鍵在“清零”位置時(shí)，RS觸發(fā)器的端為低電平，譯碼器的C=B=A=0，且74LS48的＝0，使顯示器滅燈，同時(shí)使編碼器74LS148的選通端=0，使74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存器不工作。當(dāng)節(jié)目主持人控制按鈕處于“開始”位置時(shí)，優(yōu)先編碼器、鎖存器均處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待搶答者搶答，等待輸入端，…，輸入信號(hào)。假設(shè)有先答復(fù)者如S2(S2閉合)，那么74LS148編碼輸出，=101，=0，使74LS279的輸出4Q3Q2Q=010,1Q=1,＝1，那么譯碼器74LS48工作，顯示器顯示搶答者的編號(hào)為2，同時(shí)使74LS148的=1，Q=1,使編碼器不工作，停止編碼，封鎖其它選手按鍵送出的搶答信號(hào)，并發(fā)出光電報(bào)警。當(dāng)S2放開后，，但1Q仍鎖存為1，74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)搶答器答復(fù)完問題后，由主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。圖八搶答器電路圖2、擴(kuò)展電路主體電路組成簡易搶答器，再配以定時(shí)電路和時(shí)序控制便構(gòu)成功能完善的智力競賽搶答器?！?〕定時(shí)電路定時(shí)電路的功能是節(jié)目主持人根據(jù)需要設(shè)定搶答時(shí)間，實(shí)際上就是一個(gè)能予置數(shù)的遞減十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，配以譯碼顯示電路。其計(jì)數(shù)脈沖由秒信號(hào)發(fā)生器提供。只要選擇具有可予置數(shù)的可逆8421BCD碼十進(jìn)制計(jì)數(shù)器芯片，就可完成計(jì)數(shù)器任務(wù)，選用74LS192，配以74LS48和共陰極的LED數(shù)碼管。由于對秒信號(hào)不是要求太精確，所以用555定時(shí)器，組成秒信號(hào)產(chǎn)生器.圖九定時(shí)器電路電路框圖圖十定時(shí)器電路〔2〕時(shí)序控制電路功能是用以控制各局部按功能要求協(xié)調(diào)工作，它要完成如下工作：①節(jié)目主持人將控制開關(guān)扳向“去除位置”時(shí)，搶答編號(hào)顯示滅燈，搶答定時(shí)器予置數(shù)，顯示定時(shí)時(shí)間。開關(guān)扳向“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響〔1S左右〕，搶答電路進(jìn)入正常工作狀態(tài)，定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。②中選手按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，搶答電路和定時(shí)器停止工作。③當(dāng)設(shè)定定時(shí)時(shí)間到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，同時(shí)搶答電路和定時(shí)器停止工作。從上述功能要求看，控制聲響局部的信號(hào)有三個(gè)，它們分別是：主持人開關(guān)S=1代表開始；有搶答時(shí)的搶答輸出狀態(tài)=0；定時(shí)時(shí)間到無人搶答(即計(jì)數(shù)器74LS192(2)的=)?？刂坡曧憰r(shí)間為1S左右，由集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121來完成。另外對編碼和定時(shí)計(jì)數(shù)脈沖還要加以控制，由集成邏輯門電路去控制。圖十一定時(shí)器和報(bào)警電路框圖(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(hào)再經(jīng)或門控制顯示閃爍?？刂齐娐钒〞r(shí)序和報(bào)警兩個(gè)電路,如下圖?？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,0閃爍,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作。

由功能表可以看出，要使電路實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)〔減法〕功能，應(yīng)使CR=0，PE非=1，CP+=1，CP-=CP?？捎肅R端接電平開關(guān)來控制計(jì)時(shí)器的工作與否。

閃爍顯示電路需要在一種情況下做出反響當(dāng)裁判員給出“請答復(fù)”指令后，計(jì)時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，假設(shè)答復(fù)下列問題時(shí)間到達(dá)限定的時(shí)間，閃爍。閃爍電路由兩局部組成：一是由門電路組成的控制電路，二是74LS192驅(qū)動(dòng)電路。門控電路主要由或門組成，它的兩個(gè)輸入，一個(gè)來自由555芯片構(gòu)成多諧振蕩電路，另一個(gè)來自計(jì)時(shí)系統(tǒng)高位計(jì)數(shù)器的借位信號(hào)QB，它說明計(jì)時(shí)電路在3秒，2秒，1秒，0秒倒計(jì)時(shí)再向9秒轉(zhuǎn)化時(shí)向高位借位時(shí)給出一個(gè)負(fù)脈沖經(jīng)反相器得到一個(gè)高電平。這個(gè)高電平信號(hào)或上方波信號(hào)就使顯示器閃爍。

