六路搶答器課程設(shè)計

1、湖南大學(xué)課程設(shè)計報告課程名稱： 電子技術(shù)課程設(shè)計 系 部： 電氣工程系 專業(yè)班級： 電子科學(xué)技術(shù) 學(xué)生姓名： 指導(dǎo)教師： 完成時間： 2011.06.19 報告成績： 評閱意見： 評閱教師 日期 目 錄摘 要 3第一章、設(shè)計題目 4第二章、設(shè)計目的 4第三章、設(shè)計要求 43.1設(shè)計指標(biāo) 43.2設(shè)計要求 4第四章、設(shè)計方案與論證 5第五章、系統(tǒng)具體電路設(shè)計及原理 55.1搶答器電路的設(shè)計 55.2定時電路的設(shè)計 55.3報警電路的設(shè)計65.4時序控制電路的設(shè)計6第六章、主要元器件介紹76.1 74LS48 和74LS192的功能表86.2 74LS14896.3 74LS279106.4 74

2、LS121116.5 NE55511第七章、設(shè)計采用元件13第八章、電路設(shè)計仿真13第九章、實驗心得15第十章、參考文獻 16摘 要本設(shè)計的搶答器是一種比較簡易的搶答器，沒有使用特別多的復(fù)雜的元器件。結(jié)合上機動手實驗而完成的。它的特點是電路簡單、制作方便、操作簡單、方便、性能可靠，實用于多種智力競賽活動。本搶答器的電路主要完成：設(shè)計一個六路搶答器，實現(xiàn)開始一定時間后，開始搶答狀態(tài)，可以判定是哪個信號搶答的，同時封鎖其他信號，如果過了搶答時間，仍然沒有搶答或者出現(xiàn)搶答者同時搶答時，那么就報警。這個搶答器設(shè)計基本上滿足了實際競賽應(yīng)用中的各種需要。在實際中有很大的用途。無論是在學(xué)校、工廠、軍隊還是益

3、智性電視節(jié)目，都會舉辦各種各樣的智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有各種各樣的智力競賽搶答器，絕大多數(shù)是以模擬電路、數(shù)字電路或者模擬電路與數(shù)字電路相結(jié)合的產(chǎn)品。這部分搶答器已相當(dāng)成熟，但功能越多的電路相對來說就越復(fù)雜，且成本偏高，故障高，顯示方式簡單。數(shù)字搶答器由主體電路與擴張電路組成.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出:用控制電路和主持人的開關(guān)啟動報警電路,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,構(gòu)成擴展電路.經(jīng)過布線,焊接,調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成型.搶答器四周有安裝孔,可以方便的安裝在操作臺上,外接搶答按

4、鈕接入相應(yīng)的接線端子,如果需要外接電鈴或指示燈,則接入繼電器端子,安裝完畢后就可以上電了,搶答器的電流輸入為5V直流輸入.搶答器通上電后,蜂鳴器響,三個數(shù)碼管都顯示0,按下復(fù)位按鈕后進入正常工作狀態(tài),這時可以設(shè)定搶答倒計時間,只要按動10進制編碼 按鈕分別對時間的十位和個位設(shè)定,設(shè)定的時間在數(shù)碼管上實時的顯示出來.設(shè)定的時間范圍為:030秒,設(shè)定完時間后,就可以按動開始按鈕,表示搶答開始,這時蜂鳴器響0.1秒,提示各位選手,搶答已經(jīng)開始,同時倒計時器開始從設(shè)定的時間進行倒計時.若在搶答時間內(nèi)有人搶答,則第三個數(shù)碼管立即顯示搶答位號,倒計時間停止倒計時,所用掉的時間就是搶答的時間,同時蜂鳴器響2

5、秒,繼電器吸合2秒,表示有人搶答,在這個按鍵之后按下的按鍵除了復(fù)位鍵外,其他按鍵均無效,只有主持人按下復(fù)位鍵后,可以進入下一輪搶答.六路競賽搶答器的設(shè)計方案第一章.設(shè)計題目六路智力競賽搶答器 第二章.設(shè)計目的結(jié)合課程中所學(xué)的理論知識，獨立設(shè)計方案，達到學(xué)有所用的目的。學(xué)會查閱相關(guān)手冊與資料，通過查閱手冊和文獻資料，進一步熟悉常用電子器件類型和特性，并掌握合理選用的原則，培養(yǎng)獨立分析與解決問題的能力。培養(yǎng)創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維。掌握數(shù)字電路的一般的設(shè)計方法，提高電子電路實驗技能及儀器使用能力。安裝和調(diào)試的學(xué)會撰寫課程設(shè)計總結(jié)報告。搶答器作為一種電子產(chǎn)品，早已廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合，利用數(shù)字

