8位智能搶答器課程設(shè)計(jì)

1、沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)（說明書）智能搶答器的設(shè)計(jì)班級(jí)/學(xué)號(hào)學(xué)生姓名指導(dǎo)教師沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名 稱電子技術(shù)綜合課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目智能搶答器的設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求：一、設(shè)計(jì)說明與技術(shù)指標(biāo)用數(shù)字電路設(shè)計(jì)一個(gè)具有鎖存與顯示功能的 8人搶答邏輯電路接通電源后，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)置于“開始”狀態(tài)，宣布“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(hào)鎖存、編號(hào)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

2、果再次搶答必須由主持人再次操作“消除” 和“開始”狀態(tài)開關(guān)。二、設(shè)計(jì)要求1 .在選擇器件時(shí)，應(yīng)考慮成本。2 .根據(jù)技術(shù)指標(biāo)，通過分析計(jì)算確定電路和元器件參數(shù)。3 .畫出電路原理圖（元器件標(biāo)準(zhǔn)化，電路圖規(guī)范化）。 三、實(shí)驗(yàn)要求1 .根據(jù)技術(shù)指標(biāo)制定實(shí)驗(yàn)方案；驗(yàn)證所設(shè)計(jì)的電路，用軟件仿真。2 .進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理和分析。四、推薦參考資料1.童詩(shī)白，華成英主編.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ). M北京：高等教育出版社，2006年 五、按照要求撰寫課程設(shè)計(jì)報(bào)告成績(jī) 指導(dǎo)教師 日期一、概述進(jìn)入21世紀(jì)越來越來多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學(xué)校和電 視臺(tái)等單位常舉辦各種智力競(jìng)賽，搶答記分器是必要設(shè)備。過去

3、在舉行的各種競(jìng)賽中我們 經(jīng)常看到有搶答的環(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)， 這在某種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比賽的不公平性。人們于是開始尋求一種能 不依人的主觀意愿來判斷的設(shè)備來規(guī)范比賽。因此，為了克服這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利用各種資源和條件設(shè)計(jì)出很多的搶答器， 從最初的簡(jiǎn)單搶答按鈕，到后來的顯示選手號(hào)的 搶答器，再到現(xiàn)在的數(shù)顯搶答器，其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計(jì)時(shí)搶答，還 兼具報(bào)警，計(jì)分顯示等等功能，有了這些更準(zhǔn)確地儀器使得我們的競(jìng)賽變得更加精彩紛呈， 也使比賽更突顯其公平公正的原則。今天隨著科技的不斷進(jìn)步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫

4、了耗費(fèi)很多元 件僅來實(shí)現(xiàn)用指示燈和一些電路來實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的搶答功能，使第一個(gè)搶答的參賽者的編號(hào)能 通過指示燈顯示出來，避免不合理的現(xiàn)象發(fā)生。但這種電路不易于擴(kuò)展，而且當(dāng)有更高要 求是酒無法實(shí)現(xiàn)，例如參賽人數(shù)的增加。 隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)字搶答器誕生了，它易 于擴(kuò)展，可靠性好，集成度高，而且費(fèi)用低，功能更加多樣話，是一種高效能的產(chǎn)品。而 如今在市場(chǎng)上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次設(shè)計(jì)主要利用常見的74LS系列集成電路芯片和555芯片，并通過劃分功能模塊進(jìn)行各 個(gè)部分的設(shè)計(jì)，最后完成了八路智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)。二、方案設(shè)計(jì)圖1智能搶答器電路的原理框圖如圖所示電路

5、包括主體電路和擴(kuò)展電路兩部分。 其中主體電路完成基本的搶答功能， 即主 持人按下控制開關(guān)后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示選手編號(hào)，同時(shí)封鎖輸入電路， 其他選手搶答無效。 擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能以及報(bào)警功能。 圖 1 所示電路的工作過 程是：接通電源后，主持人將控制開關(guān)置于“清除”處，此時(shí)搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，選手不能進(jìn)行搶答，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間（30s） ，當(dāng)主持人將控制開關(guān)置于 “開始”時(shí)，搶答器處于工作狀態(tài)，同時(shí)定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，電路要完成以下功能：（ 1） 優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號(hào)， 并由鎖存器進(jìn)行鎖存， 然后通過譯碼顯示電路 在數(shù)碼管上顯示

