課程設(shè)計報告---八路智力競賽搶答器

1、<p><b>　　課程設(shè)計報告書</b></p><p>　　題目: 八路智力競賽搶答器 </p><p>　　課 程：電子線路課程設(shè)計</p><p>　　專 業(yè)：電子信息科學(xué)與技術(shù) </p><p>　　2

2、012 年 10 月 24 日 </p><p>　　信息工程學(xué)院課程設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　八路智力競賽搶答器是一個可供八個參賽組進行智力競賽的電路裝置, 該裝置由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(guān)啟動報

3、警電路, 以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能。本文詳細介紹了搶答器的設(shè)計方案、功能及在設(shè)計過程中所做的改進。</p><p>　　關(guān)鍵詞: 搶答電路;定時電路; 報警電路;時序控制</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1 任務(wù)提出與方案論證6</p&g

4、t;<p>　　1.1 設(shè)計功能要求6</p><p>　　1.2 設(shè)計步驟要求6</p><p>　　1.3 方案設(shè)計與論證7</p><p><b>　　2 總體設(shè)計8</b></p><p>　　2.1 總體框架設(shè)計及總電路圖8</p><p>　　3 單元電路設(shè)計

5、10</p><p>　　3.1搶答電路設(shè)計10</p><p>　　3.2定時電路設(shè)計12</p><p>　　3.2 報警電路設(shè)計13</p><p>　　3.2時序控制電路設(shè)計14</p><p><b>　　4 總結(jié)16</b></p><p><b

6、>　　參考文獻18</b></p><p>　　1 任務(wù)提出與方案論證</p><p>　　1.1 設(shè)計功能要求</p><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S0~ S7表示。</p><p>　　( 2)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。</p>

7、<p>　　( 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, 并在LED數(shù)碼管上顯示, 同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。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>　　( 4)搶答器具有定時搶答功能,且一次搶答的時間由主持人設(shè)定(如30秒)。當(dāng)主持人啟動/ 開始0鍵后, 定時器進行減計時, 同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響, 聲響持續(xù)的時間0. 5

8、秒左右。</p><p>　　( 5)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>　　( 6)如果定時時間已到, 無人搶答,本次搶答無效, 系統(tǒng)報警并禁止搶答, 定時顯示器上顯示00。</p><p>　　1.2 設(shè)計步驟要求</p><p>

9、;　?。?）、擬定電路的組成框圖，要求能實現(xiàn)所有功能，使用的元器件少，成本低。</p><p>　?。?）、設(shè)計并安裝電路，要求布線整齊、美觀，便于級聯(lián)和調(diào)試。</p><p>　?。?）、測試所設(shè)計搶答器的邏輯功能，滿足各項功能要求。</p><p>　?。?）、畫出整機邏輯電路圖。</p><p>　?。?）、寫出設(shè)計報告。</p&

10、gt;<p>　　1.3 方案設(shè)計與論證</p><p><b>　　方案一: </b></p><p>　　1.30秒定時器可由一片74LS161來實現(xiàn)。當(dāng)74LS161輸出為1111時通過與非門將脈沖信號截止顯示器停留在30上。 2. 搶答器部分由8位選手的開關(guān)及自己根據(jù)實際情況用與非門連接成的簡單譯碼器輸出接七段譯碼器七段

11、譯碼器接數(shù)字顯示器。搶答成功的選手對應(yīng)的燈亮且數(shù)字顯示其編號。 3.時基脈沖選用實驗室提供的信號發(fā)生器。 4.報警部分當(dāng)計時器計到30時輸出一個高電平使二極管發(fā)光且發(fā)出報警聲。 </p><p><b>　　方案二: </b></p><p>　　1.30秒定時器可由兩片74LS192構(gòu)成。當(dāng)?shù)谝黄瑸榱慵摧敵?111時通過74LS20將脈

12、沖信號截止使其顯示為00。 2.搶答器部分由一74LS148優(yōu)先編碼器實現(xiàn)搶答功能用74LS373將選手代碼鎖存直到主持人清零為止然后用7段譯碼器顯示選手代碼。 3.脈沖產(chǎn)生電路可由一74LS121來產(chǎn)生提供給定時電路及聲響電路。 4.報警部分由一NE555定時器來控制當(dāng)?shù)褂嫊r為零時產(chǎn)生報警聲響。 </p><p>　　經(jīng)過分析及研究我決定用第二種方案因為它對我們比較實際

13、大部分元器件我們已經(jīng)學(xué)過而且原理較簡單現(xiàn)在應(yīng)用到設(shè)計中來提高我們對這些元件的記憶加深對他們的了解為以后的設(shè)計提供了較好的應(yīng)用。 </p><p><b>　　2 總體設(shè)計</b></p><p>　　2.1 總體框架設(shè)計</p><p>　　定時搶答器的總體框圖（如圖2.1）所示，它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶

14、答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動搶答按鈕時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴展電路完成定時搶答的功能。</p><p><b>　　圖2.1</b></p><p>　　如圖所示為總體方框圖。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)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置;開始"狀態(tài)，宣布

15、“開始”搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。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)。</p><p><b>　　總電路圖：</b></p><p><b>　　3 單元電路設(shè)計</b

16、></p><p><b>　　3.1搶答電路設(shè)計</b></p><p>　　設(shè)計電路如圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74L373 來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。</p>

