搶答器數(shù)電課程設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　綜述</b></p><p>　　競(jìng)賽搶答的器件，在現(xiàn)實(shí)生活中很常見(jiàn)，尤其是在隨著各種智益電視節(jié)目的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的競(jìng)賽搶答器被用在了其中，這種搶答器的好處是不僅能夠鍛煉參賽選手的反應(yīng)能力，而且能增加節(jié)目現(xiàn)場(chǎng)的緊張、活躍氣氛，讓觀眾看得更有情趣。 </p><p>　　在知識(shí)競(jìng)賽中

2、，特別是做搶答題時(shí)，在搶答過(guò)程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要有一個(gè)系統(tǒng)來(lái)完成這個(gè)任務(wù)。如果在搶答中，只靠人的視覺(jué)是很難判斷出哪組先答題。這次設(shè)計(jì)就是用幾個(gè)觸發(fā)器以及三極管巧妙的設(shè)計(jì)搶答器，使以上問(wèn)題得以解決，即使兩組的搶答時(shí)間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。本文主要介紹了搶答器的工作原理及設(shè)計(jì)，以及它的實(shí)際用途實(shí)際進(jìn)行智力競(jìng)賽時(shí)，一般分為若干組，各組對(duì)主持人提出的問(wèn)題，分必答和搶答兩種，必答有時(shí)間限制，到時(shí)要告警?；卮?/p>

3、問(wèn)題正確與否，由主持人判別加分還是減分，成績(jī)?cè)u(píng)定結(jié)果要用電子顯示裝置顯示。搶答時(shí)，要判定哪組優(yōu)先，并予以指示和鳴叫。</p><p><b>　　1. 設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　1.1工作過(guò)程</b></p><p>　　接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開(kāi)關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅

4、燈，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布搶答題目后，說(shuō)一聲“搶答開(kāi)始”，同時(shí)將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置，揚(yáng)聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。</p><p>　　當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)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。當(dāng)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：</p><p>　?。?）優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖

5、存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)；</p><p>　　揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；</p><p>　　控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答；</p><p>　　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。</p><p>　　（4）計(jì)數(shù)顯示電路可用8

6、421碼撥碼開(kāi)關(guān)譯碼電路顯示 。8421碼撥碼開(kāi)關(guān)能進(jìn)行加或減計(jì)數(shù)。也可用加/減計(jì)數(shù)器（如74 LS193）來(lái)組成。譯碼，顯示用共陰或共陽(yáng)組件，也可用CL002譯碼顯示器當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢，</p><p>　　主持人操作控制開(kāi)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。</p><p>　　1.2電路的組成及控制原理</p><p><b>　　

7、分析框圖如下所示：</b></p><p>　　圖1-2 四人智力搶答器框圖</p><p><b>　　2.選用器材</b></p><p>　　直流穩(wěn)壓電源，74HC148為8線－3線優(yōu)先編碼器，74HC48七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，74HC279為四個(gè)R-S 鎖存器,十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74HC192，555定時(shí)器，顯示器LC50

8、11－11，CL002，發(fā)光二極管，阻容元件，電位器，喇叭，開(kāi)關(guān)等。 </p><p>　　3. 單元電路設(shè)計(jì) </p><p><b>　　3.1計(jì)分電路</b></p><p>　　每組均有8421碼撥碼開(kāi)關(guān)KS－１，完成分?jǐn)?shù)的增和減，每組為三位個(gè)，十，百位，每位可以單獨(dú)進(jìn)行加減。例如：100

9、分加“10”分變?yōu)?10分，秩序安東撥碼開(kāi)關(guān)市委“＋”號(hào)一次；若加“20”分。若減分，方法相同，即按動(dòng)“－”號(hào)就能完成減數(shù)記分。用i表示組別（i=1,2,3,4）。</p><p>　　圖3-1撥碼開(kāi)關(guān)裝置</p><p>　　3.2 搶答器電路 </p><p>　　該電路完成的功能：分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；禁止其他選

10、手按鍵操作無(wú)效。工作過(guò)程：開(kāi)關(guān)S置于"清除"端時(shí)，RS觸發(fā)器的 端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74HC148的 ＝0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于"開(kāi)始"時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74HC148的輸出 經(jīng)RS鎖存后，1Q=1, =1,74HC48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為"5"。此外，1Q＝1，使74HC148 ＝１