6、搶答者的編號(hào)；（ 2）控制電路對(duì)其余輸入編碼進(jìn)行封鎖，禁止其他選手進(jìn)行搶答；（ 3） 控制電路要使定時(shí)器停止工作， 數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時(shí)間， 當(dāng)選手將問題回 答完畢， 主持人操作控制開關(guān)進(jìn)行系統(tǒng)清零， 使系統(tǒng)恢復(fù)到禁止工作狀態(tài)， 以便進(jìn)行下一 輪搶答。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答是，系統(tǒng)將報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超 時(shí)后搶答。三、電路設(shè)計(jì)1.搶答電路此部分電路主要完成的功能是實(shí)現(xiàn)8 路選手搶答并進(jìn)行鎖存， 同時(shí)有相應(yīng)發(fā)光二極管點(diǎn)亮和數(shù)碼顯示。使用優(yōu)先編碼器74LS148 和鎖存器 74LS373 來完成。該電路主要完成兩個(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

7、時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào) （顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?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(shí)， RS 觸發(fā)器的 R、 S 端均為 0， 4 個(gè)觸發(fā)器輸出置0， 使 74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端=0,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)有選手將搶答按鍵按下時(shí) （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，CTR =1,使74LS148

8、優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端=1 ,處于禁止?fàn)顟B(tài)，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CTR=1,使優(yōu)先編碼工作標(biāo) 志端=1, 5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。 只要有一組選手先按下?lián)尨鹌鳎?就會(huì)將編碼器鎖死， 不再對(duì)其他組進(jìn)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將 S開關(guān)重 新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。原理圖如下：T口VCCf4LSJ?iDw圖2搶答模塊原理圖表1 74LS148真值表輸 入輸 出I sI 011I 2I 3I 4I 5I 6I 7Y2Y1Y0Y

9、EXYs1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X0111111110010011111111110174LS148白如俞入端和輸出端低電平有效。ItI 7是輸入信號(hào)，刀為三位二進(jìn)制編 碼輸出信S， ISslL編碼器禁止編碼，當(dāng)IS=0_批，允許編碼。YS是技能肺出端， 區(qū)有直1s =0,而I 0 I 7均無編碼輸入信號(hào)時(shí)為 00 YEX為優(yōu)先編碼輸出時(shí)在1s =0血 I0I7的其中之信號(hào)時(shí)，YEX =0。&q

10、uot; I7各輸入端的優(yōu)先順序?yàn)椋篒7級(jí)別最高，I0 級(jí)別最低,如果L二0"有信號(hào)），則其它輸入端即使有輸入信號(hào)，均不起作用，此時(shí)輸 出只按I7編碼，Y2 Y1 Y0 =000。優(yōu)先編碼被廣泛用于計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)中，當(dāng)有多個(gè)外設(shè) 申請(qǐng)中斷時(shí)，優(yōu)先編碼器總是給優(yōu)先級(jí)別高的設(shè)備先編碼2.譯碼顯示電路圖3譯碼顯示電路二進(jìn)制譯碼器是將輸入的二進(jìn)制代碼的各種狀態(tài)按特定含義翻譯成對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)的 電路。也稱為變量譯碼器。若輸入端有 n位，代碼組合就有2n個(gè)，當(dāng)然可譯出2n個(gè)輸出 信號(hào)。顯示譯碼器由譯碼輸出和顯示器配合使用，最常用的是BCD七段譯碼器。其輸出是驅(qū)動(dòng)七段字形的七個(gè)信號(hào)，常見產(chǎn)品型號(hào)有

