數(shù)電課設(shè)四路搶答器的設(shè)計(jì)

1、4路搶答器的設(shè)計(jì)緒論：隨著經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，當(dāng)今的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，選拔人才，評(píng)選優(yōu)勝，知識(shí)競(jìng)賽之類(lèi)的活動(dòng)愈加頻繁，智力競(jìng)賽是一種生動(dòng)活潑的教育方式，人們?cè)谖镔|(zhì)文明得到滿足的同時(shí)更注重精神文明的追求，各種節(jié)目不斷涌現(xiàn)，提高節(jié)目的質(zhì)量尤為重要。本次設(shè)計(jì)是針對(duì)活動(dòng)中用到的搶答器而設(shè)計(jì)的。搶答器是為競(jìng)賽參賽者答題時(shí)進(jìn)行搶答而設(shè)計(jì)的一種優(yōu)先判決器電路，廣泛應(yīng)用于各種知識(shí)競(jìng)賽、文娛活動(dòng)等場(chǎng)合。通過(guò)搶答和必答兩種答題方式能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時(shí)間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學(xué)知識(shí)和生活常識(shí)?，F(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向發(fā)展，這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識(shí)競(jìng)賽越

2、來(lái)越多，操作簡(jiǎn)單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型搶答器必將大有市場(chǎng)本文設(shè)計(jì)的搶答器，電路簡(jiǎn)單，成本較低，操作方便，靈敏可靠，具有較高的推廣價(jià)值。搶答器在競(jìng)賽中有很大用處,它能準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第1搶答者。通過(guò)搶答器的指示燈顯示手段指示出第1搶答者1。本論文設(shè)計(jì)宗旨在培養(yǎng)學(xué)生綜合模擬、數(shù)字電路知識(shí)，解決電子信息方面常見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題的能力，掌握一般電子電路設(shè)計(jì)方法與設(shè)計(jì)步驟。促使學(xué)生積累實(shí)際電子制作經(jīng)驗(yàn)，準(zhǔn)備走向更復(fù)雜更實(shí)用的應(yīng)用領(lǐng)域。目的在于鞏固基礎(chǔ)、注重設(shè)計(jì)、培養(yǎng)技能、追求創(chuàng)新、走向?qū)嵱?。功能?jiǎn)介：參加競(jìng)賽者對(duì)主持人提出的問(wèn)題要在短時(shí)間內(nèi)作出判斷，并按下?lián)尨鸢存I回答問(wèn)題。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)人按下按鍵后，同時(shí)電路將其他

3、搶答按鍵封鎖，使其不起作用。主持人有開(kāi)時(shí)間和復(fù)位鍵，按下開(kāi)時(shí)間后才能開(kāi)始搶答，否者犯規(guī)。搶答前主持人操作開(kāi)關(guān)使搶答有效，顯示燈全熄滅。當(dāng)四人中有人搶答有效時(shí)，其對(duì)應(yīng)的顯示燈亮，此時(shí)其余的開(kāi)關(guān)不起作用，即其對(duì)應(yīng)的顯示燈滅。連接電路并進(jìn)行操作，觀測(cè)搶答器的工作情況。數(shù)字電路產(chǎn)品在生活中有著極其廣泛的應(yīng)用，包括計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、智能儀器儀表、自動(dòng)控制及航天等領(lǐng)域中。這些給人們帶來(lái)了生活，工作等方面帶來(lái)了極大的方便。數(shù)字電路的發(fā)展，使得這門(mén)課程對(duì)于我們來(lái)說(shuō)是很有必要學(xué)好。數(shù)字電路設(shè)備實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，速度和可靠性好。在這次的數(shù)字電路制作中，本人制作四路競(jìng)賽搶答器。搶答器在比賽等場(chǎng)合中不可缺少的設(shè)備。一、設(shè)計(jì)目

