八路搶答器課程設(shè)計報告

1、<p><b>　　電子課程設(shè)計報告</b></p><p><b>　　八 路 搶 答 器</b></p><p><b>　　姓 名：</b></p><p><b>　　專 業(yè)： </b></p><p><b>　　班 級： &

2、lt;/b></p><p><b>　　學 號：</b></p><p><b>　　2012-3-31</b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要---------------------------------------------

3、------------------------------3</p><p>　　前言---------------------------------------------------------------------------4</p><p>　　第一章 設(shè)計要求 --------------------------------------------------------

4、--5</p><p>　　1.1基本要求 -------------------------------------------------------------5</p><p>　　1.2提高要求 -------------------------------------------------------------5</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的組

5、成及工作原理------------------------------------------6</p><p>　　2.1系統(tǒng)的組成框圖-----------------------------------------------------6</p><p>　　2.2系統(tǒng)的工作原理---------------------------------------------------

6、--6</p><p>　　第三章 電路設(shè)計--------------------------------------------------------------7</p><p>　　3.1方案的選擇-----------------------------------------------------------7</p><p>　　3.1.1方案一-

7、---------------------------------------------------------7</p><p>　　3.1.2方案二----------------------------------------------------------8</p><p>　　3.1.3確定方案----------------------------------------

8、---------------8</p><p>　　3.2單元電路設(shè)計--------------------------------------------------------9</p><p>　　3.2.1搶答電路的設(shè)計----------------------------------------------9</p><p>　　3.2.2定時電路的

9、設(shè)計---------------------------------------------11</p><p>　　3.2.3報警電路的設(shè)計---------------------------------------------12</p><p>　　3.2.4時序電路的設(shè)計----------------------------------------------13</p

10、><p>　　第四章 電路實驗與調(diào)試---------------------------------------------------16</p><p>　　4.1焊接--------------------------------------------------------------------16</p><p>　　4.2調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決----

11、-------------------------------------16</p><p>　　第五章 設(shè)計總結(jié)-----------------------------------------------------------17</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　介紹了數(shù)碼顯示八路搶答器電路的組成、設(shè)計

12、及功能，電路采用74系列常用集成電路進行設(shè)計。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時、計時和報警功能。主持人通過時間預(yù)設(shè)開關(guān)預(yù)設(shè)供搶答的時間，系統(tǒng)將完成自動倒計時。若在規(guī)定的時間內(nèi)有人搶答，則計時將自動停止；若在規(guī)定的時間內(nèi)無人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響，提示主持人本輪搶答無效，實現(xiàn)報警功能，若超過搶答時間則搶答無效。</p><p>　　該搶答器主要運用到了編碼器，譯碼器和鎖存器：它采用74LS148來實

13、現(xiàn)搶答器的選號，采用74LS279芯片實現(xiàn)對號碼的鎖存，采用74LS192實現(xiàn)十進制的減法計數(shù)，采用555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號來共同實現(xiàn)倒計時功能，采用74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來實現(xiàn)報警信號的輸出。</p><p>　　通過課程設(shè)計提高和鞏固了所學的專業(yè)知識，以及知識的綜合應(yīng)用和焊接技術(shù)。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 搶答器 編碼 譯碼 定時 報警</p><p>

14、<b>　　前 言</b></p><p>　　進入21世紀越來越來多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答記分器是必要設(shè)備。過去在舉行的各種競賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。人們于是開始尋求一種能不依人的主觀意愿來判斷的設(shè)備來規(guī)范

15、比賽。因此，為了克服這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利用各種資源和條件設(shè)計出很多的搶答器，從最初的簡單搶答按鈕，到后來的顯示選手號的搶答器，再到現(xiàn)在的數(shù)顯搶答器，其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計時搶答，還兼具報警，計分顯示等等功能，有了這些更準確地儀器使得我們的競賽變得更加精彩紛呈，也使比賽更突顯其公平公正的原則。</p><p>　　今天隨著科技的不斷進步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費很多元件僅來實