11、，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74HC148的 此時(shí)由于仍為1Q＝1，所以74HC148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(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。計(jì)數(shù)顯示電路可用8421碼撥碼開(kāi)關(guān)譯碼電路顯示 。8421碼撥碼開(kāi)關(guān)能進(jìn)行加或減計(jì)數(shù)。來(lái)組成譯 碼，顯示用共陽(yáng)組件，也可用CL002譯碼顯示器。</p><p>　　圖3-2數(shù)字搶答電路</p><p><

12、;b>　　3.3定時(shí)電路</b></p><p>　　由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供?？深A(yù)置時(shí)間的電路選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體電路如圖 </p><p>　　圖3-3可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路</p><p><b>　　3.4

13、報(bào)警電路</b></p><p>　　由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖11、4所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率f0＝1.43／［（RI＋2R2）C ］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。</p><p><b>　　3-4報(bào)警電路</b></p><p>　　3．5時(shí)序控制

14、電路 </p><p>　　時(shí)序控制電路搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：（1）主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到"開(kāi)始"位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)人正常搶答工作狀態(tài)。 （2）當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。（3）當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器報(bào)警。圖中，門G1 的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74HC148的輸人使能

15、端 。圖3-4的工作原理是：主持人控制開(kāi)關(guān)從"清除"位置撥到"開(kāi)始"位置時(shí)，來(lái)自于圖3-2中的74HC279的輸出 1Q=0，經(jīng)G3反相， A＝1，則時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74HC192的CPD時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，則"定時(shí)到信號(hào)"為 1，門G2的輸出 =0，使 74HC148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能①的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵

16、時(shí)，1Q＝1，經(jīng) G3反相， A＝0，封鎖 CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出 =1，74HC148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能②的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則"定時(shí)到信號(hào)"為0， =1，74HC148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答</p><p><b>　　3-5時(shí)序控制電路</b></p><p>　　4．單元電路設(shè)計(jì)參數(shù)

17、計(jì)算及元器件選擇</p><p>　　4.1 74HC48芯片</p><p>　　一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)</p><p><b>　　圖為74HC48</b></p><p>　　4.2 74HC279資料</p><p>　　四R-S 鎖存器

18、 簡(jiǎn)要說(shuō)明:279為四個(gè)R-S 鎖存器，共有 54/74279 和 54/74LS279 兩種線路結(jié)構(gòu)型式,其。主要電器特性的典型值如下：型號(hào) tPD PD 54279/74279 12ns 90mW或54LS279/74LS279 12ns 19mW四個(gè)鎖存器中有 2 個(gè)具有 2 個(gè)置位端（SA,SB）。當(dāng)/S 為低電平，R 為高電平時(shí)，輸出端 Q為高電平。當(dāng)S為高電平，R為低電平時(shí)，Q為低電平。當(dāng)S和R 均為高電平時(shí)，Q被

19、鎖存在已建立的電平；當(dāng)S和R均為低電平時(shí)，Q 為不穩(wěn)定的高電平狀態(tài)。對(duì)SA和/SB，S的低電平表示/SA和/SB只要有一個(gè)為低電平，S的高電平表示SA和SB均為高電平。引出端符號(hào)：1Q~4Q 輸出端/1S~/4S 置位端（低電平有效）/1R~/4R 復(fù)位端（低電平有效）4.3 74HC148資料</p><p><b>　　圖為74HC148</b></p><p>

20、;　　在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上編碼信號(hào)。不過(guò)在設(shè)計(jì)優(yōu)先編碼器時(shí)已經(jīng)將所有的輸入信號(hào)按優(yōu)先順序排了隊(duì)。在同時(shí)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上輸入信號(hào)時(shí)，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級(jí)高的輸入信號(hào)編碼，優(yōu)先級(jí)低的信號(hào)則不起作用。74HC148是一個(gè)八線-三線優(yōu)先級(jí)編碼器。</p><p>　　Y2’=((I4+I5+I6+I7))*S)’</p><p>　　Y1’=((I2 I4’I5’+ I3 I

21、4’I5’+ I6 + I7)*S)’</p><p>　　Y0’=((I1I2’I4’I6’+I3I4’I6’+I5I6’+I7)*s)’</p><p>　　為了擴(kuò)展電路的功能和增加使用的靈活性，在74HC148的邏輯電路中S’為選通輸入端，只有在S’=0條件下，才正常工作，而在S’=1時(shí)，所有的輸出端均被封鎖在高電平。。</p><p>　　YS’=(I0’I

22、1’I2’I3’I4’I5’I6’I7’S)’</p><p>　　只要任何一個(gè)編碼輸入端有低電平輸入，且S=1，YEX’即為高電平,因此，為低電平時(shí)表示“電路工作，且有編碼輸入。</p><p>　　YEX’=((I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7)*S)’</p><p>　　74HC148功能表</p><p>　　4.4

