四人智力競賽搶答器課程設(shè)計

1、課 程 設(shè) 計 課程名稱_數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計 題目名稱 四人智力競賽搶答器 學(xué)生學(xué)院 專業(yè)班級 學(xué) 號 學(xué)生姓名_ _ 四人智力競賽搶答器課程設(shè)計報告一、設(shè)計題目題目：四人智力競賽搶答器二、設(shè)計任務(wù)和要求1）設(shè)計任務(wù)設(shè)計一臺可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器。 用數(shù)字顯示搶答倒計時間，由“9”倒計到“0”時，無人搶答，蜂鳴器連續(xù)響1秒。選手搶答時，數(shù)碼顯示選手組號，同時蜂鳴器響1秒，倒計時停止。2）設(shè)計要求(1)4名選手編號為：1，2，3，4。各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應(yīng)，也分別為1，2，3，4。(2)給主持人設(shè)置一個控制按鈕，用來控制系統(tǒng)清零（搶答顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的

2、開始。(3)搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，該選手編號立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號，同時揚(yáng)聲器給出音響提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(4)搶答器具有定時（9秒）搶答的功能。當(dāng)主持人按下開始按鈕后，定時器開始倒計時，定時顯示器顯示倒計時間，若無人搶答，倒計時結(jié)束時，揚(yáng)聲器響，音響持續(xù)1秒。參賽選手在設(shè)定時間（9秒）內(nèi)搶答有效，搶答成功，揚(yáng)聲器響，音響持續(xù)1秒，同時定時器停止倒計時，搶答顯示器上顯示選手的編號，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(5)如果搶答定時已到，卻沒有

3、選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚(yáng)聲器報警（音響持續(xù)1秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0。(6)可用石英晶體振蕩器或者555定時器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號，作為定時計數(shù)器的CP信號。三、原理電路和程序設(shè)計1數(shù)字搶答器總體方框圖      如下圖所示為總體方框圖。電路主要由脈沖產(chǎn)生電路、鎖存電路、編碼及顯示電路、倒計時電路和音響產(chǎn)生電路組成。當(dāng)有選手搶答時，優(yōu)先判斷，編號鎖存，阻止其他選手搶答，然后編碼，再將數(shù)字顯示在顯示器上同時產(chǎn)生音響。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)

4、，而當(dāng)主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，即當(dāng)主持人宣布開始搶答時，倒計時電路啟動由9計到0，選手在定時時間內(nèi)搶答，如有選手搶答，倒計時停止。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示零。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)揚(yáng)聲器數(shù)碼顯示脈沖電路倒計時器譯碼器數(shù)碼顯示揚(yáng)聲器鎖存器編碼轉(zhuǎn)換電路譯碼器主持人選手2方案選擇方案一：電路大致可以由四個功能模塊組成：以鎖存器為中心的編碼顯示電路部分，脈沖產(chǎn)生電路部分，倒計時顯示電路部分，音響電路部分。在鎖存器為中心的編碼顯示電路部分中，由鎖存器74LS373，編碼器74LS148，顯示器和門

5、電路組成。使用74LS373作為鎖存電路，當(dāng)有人搶答時， 利用鎖存器的輸出信號號將時鐘脈沖置零，74LS373立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫1s，這時搶答無效，使用74LS148作為編碼器，對輸入的型號進(jìn)行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入數(shù)碼管里顯示出搶答者的編號；在脈沖產(chǎn)生電路部分中，用555定時器予以實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)電阻的阻值最后得到符合要求的脈沖，因?yàn)榭梢酝ㄟ^改變電阻電容微調(diào)頻率，取代了用分頻器對高頻信號進(jìn)行分頻，從而使電路簡單了；在倒計時顯示電路部分中，由計數(shù)器74LS190，顯示器組成。利用74LS190計數(shù)器作為倒計時的芯片，當(dāng)主持人按下?lián)尨鸢粹o時，74LS190被置九

6、，同時將顯示上次搶到題目的選手編號的數(shù)碼管清零，并開始倒計時，并通過74LS148編碼器將即時時間進(jìn)行編碼，并送到數(shù)碼管，顯示此時的時間。假如在9秒內(nèi)有人搶答，則計數(shù)器停止倒計時，將鎖存器鎖存，禁止選手搶答，蜂鳴器鳴叫一秒，停止倒計時。在音響電路部分中，由555定時器和電阻電容接合成多諧振蕩器，產(chǎn)生所需要的脈沖，然后接入蜂鳴器構(gòu)成。方案二：電路大致可以由四個功能模塊組成：以鎖存器為中心的編碼顯示電路部分，脈沖產(chǎn)生電路部分，倒計時顯示電路部分，音響電路部分。在鎖存器為中心的編碼顯示電路部分中，由鎖存器74LS373，編碼器74LS148，顯示器和門電路組成。使用74LS373作為鎖存電路，當(dāng)有人

