數(shù)電四人搶答器課程設(shè)計(jì)

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)課題： 數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)系 別： 電氣與電子工程系專 業(yè)： 電氣工程及其自動(dòng)化姓 名： aaa學(xué) 號： 09aaaaa河南城建學(xué)院2012年 06月 21日成績評定 一、指導(dǎo)教師評語（根據(jù)學(xué)生設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量、答辯情況及其平時(shí)表現(xiàn)綜合評定）。二、評分評分項(xiàng)目設(shè)計(jì)報(bào)告評分答辯評分平時(shí)表現(xiàn)評分合 計(jì) （100分）任務(wù)完成情 況（20分）課程設(shè)計(jì)報(bào)告質(zhì)量（40分）表達(dá)情況（10分）回答問題情 況（10分）工作態(tài)度與紀(jì)律（10分）獨(dú)立工作能力（10分）得分課程設(shè)計(jì)成績評定班級 姓名 學(xué)號成績： 分（折合等級 ）指導(dǎo)教師簽字 年 月 日搶答器電路設(shè)計(jì)【摘要】隨著我國經(jīng)濟(jì)和文化事業(yè)的發(fā)展，在很

2、多競爭場合要求有快速公正的競爭裁決，例如證券、股票交易以及各種智力競賽等。在現(xiàn)代社會(huì)生活中，智力競賽更是作為一種生動(dòng)活潑的教育形式和方法能夠引起觀眾極大地興趣。而在競賽中往往分為幾組參加，這是針對主持人提出的問題，各組一般要進(jìn)行必答和搶答，對必答一般有時(shí)間限制，倒是有聲響提示；對于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。本文介紹了一種利用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。數(shù)字搶答器有主體電路與擴(kuò)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(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能

3、。搶答開始后，若有選手安東強(qiáng)大按鈕，編號立即鎖存，并數(shù)碼管上顯示選手的編號，同時(shí)揚(yáng)聲器給出聲音提示；同時(shí)封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止?！娟P(guān)鍵詞】智力搶答，數(shù)字搶答器，鎖存器目錄緒論4一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求4 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)：4 1.2 設(shè)計(jì)要求：4二、方案設(shè)計(jì)與論證4 2.1 搶答器的基本工作原理：4 2.2 系統(tǒng)框圖5 2.3 方案比較：6三、 單元電路設(shè)計(jì)6 3.1 搶答器控制電路6 3.2 編碼器電路的設(shè)計(jì)6 3.3 定時(shí)電路7 3.4 復(fù)位電路9 3.5 譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)10四、總電路工作原理及元器件清單11 4.1 總

4、電路原理圖：11 4.3 元件清單11五、硬件電路的調(diào)試12 5.1 仿真軟件簡介12 5.2仿真結(jié)果：13六、結(jié)論與心得14七、參考文獻(xiàn)14緒論基于數(shù)字電子技術(shù)的設(shè)計(jì)創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新看起來似乎永無止境，而且它們也的的確確在方方面面日益完善和豐富著我們每個(gè)人的日常生活和工作。隨著科技的進(jìn)步和社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)越來越注重產(chǎn)品的易使用型，人機(jī)界面一定要良好。聲音、圖象等作為人類交往的最重要手段，也被體現(xiàn)在電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。采用一顆語音芯片，讓產(chǎn)品開口說話，可以起到強(qiáng)化宣傳品牌、指導(dǎo)用戶使用、故障緊急提示、娛樂等功能，使產(chǎn)品設(shè)計(jì)新穎實(shí)用、先聲奪人、出奇制勝。一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)

5、設(shè)計(jì)一臺可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器。 1.2 設(shè)計(jì)要求 1) 四組參賽者進(jìn)行搶答，當(dāng)搶答組按下?lián)尨鸢粹o時(shí)，搶答器能準(zhǔn)確的判 出搶答者。2）搶答器應(yīng)具有互鎖功能，即某組搶答后能自動(dòng)封鎖其他各組進(jìn)行搶答。3）搶答器應(yīng)具有限時(shí)功能，即限制搶答時(shí)間、答題時(shí)間等，要求顯示時(shí)間 數(shù)據(jù)。 4）系統(tǒng)具有一個(gè)總的復(fù)位開關(guān)。二、方案設(shè)計(jì)與論證 2.1 搶答器的基本工作原理整個(gè)電路框圖如上圖所示，主要分為兩部分，一個(gè)是計(jì)時(shí)部分，一個(gè)是搶答電路，其中搶答器電路由，編碼器電路，rs觸發(fā)電路，譯碼器電路，數(shù)碼管顯示電路組成，封鎖電路由三個(gè)或門組成，其作用是只讓先按下的有效，而后按下的無效，主持人按鈕用來將電路復(fù)

