四人搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) 智力競(jìng)賽搶答器 姓名：鄭亞林班級(jí)：08級(jí)電子一班學(xué)號(hào)：200800800461指導(dǎo)老師：李素梅四人智力競(jìng)賽搶答器一、設(shè)計(jì)目的1、掌握四人智力競(jìng)賽搶答器電路的設(shè)計(jì)。2、熟悉數(shù)字集成電路的設(shè)計(jì)和使用方法。3、掌握應(yīng)用Multisim軟件對(duì)電路的設(shè)計(jì)及仿真二、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1、設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一個(gè)可供4名選手參加比賽的智力競(jìng)賽搶答器的數(shù)字電路。設(shè)定答題時(shí)間為30秒倒計(jì)時(shí)，時(shí)間到時(shí)，蜂鳴器會(huì)報(bào)警至主持人按下復(fù)位鍵。選手搶答時(shí)，數(shù)碼顯示選手組號(hào)，同時(shí)計(jì)分部分對(duì)應(yīng)選手組別的發(fā)光二極管發(fā)光，在30秒內(nèi)答對(duì)時(shí)主持人按下加分鍵，給相應(yīng)的組別加一分。2、設(shè)計(jì)要求(1)4名選手編號(hào)為：

2、1，2，3，4。各有一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)對(duì)應(yīng)，也分別為J1，J2，J3，J4。(2)給主持人設(shè)置一個(gè)控制按鈕J5，用來控制系統(tǒng)清零（搶答顯示數(shù)碼管滅燈）和一個(gè)加分按鈕J6，用來給同學(xué)加分，設(shè)定最高分為9(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(dòng)搶答按鈕，該選手編號(hào)立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號(hào)，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。(4)搶答器具有定時(shí)30秒答題倒計(jì)時(shí)的功能。當(dāng)選手按下?lián)尨鸢粹o后，開始倒計(jì)時(shí)，顯示器顯示倒計(jì)時(shí)間，倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)，揚(yáng)聲器響，保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。三、四人智力競(jìng)賽搶答器電路原理

3、及設(shè)計(jì)1、設(shè)計(jì)思路搶答器整個(gè)系統(tǒng)可分為三個(gè)主要模塊：搶答鑒別模塊、計(jì)分模塊、答題倒計(jì)時(shí)模塊。即當(dāng)搶答開始后，選手搶答按動(dòng)按鈕，鎖存器鎖存相應(yīng)的選手編碼，同時(shí)用數(shù)碼管把選手的編碼顯示出來，對(duì)應(yīng)加分模塊的發(fā)光二極管也會(huì)發(fā)光。當(dāng)有選手搶答成功后，30秒答題倒計(jì)時(shí)開始跑秒，若選手在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)答對(duì)題，主持人按下J6給相應(yīng)的選手加一分并且按下J5，系統(tǒng)清零。2、系統(tǒng)框圖 搶答開始后，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

4、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(hào)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(jìng)爭(zhēng)的問題，結(jié)果可能是它們中的任一個(gè)產(chǎn)生有效輸出。如圖1.組別顯示 搶 答鑒 別電 路CLR1234分?jǐn)?shù)顯示計(jì)分電路 ADD時(shí)間顯示倒計(jì)時(shí)電路 圖1 系統(tǒng)框圖 3、單元電路設(shè)計(jì)及元器件選擇（1）搶答電路 電路如圖2所示。該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖定74LS175的功能真值表即優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示選手編號(hào)；二是要使其他選手隨后的按鍵操作無效。圖2 搶答電路其工作原理為：本電路采用74LS175四上升沿D觸發(fā)器，CLR為清除端（低電平有效）由主持人控制按鍵

