4人智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)

1、2006級學(xué)生數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) 一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：設(shè)計(jì)任務(wù)：設(shè)計(jì)一個(gè)具有鎖存與顯示功能的4人搶答邏輯電路。要 求： 1. 搶答器同時(shí)供4名選手或4個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用4個(gè)按鈕A D表示。每個(gè)參賽者控制一個(gè)按鈕，用按動按鈕發(fā)出搶答信號。2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)X，該開關(guān)由主持人控制。3. 搶答器具有鎖存與顯示功能。競賽開始后，先由主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置，然后先按動按鈕的參賽者將被顯示器顯示出來，此后其他三人參賽者再按動按鈕對電路不起作用。優(yōu)先搶答的參賽者編號將一直被顯示直至主持人將系統(tǒng)清零。指導(dǎo)教師簽名： 2008年07月06 日 二、指導(dǎo)教師評語：指導(dǎo)教師簽名： 200

2、8 年7月 日 三、成績 驗(yàn)收蓋章 2008年 月 日 4人智力搶答器的設(shè)計(jì)1 設(shè)計(jì)目的（1）熟悉集成電路的引腳安排。（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)搶答器電路。（2）設(shè)計(jì)可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路。（3）設(shè)計(jì)報(bào)警電路。 （4）設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路。3 設(shè)計(jì)過程 3.1方案論證數(shù)字搶答器總體方框圖如圖1所示：圖 1 數(shù)字搶答器框圖其工作原理為：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)置于“開始”狀態(tài)，宣

3、布“開始”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、編號鎖存、編號顯示、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)。3.2電路設(shè)計(jì)搶答器電路如圖2所示：圖2 數(shù)字搶答器電路該電路完成兩個(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，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)X置于“清除”端時(shí)，搶答器不工作，顯示器上顯示0。當(dāng)開關(guān)X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A），經(jīng)D觸發(fā)器和a段譯

4、碼，顯示器上顯示為“A”。此外，電路禁止工作，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號“A”，確保不會出現(xiàn)二次按鍵時(shí)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X開關(guān)重新置于“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。（注意：在進(jìn)行下次搶答時(shí)，參賽者必須先手動將開關(guān)置于非輸入端，之后，主持人才能控制開關(guān)X置于“開始”端，等待參賽者進(jìn)行搶答。） 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(shí)間，通過預(yù)置時(shí)間電路對計(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。可預(yù)置時(shí)間的電路選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)。定時(shí)電路如圖3所示:圖 3 可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路報(bào)警電路如圖4所示。由555定時(shí)器和三極

5、管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖4所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo1.43/（RI2R2）C，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚(yáng)聲器。PR為控制信號，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。圖 4 報(bào)警電路時(shí)序控制電路如圖5所示。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)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)人正常搶答工作狀態(tài)。 當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時(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)間到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。圖中，門G1 的作用是控制時(shí)鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS14

6、8的輸人使能端。圖5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)，來自圖 2中的74LS279的輸出 1Q=0，經(jīng)G3反相， A1，則時(shí)鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD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”為 1，門G2的輸出=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)按動搶答鍵時(shí)，1Q1，經(jīng) G3反相， A0，封鎖 CP信號，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出=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)間到時(shí)，則“定時(shí)到信號”為0，=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)

7、，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，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。圖 5 時(shí)序控制電路4系統(tǒng)調(diào)試與結(jié)果（1）組裝調(diào)試搶答器電路。（2）可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路，并進(jìn)行組裝和調(diào)試。當(dāng)輸人1Hz的時(shí)鐘脈沖信號時(shí)，要求電路能進(jìn)行減計(jì)時(shí)，當(dāng)減計(jì)時(shí)到零時(shí)，能輸出低電平有效的定時(shí)時(shí)間到信號。（3）調(diào)試報(bào)警電路。 （4）定時(shí)搶答器的聯(lián)調(diào)，注意各部分電路之間的時(shí)序配合關(guān)系。然后檢查電路各部分的功能，使其滿足設(shè)計(jì)要求。主持人開關(guān)置于“開始”狀態(tài)，編號C參賽者優(yōu)先搶答的電路結(jié)果如圖6所示： 圖 6 編號C搶答結(jié)果主持