6、位，并將輸出清零和編碼電路解除封鎖，譯碼電路用來譯出編碼，數(shù)碼顯示部分用來顯示按下的選手號碼，556定時(shí)電路用來定答題的時(shí)間。 2.2 系統(tǒng)框圖 當(dāng)主持人宣布開始，定時(shí)電路開始秒脈沖電路的作用而進(jìn)行倒記時(shí)，并通過譯碼器在顯示器中顯示。報(bào)警電路給出聲音提示。當(dāng)選手首先按某一開關(guān)鍵時(shí)，可通過觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)并鎖存，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電平信息，同時(shí)為防止其它開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂，最先產(chǎn)生的輸出電平變化又反過來將觸發(fā)電路鎖定。然后在譯碼器中譯碼，將觸發(fā)器輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)。最后在顯示電路中顯示出所按鍵選手的號碼。若有多個(gè)開關(guān)同時(shí)按下時(shí)，則在它們之間存在著隨機(jī)競爭的問題，結(jié)果可

7、能是它們中的任一個(gè)產(chǎn)生有效輸出。如圖2.1搶答按鈕觸發(fā)器鎖存電路譯碼電路主持人控制開關(guān)控制電路報(bào)警電路秒脈沖產(chǎn)生電路定時(shí)電路譯碼電路顯示電路顯示電路 圖2.1系統(tǒng)框圖1、當(dāng)主持人按下“開關(guān)”按鈕后，選手可以通過按按鈕的快慢來決定由誰來回答，按得快的選手的編號顯示在電子顯示管上。2、此后選手輸入被鎖住，如果主持人按下復(fù)位鍵則編號顯示處不作任何顯示。3、然后選手開始作答，作答的時(shí)間少于30秒，以倒數(shù)的方式進(jìn)行，而且通過顯示屏把時(shí)間顯示出來。4、主持人按下開關(guān)，所有的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)以便進(jìn)行下一次答題。 2.3 方案比較方案1：采用cd4511芯片作為搶答信號的觸發(fā)、鎖存和譯碼輸出。這樣雖

8、然比較簡便，但實(shí)際在實(shí)現(xiàn)鎖存功能時(shí)比較繁瑣難實(shí)現(xiàn)。方案2：采用jk觸發(fā)器和譯碼器來完成搶答部分。雖然元件較多，但在實(shí)現(xiàn)鎖存功能時(shí)可以簡單的實(shí)現(xiàn)。經(jīng)過對比兩方案的優(yōu)缺點(diǎn)，決定采用搶答信號鎖存簡單實(shí)現(xiàn)的方案2。然后利用軟件proteus來進(jìn)行仿真調(diào)試，再進(jìn)行逐步改進(jìn)。3、 單元電路設(shè)計(jì)3.1 搶答器控制電路 搶答器控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下功能：（1）當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，燈泡發(fā)光，并顯示相應(yīng)的組號，搶答電路封鎖和定時(shí)電路開始工作。 （2）當(dāng)設(shè)定的答題時(shí)間到，即燈泡第一次熄滅表示時(shí)間到，答題人不準(zhǔn)再答題。3.2 編碼器電路的設(shè)計(jì)編碼器采樣74ls148作為編碼芯片，將輸入的信號進(jìn)行

9、編碼，然后輸出2二進(jìn)制碼，輸出接到74279上，a0 ，a1 ，a2 均分別接到74279的s上，當(dāng)輸出均為高時(shí)表示無選手按下，為無效電平，rs觸發(fā)器輸出為低，即無編碼輸出。74ls148芯片及真值表如下：圖3.1 表3.13.3 定時(shí)電路由555定時(shí)器產(chǎn)生時(shí)間脈沖，參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，即出現(xiàn)正脈沖，定時(shí)時(shí)間15s，當(dāng)?shù)谝淮纬霈F(xiàn)低電平時(shí)，表示答題時(shí)間到，然后主持人即可按復(fù)位。圖3.2它基本原理是，由于電容c的兩端的電壓不能突變，定時(shí)器的2端電壓低觸發(fā)端為低電平，輸出端3為高電平。電源經(jīng)過r1、r2給電容c充電，當(dāng)電容的電壓充到電源電壓的2/3時(shí)，555內(nèi)部的mos管導(dǎo)通，輸出為低電平。接著電