5、J5控制。選用該芯片的三個(gè)輸入與輸出（見圖2）開始時(shí)，輸入端1、2、4分別接低電平，J3通過兩個(gè)二極管D1、D2接到輸入1和2端，因此，當(dāng)J3按下時(shí)輸出1和2均為高電平，為十進(jìn)制的3，通過數(shù)碼管便可顯示搶答的組別。當(dāng)主持人按下J5時(shí)，74LS175的清零端為低電平，使其被強(qiáng)制清零，輸入的搶答信號(hào)無效。開始時(shí)74LS175的清零端接高電平，74LS175正常工作，四個(gè)Q非端與在一起為高電平，再和輸入的時(shí)鐘脈沖信號(hào)一起給74LS175脈沖端，當(dāng)有人搶答時(shí)，輸出有一個(gè)為高電平，74LS21輸出為低電平，沒有脈沖信號(hào)輸入，因此74LS175被鎖定，從而使得其他選手按鍵的輸入信號(hào)不會(huì)被接收。這就保證了搶

6、答者的優(yōu)先性及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)選手回答完畢或時(shí)間到后，主持人按下控制開關(guān)J5,搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 （2）計(jì)分電路 電路如圖3所示。當(dāng)有選手搶答后，計(jì)分部分對(duì)應(yīng)的優(yōu)先搶答的選手的發(fā)光二極管會(huì)發(fā)光，當(dāng)其在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)答對(duì)題的話，主持人按下計(jì)分按鍵J6,則該選手的分?jǐn)?shù)會(huì)加一，答錯(cuò)或沒答上來會(huì)不加分，同時(shí)主持人按下控制開關(guān)J5,搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。圖3 計(jì)分電路其工作原理為：開始有74LS138對(duì)輸出端1、2和4進(jìn)行譯碼，由138的輸出Y1、Y2、Y3和Y4輸出為低電平表示對(duì)應(yīng)于的搶答按鍵依次按下，取反后分別連在74LS160的ENP和ENT端從而對(duì)四片160進(jìn)行選擇

7、，同時(shí)連接的發(fā)光二極管用以顯示優(yōu)先搶答的組別。而160的脈沖輸入端由J6控制，由于160時(shí)鐘脈沖下降沿有效，因此先接入高電平，當(dāng)按下J6時(shí)，接入低電平，160對(duì)此開始計(jì)數(shù)。160的輸出端連接數(shù)碼管，用以顯示該選手的得分情況。（3）倒計(jì)時(shí)電路電路如圖4所示。由兩個(gè)74LS192構(gòu)成30秒倒計(jì)時(shí)。開始時(shí)為39秒，當(dāng)選手搶答后，倒計(jì)時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，30秒跑完后，蜂鳴器開始響至主持人按下復(fù)位控制按鍵J5時(shí)，蜂鳴器響停止，同時(shí)顯示為30秒，等待下一輪搶答。圖4 倒計(jì)時(shí)電路其工作原理為：與非門74LS05連接搶答電路74LS175輸出端1Q、2Q和4Q控制74LS192的置數(shù)端，同時(shí)將U4的輸入A端和B端

8、接高電平，同時(shí)將剩下的輸入端和U6的輸入端接地。而U6的BO端接U4的DOWN脈沖端，輸出端接連數(shù)碼管顯示時(shí)間，倒計(jì)時(shí)部分的的192的連接見圖4。由三個(gè)或非門分別對(duì)輸出端進(jìn)行選擇，再將其進(jìn)行相與，輸出連接蜂鳴器和非門，非門輸出再與時(shí)鐘脈沖相與接到U6的DOWN脈沖端。當(dāng)輸出不全為零時(shí)，非門的輸出為高電平，脈沖正常工作，當(dāng)輸出全為零時(shí)，非門輸出為低電平，U6的DOWN脈沖端一直為低電平，從而使192不能正常工作，從而實(shí)現(xiàn)30秒倒計(jì)時(shí)和到點(diǎn)蜂鳴器響的效果。（5）秒脈沖發(fā)生器秒脈沖發(fā)生器是有555構(gòu)成的多諧振蕩器。由于在電路中仿真時(shí)函數(shù)傳遞很緩慢，因此在電路用時(shí)鐘脈沖電源代替，不過在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)還是要

