數電課程設計--- 四人競賽搶答器的設計

1、<p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘 要2</b></p><p>　　第二章．電路設計3</p><p>　　2.1 設計要求3</p><p>　　2.1.1設計背景 3</p><p>　　2.1.2掌握時鐘

2、電路的作用及基本構成 4</p><p>　　2.1.3 了解組合邏輯電路掌握組合邏輯電路的設計及觸發(fā)器的使用 4</p><p>　　2.2 四人智力競賽搶答器的設計原理 　　電路主要由脈沖產生電路、鎖存電路、編碼及譯碼顯示電路、倒計時電路和音響產生電路組成。當有選手搶答時，首先鎖存，阻止其他選手搶答，然后編碼，再經4線7段譯碼器將數字顯示在顯示器上同時

3、產生音響。主持人宣布開始搶答時，倒計時電路啟動由30計到0，如有選手搶答，倒計時停止。電路系統(tǒng)結構如圖2-1： 4</p><p>　　2.3單元電路分析5</p><p>　　2.3.1選手開關5</p><p>　　2.3.2主持人開關5</p><p>　　2.3.3觸發(fā)鎖存電路5</p><p>　　

4、2.3.4搶答電路如圖2-2：6</p><p>　　2.2.5 74LS192簡介............................................................................................................7</p><p><b>　　2.4整體電路8</b></

5、p><p>　　2.4.1運行情況9</p><p>　　2.4.2電路圖封裝及電路板仿真結果如圖2-7：10</p><p>　　第三章.總結與體會10</p><p>　　3.1結論： 10</p><p>　　3.2心得 ;11</p><p>　　第四章、答辯記

6、錄及評分表12</p><p><b>　　參考文獻13</b></p><p><b>　　附錄：14</b></p><p>　　四人競賽搶答器的設計</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　應用Multisim

7、11.0軟件對4路競賽搶答器進行設計與仿真。四人智力競賽搶答器電路主要由搶答電路、倒計時電路、影響電路等構成。結果表明，該方法仿真效果真實、準確，操作簡單，成本低廉的特點。 隨著我國經濟和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多競爭場合要求有快速公正的競爭裁決，例如證券、股票交易以及各種智力競賽等。在現代社會生活中，智力競賽更是作為一種生動活潑的教育形式和方法能夠引起觀眾極大地興趣。而在競賽中往往分為幾組參加，這是針對主持人提出的問題，各組一般

8、要進行必答和搶答，對必答一般有時間限制，倒是有聲響提示；對于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。本文介紹了一種利用數字電路實現的搶答系統(tǒng)，具有很強的實用性。 數字搶答器有主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽組的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。搶答器具有數據鎖存和顯示功能。搶答開始后，若有選手安東強大按鈕，編號立即鎖存

9、，并數碼管上顯示選手的編號，同時揚聲器給出聲音提示；同時封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先搶答選</p><p>　　數字搶答器；鎖存器； Muitisim 11.0 ； 計時電路 </p><p><b>　　第一章.緒論 </b></p><p>　　基于數字電子技術的設計創(chuàng)新和產品創(chuàng)新看起來似乎永無止境，而且它們也的的確確

10、</p><p>　　展，現代電子產品設計越來越注重產品的易使用型，人機界面一定要良好。聲音、圖象等作為人類交往的最重要手段，也被體現在電子產品設計中。采用一顆語音芯片，讓產品開口說話，可以起到強化宣傳品牌、指導用戶使用、故障緊急提示、娛樂等功能，使產品設計新穎實用、先聲奪人、出奇制勝。</p><p><b>　　第二章．電路設計</b></p>&l

11、t;p><b>　　2.1 設計要求</b></p><p>　?。?）.四組參賽者在進行搶答時，當搶答者按下面前的按鈕時，搶答器都能準確地判斷出搶先者，并顯示相應的組號。</p><p>　?。?）.搶答器應具有互鎖功能，某組搶答后能自動封鎖其它各組進行搶答。</p><p>　?。?）.系統(tǒng)應具有一個總復位開關。</p>

12、<p>　?。?）.安裝自己設計的電路。</p><p>　?。?）.運用仿真軟件繪制設計電路圖（如Multisim）。</p><p>　?。?）.可用觸發(fā)器、鎖存器或編碼器判斷第一搶答者的信號并將其鎖存，在得到第一信號 之后應立即將電路的輸入封鎖，同時還必須注意，第一搶答信號應在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。</p><p>　　(7).當電路形成第

13、一搶答信號之后，用編碼、譯碼及數碼顯示電路顯示出搶答者的組別，或用發(fā)光二極管直接指示出組別。同時控制音頻振蕩器工作。</p><p>　　(8).限時及顯示電路可多諧振蕩器、計數器、譯碼器和數碼顯示電路組成</p><p>　　2.1.1設計背景 </p><p>　　(1).了解數字電路系統(tǒng)的定義及組成 </p><p>

14、;　　數字電路系統(tǒng)一般包括輸入電路、控制電路、輸出電路、時鐘電路和電源等。輸入電路主要作用是將被控信號轉換成數字信號，其形式包括各種輸入接口電路。比如數字頻率計中，通過輸入電路對微弱信號進行放大、整形，得到數字電路可以處理的數字信號。模擬信號則需要通過模數轉換電路轉換成數字信號再進行處理。在設計輸入電路時，必須首先了解輸入信號的性質，接口的條件，以設計合適的輸入接口電路。 </p><p>　　2.1.