10、容通過r2和已經(jīng)導(dǎo)通的mos管放電，當(dāng)電容的兩端電壓下降到低于1/3的電源電壓時(shí)，mos管截止電容放電停止，此時(shí)電源通過r1、r2再次向電容充電，如此反復(fù)，形成震蕩，從而在3端得到時(shí)鐘脈沖源輸出。3.4 復(fù)位電路圖3.3jk說 明000000輸出狀態(tài)不變110011000輸出狀態(tài)與j端狀態(tài)相同101100011輸出狀態(tài)與j端狀態(tài)相同11111101每輸入一個(gè)時(shí)鐘脈沖輸出狀態(tài)改變一次10 表3.2.jk觸發(fā)器的功能表jk邊沿觸發(fā)器。將兩個(gè)的輸出端通過異或非門作為輸入，送到j(luò)k觸發(fā)器的時(shí)鐘信號端clk，因?yàn)槿绻?jì)時(shí)器一旦輸出“00”，異或非門的輸出剛好為1，而觸發(fā)器的clk從0到1，接收到一次上升

11、沿的時(shí)鐘信號，因而jk觸發(fā)器此時(shí)q輸出為1，再把q送到兩個(gè)芯片的mr端，此時(shí)芯片就不再處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，因而可以做出來到“00”停止計(jì)時(shí)的效果。 3.5 譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計(jì)搶答部分和倒計(jì)時(shí)部分的譯碼器均采用74ls48芯片，而數(shù)碼管則選擇與之相對應(yīng)的7段共陰數(shù)碼管搭配，為避免電流過小，可在譯碼器與數(shù)碼管間接上拉電阻以增大電流，上拉電阻選用1k的9針排阻。譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路設(shè)計(jì)如下：圖3.4表3.2四、總電路工作原理及元器件清單 4.1 總電路原理圖：圖4.14.3 元件清單型號數(shù)量型號數(shù)量74190274ls266741911七段顯示器474ls0454072274ls484

12、j k觸發(fā)器174ls1481555定時(shí)器1開關(guān)1按鍵4表4.1 五、硬件電路的調(diào)試5.1 仿真軟件簡介 proteus 是英國labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件。它運(yùn)行于windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(spice)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)仿真和spice電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機(jī)及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、rs232動(dòng)態(tài)仿真、i2c調(diào)試器、spi調(diào)試器、鍵盤和lcd系統(tǒng)仿真的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。支持主流單片機(jī)系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機(jī)類型有：arm7(lpc21xx)、

13、 8051/52系列、avr系列、pic10/12/16/18系列、hc11系列以及多種外圍芯片。提供軟件調(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點(diǎn)等調(diào)試功能，同時(shí)可以觀察各個(gè)變量、寄存器等的當(dāng)前狀態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時(shí)支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如keil c51 uvision2、mplab等軟件。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。總之，該軟件是一款集單片機(jī)和spice分析于一身的仿真軟件，功能極其強(qiáng)大。 proteus是目前最好的模擬單片機(jī)外圍器件的工具,真的很不錯(cuò)?？梢苑抡?1系列、avr,pic等常用的mcu及其外圍電路（如lcd,ram,rom,鍵盤,馬達(dá),led,ad/da,部分spi器件,部分iic器件.） 其實(shí)proteus 與 multisim比較類似,只不過它可以仿真mcu！5.2仿真結(jié)果：六、結(jié)論與心得本次課程設(shè)計(jì)對于我的課題的要求基本上實(shí)現(xiàn)了。這次課程設(shè)計(jì)時(shí)間有點(diǎn)匆忙，雖然大部分的功能都實(shí)現(xiàn)了，但是還是會(huì)存在不完美的地方，實(shí)在是時(shí)間有點(diǎn)緊，沒辦法做長時(shí)間的修改。設(shè)計(jì)進(jìn)行地比較成功，對常用的芯片無論是從功能上，還是構(gòu)造上都在了更深的了解，更重要的是鍛煉了我們的動(dòng)手能力，平時(shí)看書都能看得明白，但是到了仿真的時(shí)候還是會(huì)出現(xiàn)很多的問題，有時(shí)候一個(gè)小失誤致使整個(gè)電路工作狀態(tài)出現(xiàn)錯(cuò)誤，但是