17、<p><b>　　圖2</b></p><p>　　工作過程：開關(guān)S為高電平時，74LS373的OE端為高電平，EO控制的LE端為低電平，74LS373處于非工作狀態(tài)。而74LS148的使能信號EI接地，所以74LS也處于工作狀態(tài)，整個電路處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)將單刀雙擲開關(guān)接低電平時， </p><p>　　74LS373的OE端為低電平，EO控制的LE

18、端為高電平，74LS373處于工作狀態(tài)。</p><p>　　74LS148也處于工作狀態(tài)，整個電路等待按鍵的輸入信息。</p><p>　　當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時（如按下S3），Q5=0，同時74LS的片選輸出信號GS和時能輸出EO電平交換，GS端變?yōu)榈碗娖?，EO端變?yōu)楦唠娖剑?4LS373的LE端變成低電平，數(shù)據(jù)被鎖存。輸出的數(shù)據(jù)經(jīng)74LS83加一處理后，傳送至譯碼器74LS48，此

19、時由74LS148E的EO控制的BI/RBO為高電平，所以74LS48可以工作，將傳來的信號經(jīng)譯碼后驅(qū)動數(shù)碼光顯示該數(shù)字?！?lt;/p><p>　　當(dāng)按鍵松開即按下時，74LS148的 此時由于仍為EO＝１，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端LE＝１，所以74LS373仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，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)重新置高電平，然后再進行下一輪搶答。74LS148為8線－3線優(yōu)

20、先編碼器，表1為其功能表。</p><p><b>　　表1</b></p><p>　　3.2 定時電路設(shè)計</p><p>　　節(jié)目主持人根據(jù)搶答器的難易程度，設(shè)計一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，選用十進制同步加減計數(shù)器74LS192進行設(shè)計，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖3。</p>&l

21、t;p>　　原理及設(shè)計：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個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實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。原理及設(shè)計：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組

22、成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號</p><p><b>　　圖3</b></p><p>　　由時鐘產(chǎn)生電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時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，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出

23、低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。</p><p>　　為了準(zhǔn)確地計時，設(shè)計中不能缺少秒脈沖產(chǎn)生電路，即能產(chǎn)生周期為一秒的脈沖的電路。 用555設(shè)計的秒脈沖產(chǎn)生電路 因為周期為一秒，所以頻率是1赫茲。圖中電容的充放電時間分別是： t1=R2×C1×ln2≈0.7R2×C.t2=(R1+R2)×C×ln2≈0.7(R1+R2)C.

24、 所以555的3端輸出的頻率為： f=1/(t1+t2)≈1.43/[(2R1+R2)C] 我們采用的電阻和電容值分別是: R1=15KΩ，R2=64KΩ，C1=10uf,滿足上式，即得到的是秒脈沖</p><p><b>　　3.3報警電路設(shè)計</b></p><p>　　由555 芯片構(gòu)成多諧振蕩電路 ,555 的輸出信號再經(jīng)三極管放大 ,從而推動揚聲器發(fā)聲。

25、</p><p>　　控制電路包括時序和報警兩個電路 ,如圖4 所示?？刂齐娐沸杈哂幸韵聨讉€功能。 主持人閉合開關(guān)揚聲器發(fā)聲 ,多路搶答器電路和計時電路進入正常狀態(tài); 參賽者按鍵時 ,揚聲器發(fā)聲 ,搶答電路和計時電路停止工作; 搶答時間到 ,無人搶答 ,揚聲器發(fā)聲 ,搶答電路和計時電路停止工作</p><p><b>　　圖4</b></p>&

26、lt;p>　　3.4 時序控制電路設(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><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>　　當(dāng)參賽選手按動搶答按鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。</p><p>&l

27、t;b>　　圖5</b></p><p>　　當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，定時和定時電路停止工作。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。</p><p><b>　　4 總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)歷了幾個星期的查閱資料和理論分析，終于完成了課程設(shè)計的仿真和論文。經(jīng)歷了這次課程設(shè)計，

28、大大的提高了我的動手能力以及分析問題的能力，從中也學(xué)到了很多書面上所沒有搞清楚的問題，也熟悉學(xué)會了應(yīng)用protues這個軟件來設(shè)計仿真電路。 這次課程設(shè)計讓我學(xué)到了很多有用的知識和能力，這對以后的學(xué)習(xí)和工作都是非常有益的。下面對本設(shè)計的思路進行總結(jié)：</p><p>　　1、數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路組成</p><p>　　優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸

29、出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。 </p><p>　　3、通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴展電路。 </p><p>　　4、經(jīng)過仿真，數(shù)字搶答器成形。 這次課程設(shè)計的電路是比較復(fù)雜的。雖然以前在模電中接觸過一些電子電路，但在初期還是感到無從下手。這是我仿真使用的是protues軟件，感覺它比靈活易用，熟練以后十分

30、順手。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設(shè)計上，在多種方案的選擇中，我們仔細比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通多次對電路的改進，上機仿真調(diào)試，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成

31、功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。 實驗階段我們遇到的問題有：對軟件不熟悉；因為各個模塊是分開做而后又組裝到一起的，能融合為一個整體，部分工作能行但是接到一起就會出現(xiàn)問題;針對以上幾個問題我們作出了以下的“對策”:軟件不熟悉，就借來參考書，一步一步的對著學(xué)，而且老師給的資料上也有軟</p><p><b>　　參考文獻&