多路智力搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書課題名稱 多路智力搶答器姓 名 學(xué) 號(hào) 院、系、部專 業(yè)指導(dǎo)教師 2011年 07 月 01日 一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：設(shè)計(jì)任務(wù)：多路智力搶答器電路設(shè)計(jì)。要 求： 1、設(shè)計(jì)一個(gè)多路智力搶答器，搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕s0 s7表示。2、給主持人設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)s，該開關(guān)由主持人控制。 3、搶答器具有鎖存與顯示功能。4、搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。5、參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6、如果定時(shí)搶答的時(shí)間

2、已到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)進(jìn)行短暫的報(bào)警，并鎖存輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，定時(shí)顯示器顯示00.指導(dǎo)教師簽名： 2011年 月 日 二、指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)：指導(dǎo)教師簽名： 2011 年 月 日 三、成績(jī) 驗(yàn)收蓋章 2011年 月 日 多路智力搶答器的設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)目的（1）學(xué)習(xí)數(shù)字電路中的優(yōu)先編碼器，鎖存器，計(jì)數(shù)器，時(shí)序控制電路，多諧振蕩器等單元電路的綜合運(yùn)用。（2）掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。（3）了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。（4）了解數(shù)字搶答器的組成及工作原理。（5）熟悉數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)與制作。2 設(shè)計(jì)思路（1） 設(shè)計(jì)出總體的原理框圖（2） 設(shè)計(jì)框圖中的部分單元，搶答電路、定時(shí)電路、時(shí)序控

3、制電路。（3） 分析單元應(yīng)具有的功能以及應(yīng)用哪些元器件（4） 對(duì)設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真測(cè)試，調(diào)整與測(cè)試。3 設(shè)計(jì)過程 3.1方案論證定時(shí)搶答器的總體框圖如圖1所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。如圖所示：選手搶答按鈕主持人控制開關(guān)秒脈沖產(chǎn)生優(yōu)先編碼電路時(shí)序控制電路定時(shí)電路譯碼顯示鎖存功能譯碼顯示報(bào)警電路 圖3-1 多路智力搶答器的原理框圖它的工作原理：圖1所示的定時(shí)搶答器的工作過程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開關(guān)置“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)

4、，編號(hào)顯示器滅燈，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“搶答開始”，同時(shí)將控制開關(guān)撥到“開始”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)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(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： 優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)； 揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意； 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；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。當(dāng)選手將問題回答完畢，

5、主持人操作控制開關(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3.2電路設(shè)計(jì)1、搶答電路 圖3-2數(shù)字搶答電路及其仿真電路工作原理：該電路完成兩個(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)；二是禁止其他選手按鍵操作無(wú)效。工作過程：開關(guān)s置于清除端時(shí)，rs觸發(fā)器的 端均為，個(gè)觸發(fā)器輸出置，使74ls148的 ，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)有選手將鍵按下時(shí)（如按下s5），74ls148的輸出 經(jīng)rs鎖存后，1q=1, =1,74ls48處于工作狀態(tài)，qqq=101,經(jīng)譯碼顯示為。此外，1，使74ls148 ，處于禁止?fàn)顟B(tài)，

6、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，使 ，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開關(guān)重新?lián)艿健扒宄缓笤龠M(jìn)行下一輪搶答。74ls148為線線優(yōu)先編碼器。74ls148的功能真值表2、定時(shí)電路 a b圖4-2可預(yù)定時(shí)間的定時(shí)的電路（a）及其仿真圖(b)工作原理：待添加的隱藏文字內(nèi)容3如圖所示，分為兩個(gè)部分，一是秒脈沖，由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路，根據(jù)公式振蕩周期為t=0.7（r1+2r2）c，可計(jì)算出該振蕩器的振蕩周期為1秒，由于是矩形脈沖，所以一個(gè)周期內(nèi)發(fā)光二極管會(huì)發(fā)一次光。另一部

7、分是可預(yù)置時(shí)間的減計(jì)數(shù)器，對(duì)于預(yù)置端可以采用十進(jìn)制8421bcd碼設(shè)置，當(dāng)555振蕩器發(fā)出一個(gè)脈沖時(shí)，74ls192的cp-端就接受一個(gè)信號(hào)，在cp脈沖的上升沿預(yù)置數(shù)就開始自減，當(dāng)各位減少到0時(shí)，bo2就會(huì)輸出一個(gè)負(fù)脈沖，cp2-就會(huì)開始減少1，然后74ls192二開始再自減1，直到預(yù)置數(shù)最后變成00，最后在bo2輸出一個(gè)周期的負(fù)脈沖。在時(shí)間未到時(shí)，bo2一直到是輸出正脈沖，除非最后變成00時(shí)，才會(huì)輸出負(fù)脈沖，這就可以作為定時(shí)到的信號(hào)，如果是時(shí)間到了，輸出是零，時(shí)間不到，輸出是1。另外，假如有選手按鍵的話，則最后不會(huì)計(jì)數(shù)器不會(huì)因?yàn)樽詼p為00而最后輸出負(fù)脈沖，而是應(yīng)為秒脈沖輸出與1q的非相與后當(dāng)

8、作脈沖輸入74ls192的。當(dāng)沒有選手按鍵時(shí)，1q的非為0，所以cp脈沖就會(huì)停止輸入，時(shí)間就會(huì)停止，所顯示的時(shí)間就是該選手搶答的時(shí)間，但此時(shí)的定時(shí)到信號(hào)還是1。定時(shí)部分電路仿真圖如下，又555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器輸出頻率為1hz，作為計(jì)數(shù)器的脈沖源，定時(shí)顯示可實(shí)現(xiàn)30秒定時(shí)，此部分設(shè)計(jì)成功。圖 脈沖發(fā)生電路部分仿真圖3、報(bào)警電路圖4-3報(bào)警電路工作原理：該報(bào)警電路有555定時(shí)器和三極管構(gòu)成，有555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，其輸出信號(hào)可以經(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)，4端接高電平，振蕩器正常工作，當(dāng)為低電平時(shí)，振蕩器停止工作，不會(huì)發(fā)聲。因?yàn)閬?lái)一個(gè)高電平是該報(bào)警電路會(huì)發(fā)

