數(shù)電課設(shè)：智力搶答器(揚(yáng)州大學(xué))

數(shù)電課設(shè)：智力搶答器系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案1.1總體設(shè)計(jì)方案主持人開關(guān)主持人開關(guān)搶答電路倒計(jì)時(shí)電路譯碼電路顯示電路顯示電路譯碼電路秒脈沖搶答開關(guān)報(bào)警電路 它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成，主題電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編碼，同時(shí)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。（1）四組參賽者在進(jìn)行搶答時(shí)（用4組彩燈代表），當(dāng)搶先者按下面前的按鈕時(shí)，搶答器能準(zhǔn)確地判斷出搶先者，并以聲、光為標(biāo)志。要求聲響、光亮?xí)r間為9秒后自動(dòng)熄滅。（2）搶答器應(yīng)具有互鎖功能，某組搶答后能自動(dòng)封鎖其他各組進(jìn)行搶答。（3）搶答器應(yīng)具有限時(shí)（搶答時(shí)、回答問(wèn)題時(shí)） 功能。限時(shí)檔次分別為30秒、60秒、90秒；時(shí)間到時(shí)應(yīng)發(fā)出聲響。同時(shí)，時(shí)間數(shù)據(jù)要用數(shù)碼管顯示出來(lái)。（4）搶答者犯規(guī)或違章時(shí)，應(yīng)自動(dòng)發(fā)出警告信號(hào)，以提示燈光閃為標(biāo)志。（5）系統(tǒng)應(yīng)具有一個(gè)總復(fù)位開關(guān)。1.2方案特點(diǎn)本課程設(shè)計(jì)的核心為搶答模塊，其由四個(gè)觸發(fā)器組成。搶答模塊的主要功能是互鎖，不論是搶答還是犯規(guī)，一旦一個(gè)選手先按下開關(guān)，其觸發(fā)器首先觸發(fā)，并且這個(gè)觸發(fā)器的輸出將其它三個(gè)觸發(fā)器CP脈沖輸入屏蔽掉，從而達(dá)到互鎖的目的。

2.控制電路設(shè)計(jì)2.1控制電路工作原理當(dāng)主持人開關(guān)處于低電平“復(fù)位”位置時(shí)，D觸發(fā)器被置零，輸出低電平，譯碼器輸入端為0000，數(shù)碼管顯示0，此時(shí)搶答無(wú)效；當(dāng)主持人開關(guān)處于高電平“啟動(dòng)”位置時(shí)，D觸發(fā)器處于置數(shù)狀態(tài)，每個(gè)搶答選手操縱一個(gè)微動(dòng)開關(guān)，搶先按動(dòng)者按動(dòng)后，數(shù)碼管顯示搶答選手所對(duì)于的號(hào)碼，此時(shí)封鎖其他選手的選擇權(quán)，只有主持人按清零開關(guān)后，才可以解除封鎖。2.2參數(shù)計(jì)算由圖知，開關(guān)S為主持人開關(guān);四輸入與非門、反相器以及4個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成搶答鎖存電路;D觸發(fā)器和48譯碼器間電路為2-4線譯碼器;48譯碼器和譯碼管顯示搶答結(jié)果。由分析可知，若A先搶答，則Qa為“1”，Qb、Qc、Qd均被置零，故搶答輸出為“1000”。經(jīng)譯碼輸出則顯示“1”；其他開關(guān)搶答時(shí)類似。2.3器件選型譯碼器4511BD雙上升沿D觸發(fā)器74LS74數(shù)碼管BS207雙四輸入與非門74LS20四二輸入與非門74LS00

3.振蕩電路設(shè)計(jì)3.1振蕩電路工作原理74SL160是十進(jìn)制分頻，74LS74是二進(jìn)制分頻，4MHZ的石英晶體經(jīng)過(guò)了六個(gè)十進(jìn)制分頻器和兩個(gè)二進(jìn)制分頻器后最后的頻率為1HZ，即最后得到所需要的秒脈沖。