16、現(xiàn)用指示燈和一些電路來實現(xiàn)簡單的搶答功能，使第一個搶答的參賽者的編號能通過指示燈顯示出來，避免不合理的現(xiàn)象發(fā)生。但這種電路不易于擴展，而且當有更高要求是酒無法實現(xiàn)，例如參賽人數(shù)的增加。隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)字搶答器誕生了，它易于擴展，可靠性好，集成度高，而且費用低，功能更加多樣話，是一種高效能的產(chǎn)品。而如今在市場上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機技術(shù)進行設(shè)計，本次設(shè)計主要利用常見的74LS系列集成電路芯片和555芯片，

17、并通過劃分功能模塊進行各個部分的設(shè)計，最后完成了八路智力競賽搶答器的設(shè)計。</p><p><b>　　第一章 設(shè)計要求</b></p><p><b>　　1.1基本要求</b></p><p>　?。?） 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。（2）&#

18、160;設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。（3） 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在數(shù)碼管上顯示選手號碼。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 </p><p><b>　　1.2提高要求</b></p><p>　　（1） 搶答器具

19、有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時。同時揚聲器發(fā)出短暫的響聲，響聲持續(xù)0.5秒左右。發(fā)光二極管燈亮。</p><p>　?。?） 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。</p><p>　　如果定時時間已到，無

20、人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并 </p><p>　　禁止搶答，定時顯示器上顯示00。</p><p>　　（4） 按鈕到控制中心的距離為20M。</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理</p><p>　　2.1系統(tǒng)的組成框圖：</p><p>　　圖2.1 系統(tǒng)組成框圖</p>

21、<p>　　2.2系統(tǒng)的工作原理：</p><p>　　定時搶答器的總體框圖如下圖2.2：</p><p>　　圖2.2 搶答器工作框圖</p><p>　　如圖所示電路包括主體電路和擴展電路兩部分。其中主體電路完成基本的搶答功能，即主持人按下控制開關(guān)后，當選手按動搶答鍵時，數(shù)碼管顯示選手編號，同時封鎖輸入電路，其他選手搶答無效。擴展電路完成定時搶答的功

22、能以及報警功能。圖2.2所示電路的工作過程是：接通電源后，主持人將控制開關(guān)置于“清除”處，此時搶答器處于禁止狀態(tài)，選手不能進行搶答，定時顯示器顯示設(shè)定的時間（30s），當主持人將控制開關(guān)置于 “開始”時，揚聲器發(fā)出聲響，搶答器處于工作狀態(tài)，同時定時器開始倒計時。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，電路要完成以下功能： </p><p>　?。?）優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后通過譯碼顯示電路在

23、數(shù)碼管上顯示搶答者的編號；</p><p>　?。?）揚聲器發(fā)出短暫聲響；</p><p>　?。?）控制電路對其余輸入編碼進行封鎖，禁止其他選手進行搶答；</p><p>　　（4）控制電路要使定時器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時間，當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)進行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。當定時時間到，卻沒有選手搶答

24、時，系統(tǒng)將報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。</p><p><b>　　第三章 電路設(shè)計</b></p><p><b>　　3.1方案的選擇：</b></p><p>　　3.1.1【方案一】</p><p>　　原理：在選手搶答前， “清除/起始” 開關(guān)S使基本RS觸發(fā)器輸出端Q為0，

25、使集成8線-3線優(yōu)先編碼器禁止；當主持人按下“清除/起始”開關(guān)S時，基本RS觸發(fā)器輸出端Q為1，與優(yōu)先擴展輸出端Yex共同作用，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器選通輸入端ST為0，允許編碼，等待數(shù)據(jù)輸入。此時優(yōu)先按動序號的組號立即通過編碼器按BCD421碼輸出，經(jīng)RS鎖存器74LS279將該數(shù)碼鎖存到LED顯示器上。與此同時，Yex（引腳為14）由1翻轉(zhuǎn)為0，與非門G1輸出為1，選通輸入端ST為1，編碼器被禁止。此外，在Yex由1翻轉(zhuǎn)為0時，

26、還驅(qū)動報警電路工作，發(fā)出聲音。</p><p><b>　　圖 </b></p><p>　　3.1.2【方案二】</p><p>　　該方案即為筆者所采用的方案，它采用了74LS148來實現(xiàn)搶答器的選號，采用了74LS279芯片實現(xiàn)對號碼的鎖存，采用了74LS192實現(xiàn)十進制的減法計數(shù)，555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號來共同實現(xiàn)倒計時，采用了74