7、搶答時， 利用鎖存器的輸出信號號將時鐘脈沖置零，74LS373立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫1s，這時搶答無效，使用74LS148作為編碼器，對輸入的型號進(jìn)行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入數(shù)碼管里顯示出搶答者的編號；在脈沖產(chǎn)生電路部分中，用石英晶體振蕩器予以實(shí)現(xiàn)，由于石英晶體的穩(wěn)定性和精確性比較高，所以用其產(chǎn)生的脈沖信號更加穩(wěn)定，同時在顯示更能接近預(yù)定的值，受外界環(huán)境的干擾較少；在倒計時顯示電路部分中，由計數(shù)器74LS190，顯示器組成。利用74LS190計數(shù)器作為倒計時的芯片，當(dāng)主持人按下?lián)尨鸢粹o時，74LS190被置九，同時將顯示上次搶到題目的選手編號的數(shù)碼管清零，并開始倒

8、計時，并通過74LS148編碼器將即時時間進(jìn)行編碼，并送到數(shù)碼管，顯示此時的時間。假如在9秒內(nèi)有人搶答，則計數(shù)器停止倒計時，將鎖存器鎖存，禁止選手搶答，蜂鳴器鳴叫一秒，停止倒計時。在音響電路部分中，由555定時器和電阻電容接合成多諧振蕩器，產(chǎn)生所需要的脈沖，然后接入蜂鳴器構(gòu)成。選擇結(jié)果：方案一。原因：雖然用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的穩(wěn)定性和精確性沒有石英晶體振蕩器高，但由于前者設(shè)計方便，操作簡單，成為了設(shè)計時的首選。3單元電路設(shè)計1）以鎖存器為中心的編碼顯示電路該單元電路可以分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時顯示器顯示相應(yīng)的編號，并且可以禁止其他選手搶答。電路原理：首先使鎖

9、存器74LS373的三態(tài)允許控制端OC為低電平, 即使其處于正常邏輯狀態(tài)；當(dāng)鎖存允許端ENG為高電平時，Q隨數(shù)據(jù)D而變，當(dāng)ENG為低電平時Q被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)單刀雙置開關(guān)置于“開始”端時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時（假如四號手），即把單刀雙置開關(guān)置于“清除”端時，觸發(fā)器74LS373的數(shù)據(jù)輸入端4D輸入低電平，相應(yīng)地，觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出端4Q置。鎖存器鎖存四號選手的輸入的信號，并且阻止其他選手信號的輸入。同時使線線優(yōu)先編碼器74LS148的EI處于低電平，使之處于工作狀態(tài)。低電平信號經(jīng)由編碼器74LS148編碼成相對應(yīng)的二制數(shù)，然后在顯示器顯示“4”，該搶答選手的編號一

10、直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)74LS148的輸入端EI =1時，使74LS148處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出現(xiàn)二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將開關(guān)重新置“清除”端后方可進(jìn)行下一輪搶答。鎖存器74LS373的真值表如下：Output ControlEnable GDOutputLHHHLHLLLL×QOH××ZL-低電平；H-高電平；X-不定態(tài)；Q0-建立穩(wěn)態(tài)前Q的電平；OE-使能端，接地。當(dāng)G=“1”時，74LS373輸出端1Q-8Q與輸入端1D-8D相同；當(dāng)G為下降沿時，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。線線優(yōu)先編碼器74LS148的真值表如下：

11、輸入輸出EID0D1D2D3D4D5D6D7A2A1A0GSEO1××××××××11111011111111111100×××××××0000010××××××01001100×××××011010100××××0111011100×××01111100100

12、5;×011111101100×01111111101000111111111110D0-D7是輸入信號，A2,A1,A0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號，EI是使能輸入端，EO是使能輸出端，GS為優(yōu)先編碼輸出端。當(dāng)輸入EI=1時，禁止編碼，輸出（反碼）；A2,A1,A0全為1；當(dāng)輸入EI=0時，允許編碼，在D0-D7輸入中，D7優(yōu)先級最高，其余依此為D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0。以鎖存器為中心的編碼顯示電路如下：2）脈沖產(chǎn)生電路：該單元電路由555定時器和電阻電容接合成多諧振蕩器，產(chǎn)生所需要的脈沖。根據(jù)555多諧振蕩器的頻率計算公式：可以求得1hz的電路電阻均取470