3.2參數(shù)計(jì)算根據(jù)實(shí)驗(yàn)室提供的4MHZ的晶振，我們選用六個(gè)74LS160用作六級(jí)十倍分頻獲得4HZ的方波信號(hào)，再選用兩個(gè)D觸發(fā)器用作兩級(jí)兩倍分頻獲得我們需要的1HZ的方波信號(hào)作為秒脈沖信號(hào)，另外，我們還用到容值分別為0.01uF和10pF的電容。3.3器件選型十進(jìn)制分頻器7LS160 二進(jìn)制分頻器74LS74 反相器74LS04石英晶體4MHz電容10PF，0.01UF電阻1KΩ4.計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)4.1計(jì)數(shù)電路工作原理根據(jù)所要求的搶答時(shí)限，通過(guò)預(yù)置數(shù)時(shí)間電路（30秒、60秒、90秒）對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置數(shù)，個(gè)位置零、十位置3，6或9；主持人開關(guān)控制兩個(gè)計(jì)數(shù)器的異步置數(shù)端，當(dāng)主持人將開關(guān)打到低電平時(shí)，就會(huì)置數(shù)在30、60或90（時(shí)限開關(guān)由T1、T2、T3控制的簡(jiǎn)單譯碼器控制）；當(dāng)主持人開關(guān)打到低電平，可通過(guò)時(shí)限開關(guān)控倒計(jì)時(shí)時(shí)間，當(dāng)主持人開關(guān)打到高電平，則倒計(jì)時(shí)開始。4.2參數(shù)計(jì)算簡(jiǎn)單倒計(jì)時(shí)編碼器：當(dāng)開關(guān)T1、T2或T3打到高電平時(shí)，分別置倒計(jì)時(shí)起始值30、60或90秒（例如，本截圖中，T3打到Vcc，則D=A=1，B=C=0，置90秒倒計(jì)時(shí)）；要構(gòu)成30進(jìn)制計(jì)數(shù)器，首先將兩片190用并行進(jìn)位方式連成一百進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由于190是異步置數(shù)，所以計(jì)數(shù)器從30開始減到00時(shí)立即跳為30，即00為不穩(wěn)定狀態(tài)，正好計(jì)數(shù)器幾入了30個(gè)脈沖。所以我們把高位190置入3（即0011），低位置入0（即0000）。4.3器件選型BCD七段譯碼器CD4511十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器CD4029四二輸入與非門74LS00反相器74LS045.譯碼顯示電路設(shè)計(jì)5.1譯碼顯示電路工作原理譯碼是把給定的代碼進(jìn)行翻譯，變成相應(yīng)的狀態(tài)。用于驅(qū)動(dòng)液晶數(shù)字顯示屏的CMOS七段液晶顯示譯碼器，只要在它的輸入端輸入8、4、2、1碼，七段液晶顯示器就能顯示十進(jìn)制數(shù)字，如圖：5.2參數(shù)計(jì)算圖中為驗(yàn)證數(shù)碼管有效，特將其置為1。5.3器件選型LED共陰數(shù)碼管BS207譯碼器CD4511

6.系統(tǒng)總體電路設(shè)計(jì)6.1系統(tǒng)總體電路6.2電路說(shuō)明當(dāng)主持人按下開始鍵S1時(shí)開始搶答，并倒計(jì)時(shí)，當(dāng)1/2/3/4號(hào)選手搶答到時(shí)（即S2/3/4/5關(guān)閉），數(shù)碼管顯示1/2/3/4，然后倒計(jì)時(shí)停止。如果倒計(jì)時(shí)結(jié)束還未搶答則不能再答。