15、2掌握時鐘電路的作用及基本構成 </p><p>　　時鐘電路是數字電路系統(tǒng)中的靈魂，它屬于一種控制電路，整個系統(tǒng)都在它的控制下按一定的規(guī)律工作。時鐘電路包括主時鐘振蕩電路及經分頻后形成各種時鐘脈沖的電路。比如多路可編程控制器中的 555 多諧振蕩電路，數字頻率計中的基準時間形成電路等都屬于時鐘電路。設計時鐘電路，應根據系統(tǒng)的要求首先確定主時鐘的頻率，并注意與其他控制信號結合產生系統(tǒng)

16、所需的各種時鐘脈沖。 </p><p>　　2.1.3 了解組合邏輯電路掌握組合邏輯電路的設計及觸發(fā)器的使用 </p><p>　　在組合邏輯電路中，任意時刻的輸出僅僅取決于該時刻的輸入，與電路原來的狀態(tài)無關?？梢酝ㄟ^各種簡單邏輯單元實現各種邏輯關系從而可以設計出判斷搶答信號的先后并同時封鎖其它信號的到來。觸發(fā)器能夠存儲1位二值信號，由此可以設計出鎖存搶答信號

17、的電路。</p><p>　　2.2 四人智力競賽搶答器的設計原理　　電路主要由脈沖產生電路、鎖存電路、編碼及譯碼顯示電路、倒計時電路和音響產生電路組成。當有選手搶答時，首先鎖存，阻止其他選手搶答，然后編碼，再經4線7段譯碼器將數字顯示在顯示器上同時產生音響。主持人宣布開始搶答時，倒計時電路啟動由30計到0，如有選手搶答，倒計時停止。電路系統(tǒng)結構如圖2-1：</p><p><b

18、>　　圖2-1</b></p><p><b>　　2.3單元電路分析</b></p><p><b>　　2.3.1選手開關</b></p><p>　　此電路由4個開關組成，四位搶答者通過開斷各自的開關開關實現搶答，給編碼器輸入高電平，其中低電平為有效搶答信號。</p><p>

19、;　　2.3.2主持人開關</p><p>　　此電路由2個開關和一個1kΩ的電阻組成，主持人通過開斷開關控制整個電路開合。</p><p>　　2.3.3觸發(fā)鎖存電路</p><p>　　此電路由4D觸發(fā)器74LS175組成。它具有以下功能：1.清零功能(用集成觸發(fā)器清除端實現，由主持人輸入手動負脈沖控制)。2.四個搶答鍵控制功能(有按鍵實現)。3．顯示功能(&l

20、t;/p><p>　　用LED顯示器實現。4.脈沖信號控制功能。</p><p>　　其功能表如表2-1：</p><p><b>　　表2-1</b></p><p>　　主持人沒有按下開關時，選手不得搶答，否則搶選選收對應的指示燈亮，并且顯示器顯示該選手編號，蜂鳴器不響。</p><p>　　2.

21、3.4搶答電路如圖2-2：</p><p><b>　　圖2-2</b></p><p>　　其工作原理為：本電路采用74LS175四上升沿D觸發(fā)器，～CLR為清除端（低電平有效）由主持人控制按鍵J5控制。選用該芯片的三個輸入與輸出開始時，輸入端1、2、4分別接低電平，J3通過兩個二極管D1、D2接到輸入1和2端，因此，當J3按下時輸出1和2均為高電平，為十進制的3，

22、通過數碼管便可顯示搶答的組別。當主持人按下J5時，74LS175的清零端為低電平，使其被強制清零，輸入的搶答信號無效。開始時74LS175的清零端接高電平，74LS175正常工作，四個Q非端與在一起為高電平，再和輸入的時鐘脈沖信號一起給74LS175脈沖端，當有人搶答時，輸出有一個為高電平，74LS21輸出為低電平，沒有脈沖信號輸入，因此74LS175被鎖定，從而使得其他選手按鍵的輸入信號不會被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性及搶答電路的

23、準確性。當選手回答</p><p>　　完畢或時間到后，主持人按下控制開關J5,搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。</p><p>　　2.3.5 74LS192簡介： </p><p>　　74LS192是同步十進制可逆計數器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數等功能，其引腳排列及邏輯符號如下圖2-3圖2-3：</p><p>

24、<b>　　圖2-3</b></p><p><b>　　CLK為置數端，</b></p><p><b>　　UP為加計數端，</b></p><p>　　DOWN為減計數端，</p><p>　　~CO為非同步進位輸出端，</p><p>　　~BO