11、74LS48、74LS47等。字符顯示器：分段式顯示是將字符由分布在同一平面上的若干段發(fā)光筆劃組成。電子計(jì)算器，數(shù)字萬用表等顯示器都是顯示分段式數(shù)字。而LED數(shù)碼顯示器是最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。LED的死區(qū)電壓較高，工作電壓大約1.53V,驅(qū)動(dòng)電流為幾十 毫安。74LS47譯碼驅(qū)動(dòng)器輸出是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管須采用共陽極接法；而74LS48譯碼驅(qū)動(dòng)器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管須采用共陰極接法。數(shù)碼管 常用型號(hào)有BS201、BS202等。使用時(shí)，公陰極接地，7個(gè)陽極ag由相應(yīng)的BCD七段 譯碼器來驅(qū)動(dòng)。3.倒計(jì)時(shí)電路U1B 74192N圖4倒計(jì)時(shí)模塊原理圖LED數(shù)碼管

12、接收來自74LS192的輸出信號(hào)并顯示出來。74LS192的9, 10, 11, 15 引腳完成時(shí)間設(shè)定功能，本設(shè)計(jì)要求定時(shí) 30秒，所以把左邊的芯片的1, 15引腳接高電 位，期于的全接低位，使的初始時(shí)間設(shè)定為30秒。555芯片完成產(chǎn)生秒脈沖的功能。工作過程為：搶答開始前，74LS192的置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為 30, 5引腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖沖推動(dòng)右邊的芯片開始倒記時(shí)，同時(shí)右邊芯片產(chǎn)生 的信號(hào)做為左邊芯片的CP信號(hào)推動(dòng)左邊的芯片倒記時(shí)，完成十進(jìn)制的倒記時(shí)功能。當(dāng)有 人搶答后1Q的輸出為1,經(jīng)過非門后變?yōu)?,通過與門屏蔽了秒信號(hào)，停止記時(shí)，完成 顯示搶答時(shí)間的功

13、能。當(dāng)記到了 30秒時(shí)，左邊的芯片產(chǎn)生的定時(shí)到信號(hào)輸出為低電位， 也屏蔽了秒信號(hào)，使得數(shù)碼管顯示為 00。124.脈沖電路VCC5V+1只8 4QKQR9 40kQR5TCIST"BTRIA2R10-W500Q555 VIRTUAL圖5 555計(jì)時(shí)器電路圖其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：f 0=1/(R i+2R2)*C*ln2=1.43/(R i+2R2)*C四、性能的測(cè)試1.脈沖電路的測(cè)試如圖表所示，該脈沖信號(hào)輸出波形為周期（T） =1s,頻率（f） =1Hz的脈沖 表1脈沖電路測(cè)試數(shù)據(jù)表R1 彳t(k Q )R2 值(k Q)C彳1(科F)頻率（Hz）周期40401011

14、圖7搶答電路測(cè)試經(jīng)測(cè)試，當(dāng)選手1在規(guī)定時(shí)間內(nèi)率先搶答時(shí)，LED數(shù)碼管顯示1.3.電路整體性能測(cè)試圖8整體電路測(cè)試對(duì)電路的整體測(cè)試結(jié)果完全符合實(shí)驗(yàn)最初設(shè)計(jì)要求，電路設(shè)計(jì)連接成功五、結(jié)論接通電源，開關(guān)打到預(yù)置端，倒計(jì)時(shí)數(shù)碼管顯示 30。主持人撥動(dòng)開關(guān)后，倒計(jì)時(shí)電 路開始從30秒倒數(shù)，8路觸點(diǎn)開關(guān)處于待命狀態(tài)。若有選手按下所在開關(guān)（搶答），搶答 電路顯示選手所在編碼（07）,倒計(jì)時(shí)電路停止計(jì)時(shí)。同時(shí)其他選手所在的開關(guān)被鎖定， 搶答無效。如果30秒倒計(jì)時(shí)結(jié)束后仍無人搶答，LED燈熄滅，倒計(jì)時(shí)電路鎖定為00,搶 答不再有效。這時(shí)只需主持人重新將開關(guān)打到預(yù)置段， 整個(gè)電路全部回到初態(tài)。準(zhǔn)備進(jìn)行下一輪搶 答

