電子課程設(shè)計(jì)——多路競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)

1、<p>　　課程名稱：電子課程設(shè)計(jì)——多路競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言···················

2、83;··························3</p><p>　　功能介紹·····

3、83;····································&

4、#183;3</p><p>　　總體設(shè)計(jì)方案·······························

5、;·······3</p><p>　　單元模塊設(shè)計(jì)························

6、83;·············4</p><p>　　<1>、搶答電路設(shè)計(jì)················

7、83;··················4</p><p>　　<2>、定時(shí)電路設(shè)計(jì)···········

8、83;···················5</p><p>　　<3>、控制電路和報(bào)警電路設(shè)計(jì)·········

9、3;·················6</p><p>　　<4>、振蕩電路·············

10、··························8</p><p>　　電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇····&#

11、183;···············8</p><p>　　主要芯片介紹················

12、·····················10</p><p>　　七、 設(shè)計(jì)總結(jié)··········&

13、#183;·······························13</p><p>　　八、

14、 參考資料····································

15、;·······13</p><p>　　九、 附錄························&#

16、183;·····················14</p><p><b>　　1、 前言</b></p><p>　　1.1主要功能介紹 </p&g

17、t;<p>　　（1）搶答器最多可供8名選手參賽，編號(hào)為1~8號(hào)，各隊(duì)分別用一個(gè)按鈕（分別為S1~S8）控制，并設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清零和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。 （2）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能,并將鎖存數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來。 （3）開關(guān)S作為清零及搶答控制開關(guān)（由主持人控制），當(dāng)開關(guān)S被按下時(shí)搶答電路清 零，松開后則允許搶答。輸入搶答信號(hào)由搶答按鈕開關(guān)S1~S8實(shí)現(xiàn)。 （4）有搶答信號(hào)輸

18、入（開關(guān)S1~S8中的任意一個(gè)開關(guān)被按下）時(shí)，并顯示出相 對(duì)應(yīng)的組別號(hào)碼。此時(shí)再按其他任何一個(gè)搶答器開關(guān)均無(wú)效，指示燈依舊“保持” 第一個(gè)開關(guān)按下時(shí)所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)不變。 </p><p>　　1.2擴(kuò)展功能介紹 </p><p>　?。?）搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示。 </p

19、><p>　　（2）參加選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示</p><p>　　上顯示選手的編號(hào)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 </p><p>　?。?）如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器上顯示00。</p><p>　?。?

20、）當(dāng)選手搶答完后，主持人可根據(jù)相關(guān)題的加減分對(duì)選手進(jìn)行加分或減分。</p><p><b>　　2、總體方案設(shè)計(jì) </b></p><p>　　如圖1所示的總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清零"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置;開始"狀態(tài)，宣布"開始"

21、搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。主要使用74LS148,74LS279,74LS192, 74LS48，74LS00N,74LS08N.</p><p><

22、b>　　圖1 總體方框圖</b></p><p>　　3、單元模塊設(shè)計(jì) </p><p>　　3．1搶答器電路功能介紹</p><p>　　設(shè)計(jì)電路見圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS279來完成。該電路主要完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)（顯示電路采用七段

23、數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無(wú)效。工作過程：開關(guān)S置于"清除"端時(shí)，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端）＝0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于"開始"時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端) =1,七段顯示電路74LS48處

24、于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR＝1，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端）＝1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為CTR＝1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端為1，所以74LS148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。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置“清除”然后才可能進(jìn)行。</p><p>　

25、　圖2 搶答器電路 </p><p>　　3．2定時(shí)時(shí)間電路功能介紹 原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答

26、題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過預(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。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)， 輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無(wú)效。</p><p>　　圖3 定時(shí)電路 </p><

27、;p>　　3．3控制電路和報(bào)警電路 </p><p>　　由555 芯片構(gòu)成多諧振蕩電路，555 的輸出信號(hào)再經(jīng)三極管放大，從而推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。</p><p>　　控制電路包括時(shí)序和報(bào)警兩個(gè)電路 ,如圖所示。控制電路需具有以下幾個(gè)功能。主持人閉合開關(guān)揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,多路搶答器電路和計(jì)時(shí)電路進(jìn)入正常狀態(tài); 參賽者按鍵時(shí) ,揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作；搶答時(shí)間到，無(wú)人