23、74HC192資料</p><p>　　74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如下所示：</p><p><b>　　圖為74HC192</b></p><p>　　(a)引腳排列(b)邏輯符號(hào)圖中,CPu為加計(jì)數(shù)端，CPD為減計(jì)數(shù)端，TCU’非同步進(jìn)位輸出端,TCU’為非同步借位輸

24、出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，MR為清除端，Q0,Q1,Q2,Q3為數(shù)據(jù)輸出端.</p><p>　　74HC192功能表</p><p>　　4.5 555定時(shí)器 </p><p>　　基本原理是，由于電容C的兩端的電壓不能突變，定時(shí)器的2端電壓低觸發(fā)端為低電平，輸出端3為高電平。電源經(jīng)過(guò)R1、R2給電容C充電，當(dāng)電容的電壓充到電源電壓的2/3時(shí)，5

25、55內(nèi)部的MOS管導(dǎo)通，輸出為低電平。接著電容通過(guò)R2和已經(jīng)導(dǎo)通的MOS管放電，當(dāng)電容的兩端電壓下降到低于1/3的電源電壓時(shí)，MOS管截止電容放電停止，此時(shí)電源通過(guò)R1、R2再次向電容充電，如此反復(fù)，形成震蕩，從而在3端得到時(shí)鐘脈沖源輸出，根據(jù)公式：</p><p>　　周期T=（R1+2R2）×C×ln2=0.7（R1+2R2）C </p><p>　　它由3個(gè)阻值為

26、5k的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電BJT以及緩沖器G 組成。</p><p>　　定時(shí)器的主要功能取決于比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電BJT T的狀態(tài)。圖中Rd為復(fù)位輸入端，當(dāng)Rd為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出Vo為低電平。因此在正常工作時(shí)，應(yīng)將其接高電平。</p><p>　　當(dāng)5腳懸空時(shí)，比較器C1和C2的比較電壓分別為2/3Vcc和1

27、/3Vcc；當(dāng)VI1>2/3Vcc，VI2>1/3Vcc時(shí)，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端Vo為低電平。</p><p>　　當(dāng)VI1<2/3Vcc，VI2<1/3Vcc時(shí)，比較器C1輸出高電平,比較器C2輸出輸出低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，放電三極管截止，輸出端Vo為高電平。</p><p>　　當(dāng)VI

28、1<2/3Vcc，VI2>1/3Vcc時(shí)，基本RS觸發(fā)器R=1、S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路以保持原狀態(tài)不變.</p><p><b>　　5. 完整電路圖</b></p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)體會(huì)</b></p><p>　　我認(rèn)為做課程設(shè)計(jì)同時(shí)也是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，平時(shí)課

29、間的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí)。認(rèn)識(shí)來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)。這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。</p>

30、;<p>　　在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，尤其在繪圖上花了很長(zhǎng)時(shí)間。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì),我學(xué)到了很多書(shū)本上沒(méi)有的實(shí)際的知識(shí),熟悉了一些元器件、芯片在工程中的靈活運(yùn)用。在設(shè)計(jì)及制作過(guò)程中，遇到過(guò)一些困難。通過(guò)上網(wǎng)和去圖書(shū)館查資料解決之。并且在網(wǎng)上搜集到了一些元器件及電路的相關(guān)資料對(duì)以后的學(xué)習(xí)及工作是很有幫助的。這次設(shè)計(jì)我學(xué)會(huì)了visio的操作，并且進(jìn)一步熟練地掌握和

31、運(yùn)用了相關(guān)的專業(yè)軟件，提高了我們自身的專業(yè)素質(zhì)。這也是我們工科學(xué)生所必須掌握的基礎(chǔ)技能。同時(shí)也深深的體會(huì)到，我們書(shū)本上所學(xué)的知識(shí)和實(shí)際的東西相差甚遠(yuǎn)，我們所不懂的知識(shí)還有很多，因此今后我們要更加注重實(shí)際方面的鍛煉和運(yùn)用。好好珍惜現(xiàn)在的大學(xué)時(shí)間，努力完善自己。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 毛發(fā)堯.《數(shù)字邏輯》北京：高等教育出

32、版社2008.</p><p>　　[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分.北京：高等教育出版社，2006. </p><p>　　[3]張欽雙.實(shí)用電子電路200例.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.</p><p>　　[4]陳有卿.實(shí)用555時(shí)基電路300例.北京：中國(guó)電力出版社，2004.</p><p>　　[5]常華.仿真軟件教程.北京