八路搶答器課程設計報告 (2)

1、<p><b>　　電子信息工程學院</b></p><p><b>　　電子課程設計報告</b></p><p><b>　　八 路 搶 答 器</b></p><p><b>　　姓 名：_____</b></p><p>　　專 業(yè)：___

2、___</p><p>　　班 級：______</p><p>　　學 號：_______</p><p>　　同組人：_______</p><p>　　指導教師：_______</p><p><b>　　學校：</b></p><p><b>　　日期：&

3、lt;/b></p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　摘要---------------------------------------------------------------------------3</p><p>　　前言-----------------------------------------

4、----------------------------------4</p><p>　　第一章 設計要求 ----------------------------------------------------------5</p><p>　　1.1基本要求 -------------------------------------------------------------5&

5、lt;/p><p>　　1.2提高要求 -------------------------------------------------------------5</p><p>　　第二章 系統(tǒng)的組成及工作原理------------------------------------------6</p><p>　　2.1系統(tǒng)的組成框圖---------------

6、--------------------------------------6</p><p>　　2.2系統(tǒng)的工作原理-----------------------------------------------------6</p><p>　　第三章 電路設計--------------------------------------------------------------7

7、</p><p>　　3.1方案的選擇-----------------------------------------------------------7</p><p>　　3.1.1方案一----------------------------------------------------------7</p><p>　　3.1.2方案二--------

8、--------------------------------------------------8</p><p>　　3.1.3確定方案-------------------------------------------------------8</p><p>　　3.2單元電路設計-------------------------------------------------

9、-------9</p><p>　　3.2.1搶答電路的設計----------------------------------------------9</p><p>　　3.2.2定時電路的設計---------------------------------------------11</p><p>　　3.2.3報警電路的設計-------------

10、--------------------------------12</p><p>　　3.2.4時序電路的設計----------------------------------------------13</p><p>　　第四章 電路實驗與調試---------------------------------------------------15</p><

11、p>　　4.1焊接--------------------------------------------------------------------15</p><p>　　4.2調試中出現的問題及解決-----------------------------------------15</p><p>　　第五章 設計總結---------------------------

12、--------------------------------15</p><p>　　參考文獻----------------------------------------------------------------------18</p><p>　　附錄（元件清單）---------------------------------------19</p><

13、;p><b>　　摘 要</b></p><p>　　介紹了數碼顯示八路搶答器電路的組成、設計及功能，電路采用74系列常用集成電路進行設計。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。主持人通過時間預設開關預設供搶答的時間，系統(tǒng)將完成自動倒計時。若在規(guī)定的時間內有人搶答，則計時將自動停止；若在規(guī)定的時間內無人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響，提示主持人本輪搶答無效，實現報

14、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來實現搶答器的選號，采用74LS279芯片實現對號碼的鎖存，采用74LS192實現十進制的減法計數，采用555芯片產生秒脈沖信號來共同實現倒計時功能，采用74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來實現報警信號的輸出。</p><p>　　通過課程設計提高和鞏固了所學的專業(yè)知識，以及知識的

15、綜合應用和焊接技術。</p><p>　　關鍵詞: 搶答器 編碼 譯碼 定時 報警</p><p><b>　　前 言</b></p><p>　　進入21世紀越來越來多的電子產品出現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備。過去在舉行的各種競賽中我們經?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數采用讓選手

16、通過舉答題板的方法判斷選手的答題權，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備來規(guī)范比賽。因此，為了克服這種現象的慣性發(fā)生人們利用各種資源和條件設計出很多的搶答器，從最初的簡單搶答按鈕，到后來的顯示選手號的搶答器，再到現在的數顯搶答器，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

17、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現用指示燈和一些電路來實現簡單的搶答功能，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，例如參賽人數的增加。隨著數字電路的發(fā)展，數字搶答器誕生了，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

18、能的產品。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，或利用單片機技術進行設計，本次設計主要利用常見的74LS系列集成電路芯片和555芯片，并通過劃分功能模塊進行各個部分的設計，最后完成了八路智力競賽搶答器的設計。</p><p><b>　　第一章 設計要求</b></p><p><b>　　1.1基本要求</b></p>

19、<p>　　（1） 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SB0 ~ SB7表示。</p><p>　?。?） 設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關S，該開關由主持人控制。（3） 搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在數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

20、系統(tǒng)清除為止。 </p><p><b>　　1.2提高要求</b></p><p>　　（1） 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（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>　?。?）

21、60;參賽選手在設定的時間內進行搶答，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>　?。?） 按鈕到控制中心的距離為20M。</p><p&