圖十二報(bào)警電路的控制信號(hào)產(chǎn)生電路圖十三搶答與定時(shí)電路的時(shí)序控制電路報(bào)警電路：由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成，如下列圖所示。其輸出信號(hào)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)，多諧振蕩器工作；當(dāng)PR為低電平時(shí)，電路停振。圖十四聲響報(bào)警電路振蕩電路：本競賽搶答器需要產(chǎn)生頻率為500KHZ的脈沖信號(hào)，用于觸發(fā)器的CP信號(hào)，及頻率為1HZ信號(hào)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。其中555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩周期為：T=0.7[(R1+2R2)C]=987msR1=47KR2=47KC=10uF圖十五振蕩電路圖(4)參考原理及簡要說明圖十六多路搶答器總電路圖節(jié)目主持人將開關(guān)S置去除位置，搶答器禁止工作，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)顯示器〔由74LS192等組成〕同時(shí)顯示設(shè)定時(shí)間，當(dāng)主持人宣布搶答題目后，，將控制開關(guān)置開始位置，搶答開始，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，由于＝0，所以搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，假設(shè)定時(shí)時(shí)間到，沒有人搶答時(shí)，報(bào)警聲響，并且使＝1禁止選手超時(shí)搶答。假設(shè)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)〔定時(shí)內(nèi)〕有選手按搶答按鈕時(shí)，搶答器要完成以下工作：編碼電路立即找出搶答者的編號(hào)，并加以鎖存后送入譯碼顯示電路顯示出該編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響提醒主持人，控制電路封鎖編碼器防止其它選手再搶答，即只允許一次只有一個(gè)先搶答者。同時(shí)定時(shí)器停止工作，顯示當(dāng)前的時(shí)間，中選手問題答復(fù)完畢時(shí)，主持人操作控制開關(guān)，使搶答器回到禁止工作狀態(tài)，準(zhǔn)備下一輪搶答。四、仿真圖形五、心得與小結(jié)持續(xù)近一個(gè)星期的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，我的設(shè)計(jì)雖然有一些小毛病，但總體上還是很成功的。一周的時(shí)間雖然很短暫，但從中獲益匪淺.畢竟在課堂上學(xué)習(xí)的內(nèi)容真真正正能用到實(shí)際是有點(diǎn)超乎我的想象，而且要把理論知識(shí)付諸實(shí)踐確實(shí)非一件易事。我從最初的設(shè)想設(shè)計(jì)一個(gè)什么樣的數(shù)字電路到繪制電路圖，然后打印排版，最后校正設(shè)計(jì)中的漏洞與缺乏。整個(gè)過程中我翻閱大量資料，上網(wǎng)查找有關(guān)內(nèi)容，馬不停蹄思考如何繪制電路，并和周圍同學(xué)進(jìn)行著一遍又一遍的交流與設(shè)計(jì)思想。首先對數(shù)字電路這門課程有了更深的了解，因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)本身要求將以前所學(xué)的理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際的電路設(shè)計(jì)當(dāng)中去，在電路的設(shè)計(jì)過程中，無形中便加深了對數(shù)字電路的了解及運(yùn)用能力，對課本以及以前學(xué)過的知識(shí)有了一個(gè)更好的總結(jié)與理解；以前的數(shù)字實(shí)驗(yàn)只是針對某一個(gè)小的功能設(shè)計(jì)，而課程設(shè)計(jì)對我們的總體電路的設(shè)計(jì)的要求更嚴(yán)格，需要通過翻閱復(fù)習(xí)以前學(xué)過的知識(shí)確立了實(shí)驗(yàn)總體設(shè)計(jì)方案，然后逐步細(xì)化進(jìn)行各模塊的設(shè)計(jì)。例如：555定時(shí)器的使用原理和作用，用它構(gòu)成觸發(fā)器和振蕩器的方法，還有一個(gè)難題就是怎么來選擇我所需要的芯片，從而實(shí)現(xiàn)我所想實(shí)現(xiàn)的功能。其次，以前沒有接觸過仿真軟件，這次審計(jì)要使用仿真軟件，所以學(xué)會(huì)了multisim軟件的根本應(yīng)用，這對我以后的工作和學(xué)習(xí)的幫助都很有用處。但