8、人將開關(guān)置于清零狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)清零的電路結(jié)果如圖7所示： 圖7 系統(tǒng)清零電路結(jié)果5主要儀器與設(shè)備數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱 或 EDA 軟件MAX PLUS集成電路 D觸發(fā)器-4片,74LS483片,74LS1922片， 74LS001片，NE5552片，74LS1211片,555組成的單穩(wěn)態(tài)電路一片。電 阻 5102只,4.7kl只，5.1kl只，100kl只，10k1只，15k1只， 68kl只。電 容 0.1uF1只，10 uF2只，100 uF1只。三極管 3DG121只。其 它 發(fā)光二極管2只，共陰極顯示器3只。6設(shè)計(jì)體會與建議 6.1設(shè)計(jì)體會通過這次對數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)與制作，讓我了解了設(shè)計(jì)電路的

9、程序，也讓我了解了關(guān)于搶答器的基本原理與設(shè)計(jì)理念，要設(shè)計(jì)一個(gè)電路總要先用仿真仿真成功之后才實(shí)際接線的。但是最后的成品卻不一定與仿真時(shí)完全一樣，因?yàn)椋賹?shí)際接線中有著各種各樣的條件制約著。而且，在仿真中無法成功的電路接法，在實(shí)際中因?yàn)樾酒旧淼奶匦远軌虺晒?。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮兩者的差異，從中找出最適合的設(shè)計(jì)方法。此外，本實(shí)驗(yàn)也可通過EDA軟件MAX PLUS實(shí)現(xiàn)。通過這次學(xué)習(xí)，讓我對各種電路都有了大概的了解，所以說，坐而言不如立而行，對于這些電路還是應(yīng)該自己動手實(shí)際操作才會有深刻理解。經(jīng)歷數(shù)星期的電子競賽眼看塵埃落定，感覺忍不住要長出一口氣。我們組的3位成員除學(xué)習(xí)外均有一定的日常工作，數(shù)日來

10、，為了這個(gè)競賽可謂廢寢忘食，在實(shí)驗(yàn)室里日出而作，日落不息。將所有的課余時(shí)間均奉獻(xiàn)給了這個(gè)比賽。結(jié)果怎樣已然不再重要，在這幾日里，我們經(jīng)歷了階段性成功的狂喜、測試失敗后的絕望、陷入困境時(shí)的不知所措，重新投入的振作。這樣的比賽是無法孤軍作戰(zhàn)的，只有通力合作才有可能成功。3位成員在數(shù)日里的朝夕相伴中培養(yǎng)出了無與倫比的默契和深厚的友誼。由于前幾次去實(shí)驗(yàn)室比較晚，結(jié)果沒有空余的電腦可供使用，我們商量后，決定早上6點(diǎn)到實(shí)驗(yàn)室。于是，在零下的溫度下，我們陸續(xù)到達(dá)。途中數(shù)次感嘆，早晨的空氣真好。除此之外，我們學(xué)會了焊接電路板，掌握了書本以外的電子技術(shù)知識，培養(yǎng)了專心致志的工作學(xué)習(xí)習(xí)慣，懂得了相互之間的理解與體諒，可謂獲益匪淺。如果非要用一句話來概括我們的體會的話，那只能是：痛并快樂著。6.2對設(shè)計(jì)的建議我希望老師在我們動手制作之前應(yīng)先告訴我們一些關(guān)于所做電路的資料、原理，以及如何檢測電路的方法，還有關(guān)于檢測芯片的方法。這樣會有助于我們進(jìn)一步的進(jìn)入狀態(tài)，完成設(shè)計(jì)。再就是有關(guān)電路設(shè)計(jì)的芯片放大器之類的電子元件功能做更進(jìn)一步的說明，同有些芯片功能之間的比較，并且和哪些電路可以替換，這樣可以是我們進(jìn)一步了解芯片，從而能設(shè)計(jì)更為準(zhǔn)確的電路，以來用于日常生活。參考文獻(xiàn)1 康華光.