22、gt;　　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><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

23、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后，當選手按動搶答鍵時，數碼管顯示選手編號，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，定時顯示器顯示設定的時間（30s），當主持人將控制開關置于 “開始”時，揚聲器發(fā)出聲響，搶答器處于工作狀態(tài)，同時

24、定時器開始倒計時。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，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數碼管上顯示搶答者的編號；</p><p>　　（2）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>

25、;　?。?）控制電路要使定時器停止工作，數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進行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回復到禁止工作狀態(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 電路設計</b></p><p><b>　　3.1方案的選擇：</

26、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S使基本RS觸發(fā)器輸出端Q為0，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，等待數據輸入。此時優(yōu)先按動序號的組號立即通過編碼器按BCD4

27、21碼輸出，經RS鎖存器74LS279將該數碼鎖存到LED顯示器上。與此同時，Yex（引腳為14）由1翻轉為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翻轉為0時，還驅動報警電路工作，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

28、筆者所采用的方案，它采用了74LS148來實現搶答器的選號，采用了74LS279芯片實現對號碼的鎖存，采用了74LS192實現十進制的減法計數，555芯片產生秒脈沖信號來共同實現倒計時，采用了74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來實現報警信號的輸出。</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

29、線的相應改變，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，但其線路過于復雜，另外此次實驗所用的電路板對電路設計的大小要求很高，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計和提高設計的要求，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，所

30、以最終選用了方案二。</p><p><b>　　3.2單元電路設計</b></p><p>　　3.2.1搶答電路的設計</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

31、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：當主持人控制開關處于“清零”位置時，RS觸發(fā)器的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

32、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RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經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

33、，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)先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關S，使搶答電路復位，以便進行下一輪搶</p><p>　　3.2.2定時電路的設計</p><p>　　74LS48的7，6，2，3引腳接受來自74LS192的輸出信號并把

34、它譯碼 顯示在數碼管上。74LS192的9，10，11，15引腳完成時間設定功能，本設計要求定時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，使的初始時間設定為30秒。555芯片完成產生秒脈沖的功能。工作過程為：搶答開始前，74LS192的置數端為低電位，處于初始狀態(tài)，數碼管顯示為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

35、進制的倒記時功能。當有人搶答后1Q的輸出為1，經過非門后變?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，左邊的芯片產生的定時到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使得數碼管顯示為00。</p><p>　　圖3.2 .2 定時電路</p><p>　　3.2.3報警電路的設計</p><p>　　由555定時器和三極管構成的報警電路

36、如圖3-3所示：</p><p>　　圖3.2.3 報警電路</p><p>　　其中555構成多諧振蕩器，振蕩頻率為：</p><p>　　f0=1/(R1+2R2)*C*ln2=1.43/(R1+2R2)*C</p><p>　　其輸出信號經三極管推動揚聲器。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。&l

37、t;/p><p>　　3.2.4時序電路的設計</p><p>　　時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能：</p><p>　?、?主持人將控制開關撥到“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>　　②當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。</p>

38、<p>　　③當設定的搶答時間到，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>　　根據上面的功能要求以及圖3.2.1和圖3.2.2，設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&g

39、t;<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：主持人控制開關從“清零”位置撥到“開始”位置時，來自于圖3-1中的74LS279的輸出CTR=0，經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=

40、1，門G2的輸出ST=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現功能①的要求；當選手在定時時間內按動搶答鍵時，CTR=1，經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=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現功能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同時處于關門狀態(tài)，封鎖CP信號，使定

41、時電路為00狀態(tài)，從而實現功能③的要求，74LS121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。</p><p>　　第四章 電路實驗與調試</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，內部結構以及使用時的注意事項

42、，該接電源的一定要接電源，該接地的一定要接地，且不能有懸空。同時在電路板上要預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，這樣才有利于在調試過程中檢查電路。</p><p>　　4.2 調試中出現的問題及解決方法</

43、p><p>　　（1） 顯示電路不穩(wěn)定問題</p><p>　　在完成電路的焊接進入調試階段時發(fā)現搶答器數碼管顯示選手編號不穩(wěn)定。主要表現在單選手按下?lián)尨疰I后數碼管顯示的不是選手當前號碼。因此著手對電路進食檢查，首先檢查數碼管看是否是關節(jié)焊接錯誤，后又檢查電路各個芯片管腳接錯均未發(fā)現問題，最后發(fā)現當觸動某按鍵連線時顯示正常由此判斷可能是因為出現了虛焊，遂將電路各焊點又仔細焊接了一遍，此時電路顯