6、電路設(shè)計一套帶有數(shù)碼顯示、定時搶答功能的六路競賽搶答器。第三章.設(shè)計要求3.1設(shè)計指標(biāo)：搶答器可供6名選手或6個代表隊比賽，分別用6個按鈕S0 S5表示。3.1.2每組設(shè)置一個搶答按鈕供搶答者使用并設(shè)置一個“系統(tǒng)復(fù)位”或“搶答準(zhǔn)備命令”按鈕和一個“搶答開始命令”按鈕供主持人使用。3.1.3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。3.1.4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)主持人啟動開始鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)

7、出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間0.5秒左右。3.1.5參賽選手在設(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。3.1.6搶答者在30s內(nèi)進行搶答，則搶答有效，如果30s定時到時，無搶答者，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。3.2設(shè)計要求：3.2.1畫出電路原理圖。 第四章.設(shè)計方案多路智力競賽搶答器的組成框該設(shè)計搶答器的電路主要是由搶答開關(guān)電路、觸發(fā)電路、觸發(fā)鎖存電路、編碼器、七段顯示譯碼器幾部分構(gòu)成。 第五章.具體設(shè)計及原理圖5.1 搶答器電路的設(shè)計 該部分電路要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并

8、鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，所組成的電路圖如下所示。這個電路的工作原理過程：當(dāng)主持人控制開關(guān)S置于清零端時，RS觸發(fā)器的R非端均為，個觸發(fā)器輸出（Q4Q1）全部“置” ，使74LS48的BI的“非 ” ，顯示器燈滅；74LS148的選通輸入端ST的“非=0” ，使之處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。當(dāng)主持人把開關(guān)S置于開始時，優(yōu)先編碼器和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端的信號輸入，當(dāng)有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y

9、0的 “非=010” ，YEX的“非=0” ，經(jīng)RS鎖存后，CTR=1，BI的 “非=1” ，74LS279處于工作狀態(tài)，Q4Q3Q2 =101,74LS48處于工作狀態(tài)，經(jīng)74LS148譯碼后，顯示器顯示為。此外，CTR=1，使74LS148的ST的非為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，74LS148的YEX的非為高電平， 但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148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)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。如有再次搶答需由主持人將開關(guān)重新置“清除”，電路復(fù)位。 搶答器主體電路原理圖（一）然后再進行

10、下一輪搶答。5.2 定時電路的設(shè)計 由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。可預(yù)置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器74LS192進行設(shè)計，具體電路如下圖所示。定時電路原理圖（二）5.3 報警電路的設(shè)計 這部分電路我們是用由555定時器和三極管構(gòu)成。報警電路如下圖所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo143（R12R2）C，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當(dāng)PR為高電平時，多諧振蕩器工作；而當(dāng)PR為低電平時，電路停振。報警電路原理圖（三）5.4 時序控制電路的設(shè)計 時序控制電路是八路搶答器設(shè)計

11、的關(guān)鍵，因為它要完成以下三項功能： 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人正常搶答工作狀態(tài)。 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。時序控制電路原理圖（四）當(dāng)設(shè)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。 關(guān)于參數(shù)：發(fā)聲延遲0.5秒，fo143（R12R2）C，權(quán)衡考慮到元器件的成本和74LS121的相關(guān)性質(zhì)（下文有說明），最終選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10u。整機電路的設(shè)計通過上面各單元電路的設(shè)計，可以畫出設(shè)計的六路競賽搶答器的設(shè)計的整機電路。 第六章.主要元器件介紹（分析、設(shè)計中選件的理論基

12、礎(chǔ)）6.1 74LS48 和 74LS192 功能表 74LS48是輸出高電平有效的中規(guī)模集成BCD 七段顯示譯碼器，它的功能簡圖和管腳引線 圖如圖所示。 74LS192具有下述功能： 輸 入 輸 出清零置數(shù)加數(shù)器減數(shù)器 數(shù) 據(jù)Q0 Q1 Q2 Q3CR LD低電平有效CP uCPdD0 D1 D2 D3 1 0 0 0 0 X 0 1 1 1 XX上升沿 1 1 X X 1 上升沿 1X X X XD0 D1 D2 D3X X X XX X X XX X X X0 0 0 0D0 D1 D2 D3 遞增計數(shù) 遞減計數(shù) 保持異步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 異步置數(shù)：CR=0，L

13、D=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài) 加計數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計數(shù) 減計數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計數(shù) 74LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器。 CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。 LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。 CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。 CO為進位輸出：1001狀態(tài)后負脈沖輸出 BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。6.2 74LS148 74LS148是8：