27、LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來實現(xiàn)報警信號的輸出。</p><p>　　3.1.3 確定方案</p><p>　　在方案一中，主要多了一個基本RS觸發(fā)器，以及相對的74LS148引腳與74LS279之間連線的相應(yīng)改變，這又涉及到之后的提高方案中的連線的改變。它有自身的優(yōu)點，即基本RS觸發(fā)器又相當一鎖存器（74LS279），它可以對主持人的指令進行進一步的鎖存，這樣就可以增強它的抗干擾能力，但其線路

28、過于復(fù)雜，另外此次實驗所用的電路板對電路設(shè)計的大小要求很高，而且在布局和焊接上要越精練越好，所以它不是首選方案。而由于方案二已能滿足基本設(shè)計和提高設(shè)計的要求，而且它的原理更簡單易懂，直觀明了，元件更少，連線更方便，焊接更可靠，且比較容易實現(xiàn)，所以最終選用了方案二。</p><p><b>　　3.2單元電路設(shè)計</b></p><p>　　3.2.1搶答電路的設(shè)計&l

29、t;/p><p>　　搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，其電路組成如圖3-1所示：</p><p>　　圖3.2.1 搶答電路</p><p>　　其工作原理是：當主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時，RS觸發(fā)器

30、的R端為低電平，輸出端（4Q～1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。當主持人將開關(guān)撥到“開始”位置時，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，既搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號，當有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0，經(jīng)RS鎖存器

31、后，CTR=1，BI=1，此時74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當按下的鍵松開后，74LS148的YEX高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號仍不會被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。當優(yōu)先搶答者回答完問

32、題后，主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進行下一輪搶</p><p>　　3.2.2定時電路的設(shè)計</p><p>　　74LS48的7，6，2，3引腳接受來自74LS192的輸出信號并把它譯碼 顯示在數(shù)碼管上。74LS192的9，10，11，15引腳完成時間設(shè)定功能，本設(shè)計要求定時30秒，所以把左邊的芯片的1，15引腳接高電位，期于的全接低位，使的初始時間設(shè)定為30秒。555芯片

33、完成產(chǎn)生秒脈沖的功能。工作過程為：搶答開始前，74LS192的置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為30，5引腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖沖推動右邊的芯片開始倒記時，同時右邊芯片產(chǎn)生的信號做為左邊芯片的CP信號推動左邊的芯片倒記時，完成十進制的倒記時功能。當有人搶答后1Q的輸出為1，經(jīng)過非門后變?yōu)?，通過與門屏蔽了秒信號，停止記時，完成顯示搶答時間的功能。當記到了30秒時，左邊的芯片產(chǎn)生的定時到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使

34、得數(shù)碼管顯示為00。</p><p>　　圖3.2 .2 定時電路</p><p>　　3.2.3報警電路的設(shè)計</p><p>　　由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖3-3所示：</p><p>　　圖3.2.3 報警電路</p><p>　　其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：</p>&

35、lt;p>　　f0=1/(R1+2R2)*C*ln2=1.43/(R1+2R2)*C</p><p>　　其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。</p><p>　　3.2.4時序電路的設(shè)計</p><p>　　時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能：</p><

36、;p>　?、?主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)，</p><p>　?、诋攨①愡x手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。</p><p>　?、郛斣O(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。</p><p>　　根據(jù)上面的功能要求以及圖3.2.1和圖3.2.

37、2，設(shè)計的時序控制電路如圖3.2.4所示：</p><p>　　圖3.2.4(A) 搶答與定時電路的時序控制電路</p><p>　　圖3.2.4(B) 報警電路的時序控制電路</p><p>　　圖中，門G1的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸入使能端ST。圖3-4（a）的工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清零”位置撥到“開始

38、”位置時，來自于圖3-1中的74LS279的輸出CTR=0，經(jīng)G3反相，A=1，則從555輸出端來的時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時，在定時時間未到時，來自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BO2=1，門G2的輸出ST=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能①的要求；當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，CTR=1，經(jīng)G3反相，A=0，封鎖CP信號，定時器處于保持狀態(tài)，門G2的輸出ST