9、聲，但是只有在一個(gè)周期內(nèi)發(fā)聲，這個(gè)周期非常短，只是多諧振蕩器的一個(gè)周期，只有一秒鐘，所以中間需要加一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，根據(jù)555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能原理，這樣可以延長(zhǎng)這個(gè)周期，是發(fā)聲信號(hào)加長(zhǎng)，該定時(shí)器用到的電阻是30 k，電容是100uf，根據(jù)公式計(jì)算得到的周期是3秒。圖 多諧振蕩器仿真圖4、時(shí)序控制電路圖4-4時(shí)序控制電路工作原理：時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：主持人將控制開關(guān)撥到開始位置時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)行正常搶答工作狀態(tài)。 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。當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間 根據(jù)上面的功能要求以及各圖所示，圖中，門g1 的作用

10、是控制時(shí)鐘信號(hào)cp的放行與禁止，門g2的作用是控制74ls148的輸人使能端 。圖八的工作原理是：主持人控制開關(guān)從清除位置撥到開始位置時(shí)，來(lái)自于圖六中的74ls279的輸出 1q=0，經(jīng)g3反相， a1，則時(shí)鐘信號(hào)cp能夠加到74ls192的cp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st =0，使 74ls148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，1q1，經(jīng) g3反相， a0，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 st=1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到

11、時(shí)，則定時(shí)到信號(hào)為0，1q =1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)， 門g1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 cp信號(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74ls121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間，其工作原理如下：當(dāng)主持人將開關(guān)撥到開始鍵時(shí)，s信號(hào)從0變成1，是上升的，但是定時(shí)到信號(hào)還是1，yex由于74ls148已經(jīng)開始工作所以為0，所以根據(jù)74ls121功能表可以看到pr會(huì)有一個(gè)高電平輸出，所以揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出聲音。在最后結(jié)束時(shí)候，如果沒有選手按鍵但是時(shí)間已經(jīng)結(jié)束，這時(shí)候s是1，yex因?yàn)闆]有選手按鍵而為1，而又因?yàn)槎〞r(shí)到信號(hào)而又有一個(gè)負(fù)脈沖輸入，所以pr

12、會(huì)輸出一個(gè)正脈沖，從而使揚(yáng)聲器發(fā)聲。假如有選手按鍵，yex會(huì)從1變成0，定時(shí)到信號(hào)還是1，所以最后也會(huì)有一個(gè)正脈沖輸出，揚(yáng)聲器也會(huì)發(fā)生的。圖 邏輯控制電路仿真整體電路仿真整體仿真圖如圖，可實(shí)現(xiàn)如下功能：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到清除狀態(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)，宣布開始搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)30秒，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。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)。圖 整體電路仿真圖5主要儀器與設(shè)備1.

13、數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱。2. 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。3. 電阻 510 2只，1k 9只，4.7k l只，5.1k l只，100k l只，10k 1只， 15k 1只， 68k l只。4. 電容 0.1uf 1只，10uf 2只，100uf 1只。5. 三極管 3dg12 1只。6. 其它：發(fā)光二極管2只，共陰極顯示器3只6設(shè)計(jì)體會(huì)與建議 6.1設(shè)計(jì)體會(huì)第一次做課程設(shè)計(jì)，開始很迷茫，不知道從哪里開始，對(duì)于自己的學(xué)的模電和數(shù)點(diǎn)都是一些最基礎(chǔ)的知識(shí)，無(wú)從下手，不知所措，剛開始對(duì)于

14、多路智能搶答器只是稍微了解，查了一下有關(guān)搶答器的相關(guān)知識(shí)，自己對(duì)于這個(gè)搶答器做了簡(jiǎn)單的分析，做了一個(gè)大致的框圖，再把每一個(gè)框圖的功能分析清楚，然后再逐個(gè)的進(jìn)行單元分析，分析各個(gè)單元要用什么器件，選好了各個(gè)單元的器件后，開始自己的設(shè)計(jì)組裝工作，連線是一個(gè)最重的步驟，一個(gè)連線錯(cuò)誤導(dǎo)致全部出錯(cuò)，在自己組裝連線的時(shí)候嘗試的數(shù)十次，最后才連接成功，連接成功后在嘗試自己的仿真工作，在仿真的過程中，發(fā)現(xiàn)很多問題，需要個(gè)個(gè)的調(diào)試，逐個(gè)的排除，最后仿真成功，測(cè)試成功的瞬間終于體會(huì)到了什么叫成就感，讓自己有了信息，讓自己對(duì)于設(shè)計(jì)充滿了興趣，只要自己肯做，總之，這次課程設(shè)計(jì)讓我知道了，努力就有希望，一切皆有可能。 6.2對(duì)設(shè)計(jì)的建議課程設(shè)計(jì)是每個(gè)學(xué)習(xí)電子技術(shù)的必備基礎(chǔ)技能，但是對(duì)于一個(gè)初學(xué)者，對(duì)于一個(gè)初次課程設(shè)計(jì)的新手是很迷茫的，不知道自己到底從哪里下開始，萬(wàn)事開頭難，老師是一位引路人，所以老師的指引是很重要的，對(duì)于課程設(shè)計(jì)，我想我們應(yīng)該提前給課程設(shè)計(jì)下一