13、k，電容取10uf。脈沖產(chǎn)生電路如下：3）倒計時顯示電路：該電路采用十進(jìn)制同步減計數(shù)器74LS190，主持人宣布開始時，按下按鈕，同時使計數(shù)器置數(shù)為“9”，并在脈沖作用下開始倒計時并在顯示器上顯示，到零時停止。計數(shù)器74LS90的真值表如下：輸入輸出LOADCTENUDCLKABCDQAQBQCQD0×××abcdabcd100××××加計數(shù)101××××減計數(shù)11××××××保持CLK時鐘輸入端（上升沿有效） CTEN計數(shù)控

14、制端（低電平有效） AD并行數(shù)據(jù)輸入端 QAQD 輸出端 LOAD異步并行置入控制端（低電平有效 ） U /D 加/減計數(shù)方式控制端倒計時顯示電路如下：4）音響電路該單元電路由555定時器和電阻電容接合成多諧振蕩器，產(chǎn)生所需要的脈沖，然后接入蜂鳴器構(gòu)成。音響電路如下：5）整個電路：由以上幾個單元電路就構(gòu)成了所需功能的完整電路圖如下：4555多諧振蕩器的脈沖波形圖：5電路元件選擇：名稱型號數(shù)量鎖存器74LS3731個編碼器74LS1481個計數(shù)器74LS1901個顯示器2個555定時器LM555CM2個2與門74LS083個4與門74LS211個2或門74LS322個非門74F045個電阻4個電

15、容4個單刀雙置開關(guān)5個蜂鳴器1個四.工作原理搶答電路:當(dāng)鎖存器74LS373有信號輸入時，通過與門74LS21將信號反饋回鎖存器74LS373的使能端ENG,此時74LS3737立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫1s，停止工作，這時搶答無效。同時將低電平信號反饋回74LS190的倒計時輸入端，使其停止工作，保持剩余搶答時間。當(dāng)?shù)褂嫊r為零時，通過或門74LS32將信號反饋回編碼器74LS148的使能端ENG，此時編碼器74LS148停止工作，禁止有選手超時搶答。停止倒計時，主持人通過單刀雙置開關(guān)對鎖存器74LS373和編碼器74LS148的使能端的控制來清除鎖存信號,從而使得搶答器繼續(xù)工作。當(dāng)無選手搶答

16、時,倒計時直到倒計為零為止,此時到零點(diǎn)的信號反饋回編碼器74LS148，使其停止工作,此時選手再搶答無效,只有當(dāng)主持人清零后再置為開始狀態(tài),才可以繼續(xù)搶答。然后使用74LS148作為編碼器，對輸入的型號進(jìn)行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入數(shù)碼管顯示出搶答者的編號。主持人電路：采用計數(shù)器74LS190作為倒計時的芯片，當(dāng)主持人按下按鈕時，將74LS190的load輸入端先置為高電平，將其置為1001，再通過開關(guān)，將load輸入端置為低電平，使其開始倒計時。當(dāng)主持人按下開始按鈕時,蜂鳴器響，選手開始搶答,并且倒計時開始倒計, 假如在9秒內(nèi)有人搶答，則計數(shù)器停止倒計時，將鎖存器鎖存

17、，其他選手搶答無效，蜂鳴器鳴叫一秒，數(shù)碼管顯示剩余時間和選手的編碼。相反，假如在9秒內(nèi)無人搶答時，倒計時數(shù)碼管顯示為0，蜂鳴器響，禁止選手搶答。只有主持人再置為開始狀態(tài)時,才可以繼續(xù)搶答,倒計時從新工作,進(jìn)入下一輪搶答。五總結(jié)對該電路總結(jié)如下：優(yōu)點(diǎn)：電路清晰，簡單易懂，各功能模塊基本上達(dá)到了要求，顯示準(zhǔn)確，反應(yīng)靈敏，基本滿足了四人智力競賽搶答器的要求。缺點(diǎn)：因?yàn)槿鄙倌承┬酒坏貌挥闷渌男酒宰鞲淖兂洚?dāng)相似的功能，也許這樣做，可以基本滿足要求，但是沒有達(dá)到最好的效果。其次，因?yàn)閷碚撝R沒有透徹掌握和對仿真軟件的不完全熟悉操作，以至于電路沒有出現(xiàn)預(yù)期的效果，雖然基本上達(dá)到所要求的效果，但是還有一些地方?jīng)]有達(dá)到，這是美中不足的地方，可是以目前的水平，只能這樣了，有待以后改進(jìn)。改進(jìn)：第一，盡量用到適合的芯片 ；第二，使整體布局更加合理、明確、美觀；第三，盡量做到使所有功能模塊都達(dá)到所要求的那樣，產(chǎn)生預(yù)期的效果。心得體