電工與電子課程設(shè)計智力競賽搶答器

1、 題目 智力競賽搶答器 班級 12熱工（2）班 學號 201210610226 姓名 指導(dǎo) 時間 2013年12月20日 景德鎮(zhèn)陶瓷學院電工電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書姓名 陳昱樺 班級 12熱工（2）班 指導(dǎo)老師 江老師 設(shè)計課題：智力競賽搶答器 設(shè)計任務(wù)與要求設(shè)計一個可容納8人參賽的數(shù)字式搶答器； （一）基本功能：1、 搶答器同時供8名選手比賽使用，分別用8個按鈕s0s7表示。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。3、 搶答器具有鎖存和顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在數(shù)碼管上顯示選手號碼。搶答實行優(yōu)先搶答，優(yōu)先鎖存的選手編號一直保存到主持人

2、將系統(tǒng)清除為止。 （二）擴展功能：1、搶答器具有定時搶答功能，搶答時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當主持人啟動開始鍵后定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的響聲，發(fā)光二極管燈亮。2、參賽選手在設(shè)定時間內(nèi)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，如果時間到無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并停止搶答，定時器上顯示00。設(shè)計步驟1、 查閱相關(guān)資料，開始撰寫設(shè)計說明書；2、 先給出總體方案并對工作原理進行大致的說明；3、 依次對各部分分別給出單元電路，并進行相應(yīng)的原理、參數(shù)分析計算、功能以及與其他部分電路的關(guān)系等等說明；4、 列出標準的元件清單；5、 總

3、體電路的繪制及總體電路原理相關(guān)說明；6、列出設(shè)計中所涉及的所有參考文獻資料。設(shè)計說明書字數(shù)不得少于3000字。參考文獻1、呂思忠、施齊云.數(shù)字電路實驗與課程設(shè)計【m】.哈爾濱工程大學出版社，20012、崔葛瑾.數(shù)字電路實驗基礎(chǔ)【m】.同濟大學出版社，20053、王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計.第三版【m】.高等教育出版社，20054、范文兵.數(shù)字電子基礎(chǔ)技術(shù)【m】.清華大學出版社，2007目錄1、 總體方案與原理說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .12、 搶答電路

4、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .23、 定時電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .44、 時序控制電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、. . . . . . . . . . . .65、 總體電路原理相關(guān)說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .76、 總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .87、 元件清單. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .98、 參考文獻.

6、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .109、 設(shè)計心得體會. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 111、總體方案與原理說明搶答器作為一種工具，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各種智力和知識競賽場合。本設(shè)計以多路智力競賽搶答器為基本概念，從實際應(yīng)用出發(fā),利用電子設(shè)計自動化(eda)技術(shù),用數(shù)字、模擬電子器件設(shè)計具有擴充功能的搶答器。該搶答器主要運用到了編碼器，譯碼器和鎖存器：它采用7

7、4ls148來實現(xiàn)搶答器的選號，采用74ls279芯片實現(xiàn)對號碼的鎖存，采用74ls192實現(xiàn)十進制的減法計數(shù)，采用555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號來共同實現(xiàn)倒計時功能。本題的根本任務(wù)是準確判斷出第一搶答者的信號并將其鎖存。實現(xiàn)這一功能可選擇使用觸發(fā)器或鎖存器等。在得到第一信號之后應(yīng)立即將電路的輸入封鎖，即使其他組的搶答信號無效。同時還必須注意，第一搶答信號應(yīng)該在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效。當電路形成第一搶答信號之后，用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答者的組別，也可以用發(fā)光二極管直接指示出組別。在主持人沒有按下開始搶答按鈕前，參賽者的搶答開關(guān)無效；當主持人按下開始搶答按鈕后，開始進行30秒倒計時，

8、此時，若有組別搶答，顯示該組別并使搶答指示燈亮表示“已有人搶答”；當計時時間到，仍無組別搶答，則計時指示燈滅表示“時間已到”，主持人清零后開始新一輪搶答?？傮w框圖如下： 圖【一】總體方案與原理說明2、搶答電路此部分電路使用優(yōu)先編碼器74ls148和鎖存器74ls297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)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)s置于清除端時，rs觸發(fā)器的r、s端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74ls148的優(yōu)先編碼工作標志端0，使之處于工作狀態(tài)。當開關(guān)s置于開始

9、時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下s5），74ls148的輸出經(jīng)rs鎖存后，ctr=1,rbo=1,七段顯示電路74ls48處于工作狀態(tài)，4q3q2q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，ctr1，使74ls148優(yōu)先編碼工作標志端，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74ls148的此時由于仍為ctr1，使優(yōu)先編碼工作標志端1，5所以74ls148仍處于禁止狀態(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。只要有一組選手先按下?lián)尨鹌?，就會將編碼器鎖死，不再對其他組進行編碼。通過74ls48譯碼器使搶答組別數(shù)字顯示0-7。如有再次搶答需由主持人

10、將s開關(guān)重新置“清除”然后再進行下一輪搶答。原理圖如下：圖【二】搶答電路3、定時電路該部分主要由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。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)電路組成。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555定時器提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開

11、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，直接鎖住電路選手搶答無效。原理圖如下：圖【三】定時電路圖【二】圖【二】4、時序控制電路設(shè)計的時序控制電路如（圖4）所示。圖中，門g1的作用是控制時鐘信號cp的放行與禁止，門g2的作用是控制74ls148的輸人使能端。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，來自于（圖2）中的74ls279的輸出1q=0，經(jīng)g3反相，a1，則時鐘信號cp能夠加到74ls192的cpd時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時在定時時間未到時，則“