39、=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能②的要求；當定時時間到時，來自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BO2=0，門G2的輸出ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答，門G1同時處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號，使定時電路為00狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能③的要求，74LS121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。</p><p>　　我做的搶答電路，能正常工作。</p><p&g

40、t;<b>　　焊接面</b></p><p>　　第四章 電路實驗與調(diào)試</p><p><b>　　4.1焊接</b></p><p>　　通過實驗原理圖進行實物焊接，焊接時能深刻體會到焊接工藝的重要性：各個芯片的引腳功能不能混淆，必須了解各個芯片的使用方法，內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用時的注意事項，該接電源的一定要接電源，該接地

41、的一定要接地，且不能有懸空。同時在電路板上要預(yù)先確定電源的正負端，便于區(qū)分及焊接。正確焊接各芯片個管腳連接必須查閱各種資料并記錄，以確保在焊接過程和調(diào)試過程中芯片不被燒壞，同時確保整個電路的正確性。在焊接完后每塊芯片都用萬用表檢測，看是否有短接等，還有焊接時要盡量使布線規(guī)范清晰明了，這樣才有利于在調(diào)試過程中檢查電路。</p><p>　　4.2 調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法</p><p>

42、　?。?） 顯示電路不穩(wěn)定問題</p><p>　　在完成電路的焊接進入調(diào)試階段時發(fā)現(xiàn)搶答器數(shù)碼管顯示選手編號不穩(wěn)定。主要表現(xiàn)在單選手按下?lián)尨疰I后數(shù)碼管顯示的不是選手當前號碼。因此著手對電路進食檢查，首先檢查數(shù)碼管看是否是關(guān)節(jié)焊接錯誤，后又檢查電路各個芯片管腳接錯均未發(fā)現(xiàn)問題，最后發(fā)現(xiàn)當觸動某按鍵連線時顯示正常由此判斷可能是因為出現(xiàn)了虛焊，遂將電路各焊點又仔細焊接了一遍，此時電路顯示正常。</p>

43、<p>　?。?） 控制開關(guān)無法控制電路</p><p>　　在調(diào)試是發(fā)現(xiàn)當按下主持人開關(guān)時電路斷電，當松開后數(shù)碼管顯示始終為7，經(jīng)過一個多小時對電路用萬用表逐個檢查，發(fā)現(xiàn)是開關(guān)觸焊接錯誤，通過改正焊接后電路能正常工作。</p><p>　　（3）數(shù)碼管不能正常倒計時</p><p>　　在進入定時電路調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常倒計時，出現(xiàn)亂碼。對這問題我

44、們檢查了芯片是否完好，電路界限是否正確均未發(fā)現(xiàn)問題，后發(fā)現(xiàn)是由于在焊接時焊線有些地方出現(xiàn)部分短接，于是就將焊線重新理清，數(shù)碼管也能正常工作了。</p><p><b>　　設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　我們學電子信息工程專業(yè)快樂在哪里？我們學了模電，數(shù)電，電路和protel，單純學習肯定沒有什么樂趣，樂趣在于用我們學習的知識做出東西來。東西做出來了，我們也就獲

45、得了快樂。做得越多，自己能做出來的東西越多，當然我們就越快樂。</p><p>　　這次數(shù)電設(shè)計，從我們接到老師給我們的任務(wù)后，我們就認真找資料，資料很多，網(wǎng)上更是繁雜。很快我們就找到了自己要做的東西，于是馬上proteus仿真，這一步就是關(guān)鍵了，經(jīng)過一個星期的反復(fù)修改，才終于弄好。然后是畫protel圖，這個我花了兩天，硬是有幾根飛線，算了，飛就飛吧。要做到十全十美不是不可能，只要花更多時間去畫，一定行的。由于

46、時間問題，所以我就容許有幾根飛線了。焊接就容易多了，我花了一下午的時間就焊好了，焊好了就檢查電路，沒有問題。我馬上去測試，竟然一試就行，高興得跳起來?；蛟S太激動了，把板子折了下，第二次測試時，就不亮燈了。這可急壞我了，與是我就仔細檢查電路，檢查了好幾遍，終于發(fā)現(xiàn)是線被我折得短路了，排除了故障，搶答器又正常工作了。</p><p>　　在這次實驗制作中，我體會到制作的過程是先苦后甜的，只有潛下心來用心去做，才做得又