15、。六、性價(jià)比本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單明了，元器件價(jià)格低廉，易獲取，且運(yùn)行可靠。本實(shí)驗(yàn)可實(shí) 現(xiàn)性較高，性價(jià)比較高。七、課設(shè)體會(huì)及合理化建議剛開始覺得這次課程設(shè)計(jì)的電路是比較復(fù)雜的。初期還是感到無從下手。這是我再一 次接觸multisim軟件，熟練以后十分順手。在整個(gè)電路的設(shè)計(jì)過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的 是各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)上， 在多種方案的選擇中，我仔細(xì)比較分析其原 理以及可行的原因，最后還是在通多次對(duì)電路的改進(jìn)， 上機(jī)仿真以及接線調(diào)試，終于使整 個(gè)電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計(jì)過程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣， 有時(shí)花很長(zhǎng)時(shí)間設(shè)計(jì)出來的電路還是需要重做，

16、那時(shí)心中未免有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄， 此時(shí)更加需要靜下心，查找原因。 設(shè)計(jì)思路是最重要的，只要你的設(shè)計(jì)思路是成功的，那你的設(shè)計(jì)已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計(jì)前做好充分的準(zhǔn)備，像查找詳細(xì)的資料，為我們?cè)O(shè)計(jì)的成功打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)單元電路階段，這個(gè)階段可以說是考察數(shù)電書本知識(shí)的階段。所有的設(shè)計(jì)方法還有步驟在數(shù)電書上都有， 而且還有例題。 這個(gè)階段遇到的主要問題就是以前的知識(shí)忘記不少，所以做設(shè)計(jì)的時(shí)候要常隨手翻閱課本， 等于是做了幾道數(shù)電作業(yè)題。這個(gè)階段的難度也不是很大，一般翻課本就可以找到答案并解決問題。實(shí)驗(yàn)階段可以說是這次設(shè)計(jì)中最重要的部分， 因?yàn)橐郧暗闹皇抢碚摱皇钦嬲膶?shí)體。所以說

17、它是最重要的。實(shí)驗(yàn)階段遇到的問題有：對(duì)軟件不熟悉；對(duì)實(shí)驗(yàn)過程中信號(hào)的測(cè)量知識(shí)學(xué)習(xí)很少；因?yàn)楦鱾€(gè)模塊是分開做而后又組裝到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合為一個(gè)整體， 部分工作能行但是接到一起就會(huì)出現(xiàn)問題） ;針對(duì)以上幾個(gè)問題我作出了以下的“對(duì)策”:軟件不熟悉，就借來參考書，一步一步的對(duì)著學(xué)，而且老師給的資料上也有軟件的使用說明，所以隨著接觸的增加軟件也就越來越熟悉，這方面的問題不是太難因?yàn)橐贿吚碚撘贿厡W(xué)習(xí)正好是學(xué)習(xí)的好方法， 而且也學(xué)的特別快。另外就是要熟練地掌握課本上的知識(shí)，這樣才能對(duì)試驗(yàn)中出現(xiàn)的問題進(jìn)行分析解決。這是應(yīng)用課本知識(shí)的大好時(shí)機(jī)?？傊?， 通過這次課程設(shè)計(jì)我有了很多收獲。 在摸索該如何設(shè)計(jì)電路使之實(shí)現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增強(qiáng)了動(dòng)手能力。在改進(jìn)電路的過程中，同學(xué)們共同探討， 最后的電路已經(jīng)比初期設(shè)計(jì)有了很大提高。 在讓我體會(huì)到了設(shè)計(jì)電路的艱辛的同時(shí)，更讓我體會(huì)到成功的喜悅和快樂。參考文獻(xiàn)1. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)范文兵清華大學(xué)出版社20072. 數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)（第三版） 王毓銀 高等教育出版社 20053. 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)崔葛瑾同濟(jì)大學(xué)出版社20054. 數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì) 呂思忠、施齊云 哈爾濱工程大學(xué)出版社 20015. Multsim9