電路調(diào)試實(shí)物圖

改進(jìn)意見及收獲體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)給我留下了很深刻的印象，在準(zhǔn)備階段我們首先了解了各個(gè)芯片的原理以及接法，在進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)測(cè)試時(shí)，首先就發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，在第一次接線搶答器部分電路時(shí)，當(dāng)接線成功后，進(jìn)行仿真測(cè)試，我們發(fā)現(xiàn)我們所搭的電路，在對(duì)開關(guān)進(jìn)行閉合打開的過(guò)程中，數(shù)碼管并不能顯示對(duì)應(yīng)開關(guān)的數(shù)字，在經(jīng)過(guò)多次測(cè)驗(yàn)后，我們對(duì)電路進(jìn)行的重新搭建，再重新搭建的之后我們發(fā)現(xiàn)還是無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)的功能，于是我們經(jīng)過(guò)對(duì)電路線路的反復(fù)檢查，確認(rèn)電路搭建沒有問(wèn)題后，我們認(rèn)為是元器件的選擇出現(xiàn)了某些問(wèn)題，經(jīng)過(guò)對(duì)多個(gè)元器件的排查與更換，在最終的測(cè)試中，我們的搶答器仿真模型成功實(shí)現(xiàn)了預(yù)期的結(jié)果。在仿真實(shí)驗(yàn)中，我們首先懂得了對(duì)電路分析排查的重要性，以及明白了，在對(duì)某一電路設(shè)計(jì)中，元器件的選擇也十分重要，準(zhǔn)確選擇合適的元器件，對(duì)設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)具有事半功倍的效果。在完成仿真測(cè)試后我們開始進(jìn)行實(shí)物電路的搭建，我負(fù)責(zé)搭建計(jì)數(shù)電路，我的同伴負(fù)責(zé)搭建搶答器電路，實(shí)物電路的搭建遠(yuǎn)比仿真搭建有難度，在密密麻麻的線路之中很容易看錯(cuò)，并且不易發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤線路的位置，在實(shí)物搭建的過(guò)程中，我們小隊(duì)受盡了磨難。首先在搭完搶答器部分電路后，我們便先開始對(duì)搶答器電路進(jìn)行測(cè)試，當(dāng)我們信心滿滿加上電時(shí)，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管并不能夠發(fā)光，在經(jīng)過(guò)換試驗(yàn)箱，檢查電路等一系列措施之后數(shù)碼管依舊不會(huì)發(fā)光，于是我們認(rèn)為是數(shù)碼管的問(wèn)題，我們單獨(dú)對(duì)數(shù)碼管進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)確實(shí)數(shù)碼管燒壞了，于是我們通過(guò)測(cè)試更換了好的數(shù)碼管，但接入電路之后依然不會(huì)發(fā)光，在對(duì)電路線路仔細(xì)排查過(guò)后，我們決定先完成所有電路的搭建再進(jìn)行測(cè)試。第二天在搭建完所有電路之后，我們又開始了緊張刺激的測(cè)試環(huán)節(jié)，又一次當(dāng)我們信心滿滿的接入電源之后，數(shù)碼管又為我們澆了一盆涼水，三個(gè)數(shù)碼管一個(gè)都沒有發(fā)光，我們此時(shí)的心情跌入了谷底，不知道是哪里出現(xiàn)了問(wèn)題，我們開始猜測(cè)，會(huì)不會(huì)是公共端的問(wèn)題，于是我們將公共端取消，在每個(gè)需要加高電平或者接地的端子直接與實(shí)驗(yàn)箱相連，我們發(fā)現(xiàn)在經(jīng)過(guò)改線以后，數(shù)碼管確實(shí)可以發(fā)光，能夠正常工作，于是我們將問(wèn)題鎖定在面包板上，為了對(duì)面包板測(cè)試，我們拿了一塊新的面包板，將公共端全部轉(zhuǎn)移到新的面包板之上，果然，在開關(guān)打開之后，數(shù)碼管發(fā)光了，雖然過(guò)程很曲折，也很辛苦，但是我們?yōu)檎业搅藛?wèn)題而高興，于是，我們更換了新的面包板進(jìn)行重新搭線，在加班加點(diǎn)的搭線之后，我們將新的板子帶到實(shí)驗(yàn)室開始測(cè)試，終于，在打開開關(guān)以后，數(shù)碼管開始發(fā)光了，當(dāng)主持人開關(guān)接地時(shí)，搶答器數(shù)碼管顯示零，在主持人開關(guān)接高電平時(shí)，打開A開關(guān)搶答器數(shù)碼管顯示1，但是在測(cè)試其他開關(guān)時(shí)，我們發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管顯示不正常，在經(jīng)過(guò)很多次排查，換線測(cè)試之后依然沒有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，時(shí)間倉(cāng)促，這些問(wèn)題只能在之后去探索。通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，雖然最終并沒有完美的成功，但是，我從中學(xué)到了很多，在不斷有新的問(wèn)題產(chǎn)生并被我們解決的過(guò)程中，我們收獲了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，也收獲了解決問(wèn)題的喜悅，這都是十分可貴的東西，對(duì)于我們未來(lái)進(jìn)行電路開發(fā)與設(shè)計(jì)提供了經(jīng)驗(yàn)，這難忘的一次經(jīng)歷將是我們永遠(yuǎn)的寶藏9.器件明細(xì)清單LED共陰數(shù)碼管BS2073片BCD七段譯碼器CD45113片十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器CD40292片雙上升沿D觸發(fā)器74LS743塊雙四輸入與非門74LS203塊四二輸入與非門74LS003塊反相器74LS042塊電容10PF1個(gè)電容0.01μF1個(gè)電阻1