28、搶答 ，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作。</p><p>　　由功能表可以看出，要使電路實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)（減法）功能，應(yīng)使CR=0，PE非=1，CP+=1，CP-=CP?？捎肅R端接電平開關(guān)來控制計(jì)時(shí)器的工作與否。</p><p>　　聲響顯示電路需要在兩種情況下做出反應(yīng)：一種是當(dāng)有參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時(shí)，相應(yīng)電路的發(fā)光二極管亮，同時(shí)推動(dòng)輸出級(jí)的蜂鳴器發(fā)出聲響；第二種情況是當(dāng)裁判員給出“請(qǐng)

29、回答”指令后，計(jì)時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，若回答問題時(shí)間到達(dá)限定的時(shí)間，蜂鳴器發(fā)出聲響。</p><p>　　聲響電路由兩部分組成：一是由門電路組成的控制電路，二是三極管驅(qū)動(dòng)電路。門控電路主要由或門組成，它的兩個(gè)輸入，一個(gè)來自搶答電路各觸發(fā)器輸出Q非的與非，他說明只要有一Q非為低電平，就使該與非門輸出為高電平通過或門電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴發(fā)生器；另一個(gè)來自計(jì)時(shí)系統(tǒng)高位計(jì)數(shù)器的借位信號(hào)QB，它說明計(jì)時(shí)電路在30秒向29秒，28秒，……

30、2秒，1秒，0秒倒計(jì)時(shí)再向30秒轉(zhuǎn)化時(shí)向高位借位時(shí)給出一個(gè)負(fù)脈沖經(jīng)反相器得到一個(gè)高電平。這個(gè)高電平信號(hào)也能使蜂鳴器發(fā)聲。 </p><p>　　圖5 時(shí)序控制電路3.4振蕩電路</p><p>　　本系統(tǒng)需要產(chǎn)生三種頻率的脈沖信號(hào)，一種是頻率為1KHZ的脈沖信號(hào)，用于聲響電路；一種是頻率為500KHZ的脈沖信號(hào)，用于觸發(fā)器的CP信號(hào)。第三中頻率為1HZ信號(hào)用于計(jì)時(shí)電路。以上電路可用555

31、定時(shí)器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過分頻得到。</p><p><b>　　圖 6 振蕩電路</b></p><p>　　4、電路參數(shù)的計(jì)算及元器件的選擇</p><p>　　4．1電路參數(shù)的計(jì)算 </p><p>　　發(fā)聲延遲0.5秒，fo＝1．43／［（R＋2R）C］，權(quán)衡考慮到元器件的成本和74LS121的相

32、關(guān)性質(zhì)（下文有說明），最終選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF</p><p><b>　　4．2元件清單</b></p><p><b>　　表1 元件清單</b></p><p><b>　　5、主要芯片介紹 </b></p><p>　　5．1 優(yōu)先

33、編碼器 74LS148</p><p>　　74LS148為8線－3線優(yōu)先編碼器，表2為其真值表，圖8為其管腳圖。</p><p>　　圖8 74LS148管腳</p><p>　　表2 74LS148—3線二進(jìn)制編碼器真值表</p><p>　　74LS148工作原理如下： 該編碼器有8個(gè)信號(hào)輸入端，3個(gè)二進(jìn)制碼輸出端。此外

34、，電路還設(shè)置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS。 當(dāng)EI=0時(shí)，編碼器工作；而當(dāng)EI=1時(shí)，則不論8個(gè)輸入端為何種狀態(tài)，3個(gè)輸出端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出也為低電來有效的情況。當(dāng)EI為0，且至少有一個(gè)輸入端有編碼請(qǐng)求信號(hào)（邏輯0）時(shí)，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS為0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為1。</p>&l

35、t;p>　　由功能表可知，在8個(gè)輸入端均無(wú)低電平輸入信號(hào)和只有輸入0端（優(yōu)先級(jí)別最低位）有低電平輸入時(shí)，A2A1A0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由GS的狀態(tài)加以區(qū)別，當(dāng)GS＝1時(shí)，表示8個(gè)輸入端均無(wú)低電平輸入，此時(shí)A2A1A0=111為非編碼輸出；GS＝0時(shí)，A2A1A0=111表示響應(yīng)輸入0端為低電平時(shí)的輸出代碼（編碼輸出）。EO只有在EI為0，且所有輸入端都為1時(shí)，輸出為0，它可與另一片同樣器件的E