9、用555構(gòu)成的多諧振蕩器。圖5 555多諧振蕩器 下面是當(dāng)把C6改為10nF即輸出為1KHz脈沖信號(hào)時(shí)，仿真后示波器顯示的波形圖： 4、四路搶答器總電路圖 圖5 總電路圖 將積分電路部分的74LS138的三個(gè)輸入端接到搶答電路部分的74LS175的1Q、2Q和4Q輸出，將倒計(jì)時(shí)電路部分的與非門74LS05連接搶答電路74LS175輸出端1Q、2Q和4Q，變形成了總的搶答器電路圖，如上圖。四、測(cè)試結(jié)果打開仿真開關(guān)后，組別顯示數(shù)碼管和計(jì)分電路的數(shù)碼管均顯示零，而倒計(jì)時(shí)部分的數(shù)碼管顯示的為答題的時(shí)限30。如下圖： 圖6 初始電路顯示圖當(dāng)開始搶答后，組別顯示數(shù)碼管會(huì)顯示優(yōu)先搶答的選手組別，同時(shí)搶答電路

10、被鎖定，其他選手再按下?lián)尨鸢存I時(shí)也不會(huì)顯示，倒計(jì)時(shí)電路會(huì)開始倒計(jì)時(shí)，同時(shí)計(jì)分電路中對(duì)應(yīng)的選手組別的發(fā)光二極管會(huì)發(fā)光。若選手在規(guī)定的答題時(shí)間內(nèi)答對(duì)題時(shí)，主持人會(huì)按下加分按鍵J6，則該選手對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)會(huì)相應(yīng)的加一，同時(shí)主持人按下復(fù)位按鍵J5，電路回到初始狀態(tài)，等待下一輪的搶答；若選手在30秒內(nèi)答錯(cuò)或沒有答題時(shí)，時(shí)間一到蜂鳴器會(huì)報(bào)警，此時(shí)該選手不得分，主持人按下復(fù)位按鍵J5，電路回到初始狀態(tài)，等待下一輪的搶答。顯示結(jié)果圖見圖5，為第一組的選手搶答成功，組別顯示為一，同時(shí)對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管會(huì)發(fā)光，并且該選手在30秒內(nèi)答對(duì)了題目，因此他的分?jǐn)?shù)顯示為一，此時(shí)倒計(jì)時(shí)跑秒到21秒。當(dāng)主持人按下J5時(shí)，電路清零，答

11、題的顯示結(jié)果如圖6，只是第一組的分?jǐn)?shù)顯示為一。隨著搶答題目的增多，不同選手對(duì)應(yīng)的分?jǐn)?shù)也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化。（規(guī)定總分為九，先得到九分的選手為第一名，依次排列）五、設(shè)計(jì)過程中的問題和解決辦法（1）在開始設(shè)計(jì)搶答電路部分時(shí)，遇到不知如何讓組別輸出顯示為三的問題。經(jīng)過查找資料和分析后，逐步更改測(cè)試達(dá)到了上面搶答電路的電路圖。（2）設(shè)計(jì)倒計(jì)時(shí)電路的秒脈沖時(shí)，用555構(gòu)成多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖，但是仿真時(shí)在仿真時(shí)傳遞函數(shù)時(shí)間很緩慢，改變555擴(kuò)展的電阻和電容增加產(chǎn)生的信號(hào)的頻率。（3）對(duì)總電路仿真時(shí)，傳遞函數(shù)時(shí)間很緩慢，等上長時(shí)間倒計(jì)時(shí)部分不出結(jié)果，因此改變秒脈沖信號(hào)和搶答部分74LS175的時(shí)鐘脈沖的頻率。（4）用555多諧振蕩器做脈沖信號(hào)時(shí)，改變頻率進(jìn)行調(diào)試時(shí)，比較麻煩，因此在電路中用時(shí)鐘脈沖電源代替555多諧振蕩器。六、心得體會(huì) 這一課程設(shè)計(jì)使我將課堂上的理論知識(shí)有了進(jìn)一步的了解，并增強(qiáng)了對(duì)數(shù)字電子技術(shù)這門課程的興趣，同時(shí)對(duì)用Multisim軟件對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和仿真有了初步的了解。對(duì)平時(shí)數(shù)電課上所學(xué)的電子元件的工作原理有了更進(jìn)一步的了解，如：74LS175、74LS138、74LS160、74LS192等。這次的搶答器電路設(shè)計(jì)也讓我認(rèn)識(shí)到光靠