25、為非同步借位輸出端，A、B、C、D為計數器輸入端，為清零端，QA、QB、QC、</p><p><b>　　QD為數據輸出端。</b></p><p><b>　　倒計時電路 </b></p><p>　　由兩個74LS192構成30秒倒計時。開始時為39秒，當選手搶答后，倒計時器開始倒計時，30秒跑完后，蜂鳴器

26、開始響至主持人按下復位控制按鍵J5時，蜂鳴器響停止，同時顯示為30秒，等待下一輪搶答。到計時電路如圖2-4所示</p><p><b>　　圖2-4</b></p><p>　　其工作原理為：與非門74LS05連接搶答電路74LS175輸出端～1Q、～2Q和～4Q控制74LS192的置數端，同時將U4的輸入A端和B端接高電平，同時將剩下的輸入端和U6的輸入端接地。而

27、U6的～BO端接U4的DOWN脈沖端，輸出端接連數碼管顯示時間，倒計時部分的的192的連接見圖4。由三個或非門分別對輸出端進行選擇，再將其進行相與，輸出連接蜂鳴器和非門，非門輸出再與時鐘脈沖相與接到U6的DOWN脈沖端。當輸出不全為零時，非門的輸出為高電平，脈沖正常工作，當輸出全為零時，非門輸出為低電平，U6的DOWN脈沖端一直為低電平，從而使192不能正常工作，從而實現30秒倒計時和到點蜂鳴器響的效果。</p><

28、p><b>　　2.4整體電路</b></p><p>　　電路圖如圖2-6所示：</p><p><b>　　圖2-6 </b></p><p><b>　　2.4.1運行情況</b></p><p>　　當開始搶答后，主持人會按下加分按鍵J5倒計時電路會開始倒計時，若

29、選手在規(guī)定的搶答時間內搶答成功，組別顯示數碼管會顯示優(yōu)先搶答的選手組別，同時搶答電路被鎖定，其他選手再按下?lián)尨鸢存I時也不會顯示，同時主持人按下復位按鍵J5，J6電路回到初始狀態(tài)，等待下一輪的搶答；若選手在30秒沒有搶答時，時間一到蜂鳴器會報警，此時該選手不得分，主持人按下復位按鍵J5，J6電路回到初始狀態(tài)，等待下一輪搶答。 </p><p>　　2.4.2電路圖封裝及電路板仿

30、真結果如圖2-7：</p><p><b>　　圖2-7</b></p><p><b>　　第三章.總結與體會</b></p><p><b>　　3.1結論： </b></p><p>　　本次設計是本人第一次運用數字電路模擬實際的東西。因而在許多方面都還不熟練,

31、不如說對一些元器件的功能還不完全了解，不能熟練運用，因而不能完全的一次性設計好該電路。不過通過本次的課程設計我學到了學多的知識，培養(yǎng)了我獨立思考問題解決問題的能力，加深了我們對數電、模電知識的理解，鞏固了我們的學習知識，有助于我們今后的學習。 </p><p>　　總之，在這次的課程設計過程中，我收獲了很多，即為我的以后學習設計有很大的幫助，也為將來的人生之路做好了一個很好的鋪墊。</p>

32、<p><b>　　3.2心得 ;</b></p><p>　　本次課程設計對于我的課題的要求基本上實現了。這次課程設計時間有點匆忙，雖然大部分的功能都實現了，但是還是會存在不完美的地方，實在是時間有點緊，沒辦法做長時間的修改。 </p><p>　　設計進行地比較成功，對常用的芯片無論是從功能上，還是構造上都在了更深的了解，更重要的是

33、鍛煉了我們的動手能力，平時看書都能看得明白，但是到了仿真的時候還是會出現很多的問題，有時候一個小失誤致使整個電路工作狀態(tài)出現錯誤，但是還是能過一次次的調試，一次次地去修改最后得出了成品。也學了一個新的軟件，這也是很重要的。 </p><p>　　反正這次課程設計收獲也不少，但是如果時間能夠再充分一點，我相信自己能夠做得更好。</p><p>　　第四章、答辯記錄及評分表 &l

34、t;/p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1. 閻石.數字電子技術基礎.北京：高等教育出版社，1989</p><p>　　2. 張乃國.電子測量.北京：人民郵電出版社，1985</p><p>　　3. 彭介華.電子技術課程設計指導.北京：高等教育出版社，1997</p><p

35、>　　4. 華容茂.電工、電子技術實習與課程設計.北京電子工業(yè)出版社，2000</p><p>　　5. 臧春華.電子線路設計與應用[M].北京:高等教育出版社2005. </p><p>　　6. 邱關源羅先覺.電路第五版[M].北京高等教育出版社2006. </p><p>　　7.蔡杏山 零起步輕松學數字電路 人民郵電出版社 200

36、6年 6月 </p><p>　　8.王彩君，楊睿 數字電路實驗 國防工業(yè)出版社 2006年7月 </p><p>　　9.王建新，姜萍電子線路實踐教程 .科學出版社2003年9月</p><p>　　10.顧德仁，萬棟義脈沖與數字電路. 高等教育出版社 1985年7月 </p><p>　　11.劉建成 .電子線路試驗教程 .北京氣象出版社