12、定時到信號”為 1，門g2的輸出=0，使74ls148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能（1）的要求。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，1q1，經(jīng)g3反相，a0，封鎖cp信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時門g2的輸出=1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能（2）的要求。當定時時間到時，則“定時到信號”為0，門g2的輸出=1，74ls148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。同時門g1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 cp信號，使定時電路保持00狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能（3）的要求。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。原理圖如下：圖【三】時序控制電路5、總體電路原理相關(guān)說明首先是各個選

13、手分別對應(yīng)的按鈕編號是s0、s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7，搶答后顯示器上顯示的分別是0、1、2、3、4、5、6、7。然后是主持人對整個電路系統(tǒng)清零，將開關(guān)置于“清零”的位置，輸出低電平，分為兩路：一路與鎖存器的1r2r3r4r端相連，使輸出端1q2q3q4q為低電平，1q所輸出的低電平經(jīng)與門反饋給74ls148的ei端子，編碼器不工作，因此搶答部分顯示器滅燈無顯示，實現(xiàn)了清零；另一路低電平輸出到計數(shù)器74ls192的ld端，而cr端也是低電平，所以使得對應(yīng)顯示器輸出預(yù)置的數(shù)據(jù)。接下來主持人根據(jù)題目的難易程度設(shè)置搶答時間，此設(shè)定可以通過調(diào)節(jié)輸入兩片74ls192的四個輸入端d、c、b

14、、a的高低電平來進行（例如要設(shè)定時間為30秒,就將十位的74192的d、c、b、a分別置位為0、0、1、1，而將各位的74ls192的d、c、b、a都置于0）。當主持人宣讀完題目說“開始”并將開關(guān)置于“開始”位置后，輸出為高電平，此高電平有兩路方向：一路輸出到74ls192的ld端，使其處于高電平而開始減計數(shù)；還有一路輸出到鎖存器的r端。當任意一個選手搶答時，例如3號搶答時，74ls148三號端子輸入低電平有效，此時gs為低電平有效，表征編碼器在正常工作。編碼輸出a2a1a0為100，與其對應(yīng)的4s3s2s為100，經(jīng)74ls279鎖存，4q3q2q輸出為011，經(jīng)譯碼顯示編號為3。與此同時，

15、1q所輸出的高電平反饋回編碼器的是能輸入端，使其停止工作。此時，其他選手若再按動按鈕也無對應(yīng)輸出，這就保證了搶答者優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。另一路，74ls148的gs端輸出電平由高變低，與秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖相與后輸出為0，使得無脈沖抵達計數(shù)器74ls192的down端。計數(shù)器停止工作，保持原來顯示不變，即實現(xiàn)了暫停減計數(shù)使其記錄搶答時間的功能。若沒有選手按動按鈕，則74ls279輸出全為高電平，74ls148也輸出高電平，1q端輸出低電平至74ls48的滅燈輸入ri/rbo端，使得信號經(jīng)74ls48到顯示器上時無顯示；若到定時部分計數(shù)器倒計時到00還無選手按動按鈕的話，十位74ls1

16、92的借位輸出端輸出高電平反饋回個位down端，停止計數(shù)。綜上所述，所設(shè)計的電路基本可以實現(xiàn)要求中的功能。6、總體電路原理圖7、元件清單序號名稱備注數(shù)量1共陰數(shù)碼管 5v3個2譯碼器74ls483個3rs觸發(fā)器74ls2792個4優(yōu)先編碼器74ls1481個5可逆計數(shù)器74ls1922個6定時器5551個72輸入與非門74ls001個84輸入與非門74ls201個9電阻5001個10電阻1k1個11電阻16k1個12電阻60k1個13發(fā)光二極管2個14觸點開關(guān)8個15單刀雙擲開關(guān)1個16電容電解電容（10f）1個17電容瓷片電容（0.01f）1個18導(dǎo)線若干參考文獻1、呂思忠、施齊云.數(shù)字電路

17、實驗與課程設(shè)計【m】.哈爾濱工程大學出版社，2001.2、崔葛瑾.數(shù)字電路實驗基礎(chǔ)【m】.同濟大學出版社，2005.3、王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計.第三版【m】.高等教育出版社，2005.4、范文兵.數(shù)字電子基礎(chǔ)技術(shù)【m】.清華大學出版社，2007.5、王港元.電工電子實踐指導(dǎo)【m】.江西科學技術(shù)出版社，2003.6、黃繼昌.電子元器件應(yīng)用手冊【m】.人民郵電出版社，2004.7、彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計指導(dǎo)【m】.高等教育出版社，1997.8、李士雄、丁康源.數(shù)字集成電子技術(shù)教程.高等教育出版社，2003.設(shè)計心得體會為期一周的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束，在這一周的學習，設(shè)計中，讓我對抽象的理論有了具體的認識。通過本次這幾，我掌握了常用元件的識別和測試，了解了電路的連接方法。這次課程設(shè)計的電路是比較復(fù)雜的，在實驗中，我也遇到了還不少問題，在自己的不懈努力和同學的幫助下，都一一解決了，同時，經(jīng)過本次課程設(shè)計，讓我對數(shù)電的邏輯功能有了更加深入的了解，對一些電工軟件有了一定的了解，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實踐，學會如何建議自己的學習，提高自己的學習效率。這對我今后的學習和工作都是非常有意義的，這是自己含稅和智慧的結(jié)晶，收獲還是有的。通過這次練習我有了很多收獲，這次課程設(shè)計使我懂得了理論與實際相結(jié)合是很重要