14、3線優(yōu)先編碼器。它允許多個輸入信號同時有效，但只對一個優(yōu)先級最高的輸入信號進行編碼。74LS148的功能真值表6.3 74LS279 R=1,S=0時，Qn+1=1,觸發(fā)器置1狀態(tài) R=0,S=1時，Qn+1=0,觸發(fā)器置0狀態(tài) R=1,S=1時，Qn+1=Qn,觸發(fā)器保持原來狀態(tài) R=0,S=0時，觸發(fā)器狀態(tài)不穩(wěn)（不允許這種輸入存在）以TTL集成觸發(fā)器74LS279為例，其邏輯符號如圖(a)所示，每片74LS279包含四個獨立的與非門組成的基本RS觸發(fā)器。其中第一個和第三個觸發(fā)器個有兩個Rd輸入端（S1和S5）,在任一輸入端加上低電平均能將觸發(fā)器置1；每個觸發(fā)器只有一個Rd輸入端（R）。圖（

15、b）為第一個觸發(fā)器的邏輯電路。 6.4 74LS121TTL集成器件74LS121是一種不可重復(fù)觸發(fā)器集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器關(guān)于定時：單穩(wěn)態(tài)電路的定時取決于定時電阻和定時電容的數(shù)值。74LS121的定時電容連接在芯片的10、11引腳之間。若輸出脈寬較寬而采用電解電容時，電容C的正極連接在C輸出端（10腳），對于定時電阻使用者可有兩種選擇： 采用內(nèi)部定時電阻（2K）,此時將9號引腳（Rint）接置電源VCC(14腳)。 采用外接定時電阻（阻值在1.440 K之間），此時9腳懸空，電阻接在11、14腳之間。74121的輸出脈沖寬度t0.7RC。 通常R的數(shù)值取在230k之間，C的數(shù)值取在10pF10F之

16、間，得到的取值范圍可達到20ns200ms。該試中的R可以是外接電阻R，也可以是芯片內(nèi)部電阻R(約2k),如希望得到較寬的輸出脈沖，一般使用外接電阻。74121功能表：6.5 NE555 NE555是時基集成電路，它在應(yīng)用和工作方式上一般可歸納為3類。每類工作方式又有很多個不同的電路。在實際應(yīng)用中，除了單一品種的電路外，還可組合出很多不同電路，如：多個單穩(wěn)、多個雙穩(wěn)、單穩(wěn)和無穩(wěn)，雙穩(wěn)和無穩(wěn)的組合等。 NE555時基電路封形式有兩種，一是DIP雙列直插8腳封裝，另一種是SOP-8小型（SMD）封裝形式。其他HA17555、LM555、CA555分屬不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理都相同。

17、NE555屬于CMOS工藝制造，圖1是NE555的外形圖，圖2是它的內(nèi)部功能原理框圖，圖3是它的內(nèi)部等效電路。NE555的內(nèi)部中心電路是三極管Q15和Q17加正反饋組成的RS觸發(fā)器。輸入控制端有直接復(fù)位Reset端，通過比較器A1，復(fù)位控制端的TH、比較器A2置位控制的T。輸出端為F，另外還有集電極開路的放電管DIS。它們控制的優(yōu)先權(quán)是R、T、TH。第七章.設(shè)計采用元件7.1 集成電路74LS148 1片，74LS279 1片，74LS48 3片，74LS192 2片，NE555 2片，74LS00 1片，74LS121 1片。 7.2 2電阻 510 2只，1K 9只，4.7k l只，5.1

18、k l只，100k l只，10k 1只， 15k 1只， 68k l只。7.3 電容 0.1uF 1只，10uf 2只，100uf 1只。7.4 三極管 3DG12 1只。7.5 其它：發(fā)光二極管2只，共陰極顯示器3只。555定時器，優(yōu)先編碼器74ls148和rs鎖存器74ls279以及十進制同步加/減計數(shù)器74LS192。第八章 電路仿真Multisim仿真電路圖：仿真電路課實現(xiàn)搶答功能，由于軟件局限，報警電路沒有在仿真當(dāng)中。第九章.心得體會通過二周的緊張工作，最后終于完成了我的設(shè)計任務(wù)六路智力競賽搶答器的設(shè)計。通過本次課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，我深深地體會到設(shè)計課的重要性和目的性所在。本次設(shè)計課不僅僅培養(yǎng)了我們實際操作能力，也培養(yǎng)了我們靈活運用課本知識，理論聯(lián)系實際，獨立自主的進行設(shè)計的能力。它不僅僅是一個學(xué)習(xí)新知識新方