44、示正常。</p><p>　?。?） 控制開關無法控制電路</p><p>　　在調試是發(fā)現當按下主持人開關時電路斷電，當松開后數碼管顯示始終為7，經過一個多小時對電路用萬用表逐個檢查，發(fā)現是開關觸焊接錯誤，通過改正焊接后電路能正常工作。</p><p>　?。?）數碼管不能正常倒計時</p><p>　　在進入定時電路調試時，發(fā)現數碼管不能

45、正常倒計時，出現亂碼。對這問題我們檢查了芯片是否完好，電路界限是否正確均未發(fā)現問題，后發(fā)現是由于在焊接時焊線有些地方出現部分短接，于是就將焊線重新理清，數碼管也能正常工作了。</p><p><b>　　第五章 設計總結</b></p><p>　　本次電子課程設計實習將理論與實踐有機地結合，既考查了同學對理論知識的掌握程度，由反映了實際動手能力，更主要的是考查了同學

46、對知識的綜合運用以及創(chuàng)新設計思維能力，為今后的發(fā)展提供了一次良好的學習環(huán)境。</p><p>　　針對課設題目八路搶答器，一開始還沒有頭緒，不會運用所學知識進行有效設計，但通過上網查閱各種類似的設計，去圖書館翻閱相關設計書籍，查閱所提供的芯片功能，確定基本設計方案，又通過仿真驗證試驗方案的可實行性，雖說比較煩雜但卻對設計一個電路有了基本的經驗。同時也使自己認識到：</p><p>　　設計

47、思路是整個設計的靈魂</p><p>　　拿下每個課題能有一個非常清晰的設計思路是至關重要的。只有對課題的充分理解，對各種器件的熟練掌握，勾畫出基本的設計圖是成功的關鍵，，必須多花時間在設計上才能為后續(xù)工作提供更扎實的基礎。翻閱各種資料，上網查詢填補所需知識的空白是必要的。</p><p>　　焊接制作必須精益求精</p><p>　　焊接必須精益求精，一絲不茍，一

48、點的差錯都可能導致實驗結果錯誤，因此必須準確無誤還要工整，這樣才能在調試中能比較輕松進行，也是整個電路可看性更好。</p><p><b>　　調試</b></p><p>　　調試工作是個精細工作。在調試過程中，有些問題是芯片本身損壞引起的，也有些是因為焊接問題引起的等因此排查過程需要特別有耐心，通過對芯片功能的檢驗，對焊點的檢查最后檢查出問題所在。當最后解決問題時

49、，電路的正確是非常振奮，也很有成就感和滿足感。</p><p><b>　　建議</b></p><p>　　設計的作品主要是用74系列集成芯片來完成的，在焊接的過程中由于芯片的引腳過多，布線工作不是很方便。有時候還因為某一跟線沒有焊牢，造成電路的不穩(wěn)定，這些都是有待改進的。</p><p><b>　　不足</b><

50、;/p><p>　　實驗效率低，焊接水平不足導致電路穩(wěn)定性不高，布線比較混亂，這些都有待提高。</p><p>　　總之，在設計過程中學到了許多。作為現代的大學生，如果僅停留在以往的層次上，是遠遠跟不上時代的步伐，也無法使自己立足在競爭如此激烈的社會里，通過此次實習，看到了自己的水平和差距，學要在今后的學習中又進一步的提高。</p><p><b>　　參考文

51、獻</b></p><p>　　【1】錢培怡.電子電路實驗及課程設計.西安電子科技大學出版社.1992</p><p>　　【2】王毓銀.數字電路邏輯設計（第三版）.高等教育出版社.1999</p><p>　　【3】陳有卿.集成電路妙用巧用300例.人民郵電出版社.1999</p><p>　　【4】謝自美.電子線路設計實驗測試

52、.華中科技大學出版社.2000</p><p>　　【5】高吉祥.電子技術基礎實驗與課程設計.電子工業(yè)出版社.2002</p><p>　　【6】趙保終.中國集成電路大全（TTL集成電路）.國防工業(yè)出版社</p><p>　　【7】周常森.電子電路計算機仿真技術.山東科學技出版社</p><p>　　【8】http://www.21ic.co

53、m.cn</p><p><b>　　附錄一：元件清單</b></p><p>　　附錄二：74LS148的引腳圖和邏輯功能表</p><p>　　附錄三：74121的邏輯功能表和引腳圖（代替74LS121）</p><p>　　附錄四： 74LS279的邏輯功能表和引腳圖</p><p>　　附