36、I連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編碼器。 從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級(jí)別的次為7，6，……，0。輸入有效信號(hào)為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級(jí)別高的輸入端無(wú)低電平輸入時(shí)，輸出端才輸出相對(duì)應(yīng)的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級(jí)別比它高的輸入6和輸入7均為1時(shí)，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理</p><p>　　5.2 鎖存器74LS279 原理：在74ls279中，由

37、于4回路中2回路置位端子為兩個(gè)，所以使用其一時(shí)，整理兩個(gè)置位輸入作為1個(gè)使用，或?qū)⒘硪粋€(gè)輸入固定為“H”使用。另外，作為稍微變化74LS279 的使用方法，也可將3組作為RS鎖存器使用，剩余的RS鎖存器作為2輸入NAND門電路使用，復(fù)位輸入例如①管腳固定為”L”時(shí)其輸入為”H”，所以可構(gòu)成將②和③作為輸入，輸出為④的2輸入NAND。其管腳圖如圖9所示。</p><p>　　圖9 74LS279管腳引線圖<

38、/p><p>　　5.3 計(jì)數(shù)器74LS192</p><p>　　74LS192具有下述功能： </p><p>　?、佼惒角辶悖篊R=1，Q3Q2Q1Q0=0000 </p><p>　?、诋惒街脭?shù)：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0</p><p>　　③保持： CR=0，LD=1，CPU=

39、CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài) </p><p>　?、芗佑?jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計(jì)數(shù) </p><p>　?、轀p計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計(jì)數(shù)</p><p>　　74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。 </p><p&

40、gt;　　CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。</p><p>　　LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。 </p><p>　　CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。 </p><p>　　CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出 </p><p>　　BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。</p><p

41、>　　圖10 74LS192管腳引線圖</p><p>　　5.4 74LS48與七段LED數(shù)碼管</p><p>　　圖12 74LS48與七段LED數(shù)碼管的聯(lián)結(jié)</p><p>　　使能端的作用如下： (1) 是試燈輸入端，當(dāng)LT=0，BI =1時(shí)，不管其它輸入是什么狀態(tài)，a~g七段全亮。 (2)滅燈輸入 ，當(dāng) BI=0，不論其它輸入狀態(tài)如何，a~

42、g均為0，顯示管熄滅。 (3)動(dòng)態(tài)滅零輸入 ，當(dāng) LT=1，BI=0時(shí)， 如果A0A1A2A3=0000時(shí)，a~g均為各段熄滅。 (4)RBI為滅“0”信號(hào)，用來熄滅器件顯示0。</p><p><b>　　6、設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)，我確實(shí)學(xué)習(xí)了很多知識(shí)，真正的感受到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，以及這之間莫大區(qū)別。由于接觸不多，

43、開始學(xué)得很費(fèi)力，但到后來就好了。在以后的課程設(shè)計(jì)中，遇到問題，最好的辦法就是問別人，發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情就會(huì)變得很簡(jiǎn)單。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計(jì)，我明白了學(xué)會(huì)與大家合作的重要性，從原理圖的最終確定，這都是大家分工合作的結(jié)果，正是因?yàn)榇蠹蚁嗷ヅ浜?，才使我們很快的完成了任?wù)。這些天的學(xué)習(xí)我深刻的體會(huì)到實(shí)際與理論有很大的區(qū)別。在我們學(xué)習(xí)的過程中不僅考驗(yàn)了我們對(duì)知識(shí)的吸收和掌握，而且也考驗(yàn)了我們的細(xì)心

44、和耐心。</p><p>　　經(jīng)完成這次課程設(shè)計(jì)我覺得收獲很多，不但進(jìn)一步掌握了數(shù)電的知識(shí)及相關(guān)專業(yè)知識(shí)，還提高了自己的設(shè)計(jì)能力。雖然只是初步學(xué)會(huì)了數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)，離真正掌握還有一定距離，但學(xué)習(xí)的這段日子確實(shí)令我收益匪淺，因?yàn)槲矣袑W(xué)到了課本以外的很多知識(shí)，還鍛煉了自己的能力。</p><p><b>　　7、參考文獻(xiàn)</b></p><p>