4、的 1.1 學(xué)習(xí)數(shù)字電路的優(yōu)先編碼器、鎖存器、多諧振蕩器、譯碼器、數(shù)據(jù)顯示 管的綜合應(yīng)用 1.2 熟悉搶答器的工作原理 1.3 了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)，調(diào)試及故障排除方法。二、設(shè)計(jì)要求 2.1 該搶答器同時(shí)供4名選手比賽； 2.2 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清零和搶答器控制開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)由主持人控制； 2.3 搶答器具有鎖存和顯示功能，即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示。三、電路的總體結(jié)構(gòu) 3.1 電路的總體原理框圖 主持人搶 答按 鈕控 制電 路（D觸發(fā)器）顯 示電 路反 饋 電 路 圖1、設(shè)計(jì)原理框圖 搶答電路選用觸發(fā)器 74LS175 來(lái)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

5、后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(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(wú)效。3.2 Multisim軟件的簡(jiǎn)單介紹Multisim軟件是一個(gè)專(zhuān)門(mén)用于電子線路仿真與設(shè)計(jì)的 EDA 工具軟件。作為 Windows 下運(yùn)行的個(gè)人桌面電子設(shè)計(jì)工具， Multisim 是一個(gè)完整的集成化設(shè)計(jì)環(huán)境。Multisim計(jì)算機(jī)仿真與虛擬儀器技術(shù)可以很好地解決理論教學(xué)與實(shí)際動(dòng)手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一問(wèn)題?？梢院芊奖愕匕褎倓倢W(xué)到的理論知識(shí)用計(jì)算機(jī)仿真真實(shí)的再現(xiàn)出來(lái)，并且可以用虛擬儀器技術(shù)創(chuàng)造出真正屬于自己的儀表。它具有直觀的圖形界面, 豐富的元器件，強(qiáng)大的仿真能力，豐富的

6、測(cè)試儀器，完備的分析手段，獨(dú)特的射頻模塊，強(qiáng)大的MCU模塊，完善的后處理，詳細(xì)的報(bào)告，兼容性好的信息轉(zhuǎn)換特點(diǎn)。所以NI Multisim軟件電子學(xué)教學(xué)的首選軟件工具。四、電路的設(shè)計(jì)與元器件的原理 4.1 搶答電路的設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)電路如圖所示。電路選用觸發(fā)器 74LS175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(wú)效。 圖3、搶答器的設(shè)計(jì) 工作過(guò)程：開(kāi)關(guān)打開(kāi)時(shí)，74LS175輸出置0，使7觸發(fā)器工作標(biāo)志端0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)置于key=A時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)

7、，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（如按下J4開(kāi)關(guān)時(shí)），74LS175的輸出經(jīng)74ALS133M鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端) =1,七段顯示電路74LS175處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=100,經(jīng)譯碼顯示為“4”。此外，CTR，使74LS175觸發(fā)器工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端），處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74LS175的此時(shí)由于仍為CTR，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端），所以74LS175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。如有再次搶答需由主持人將開(kāi)關(guān)重新置地端然后再進(jìn)行下一輪搶答。4.2 74LS175芯片74LS175是四D觸發(fā)

8、器，是上升沿觸發(fā)的邊沿觸發(fā)器。D觸發(fā)器的狀態(tài)方程為： D，引腳功能及邏輯符號(hào)如圖3所示，上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器的功能如表1所示。是數(shù)據(jù)輸入端，是觸發(fā)器狀態(tài)更新的依據(jù)，與為兩個(gè)互補(bǔ)輸出端。通常把 ,的狀態(tài)定為觸發(fā)器“0”狀態(tài)；而把，定為“1”狀態(tài)。 圖3 74LS175四D觸發(fā)器引腳排列及邏輯符號(hào)表1 上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器的功能輸入輸出DQQLLHHHL 4.3 74LS175工作原理 圖4 74LS175工作原理圖表2 74LS175 的真值表輸入輸出01××1010××0100×× 111101100111×4.4 與門(mén)“與”運(yùn)

9、算是邏輯運(yùn)算中的一種基本邏輯關(guān)系，它的邏輯描述是:當(dāng)完成某一個(gè)事件的所有的條件都滿足時(shí)，結(jié)果才會(huì)發(fā)生。換句話說(shuō)，只要所有的條件中有一個(gè)不滿足，結(jié)果就不會(huì)發(fā)生。下面通過(guò)邏輯函數(shù)的方法對(duì)“與”關(guān)系進(jìn)行分析。當(dāng)有兩個(gè)條件時(shí)，設(shè)兩個(gè)條件為變量A、B，結(jié)果為變量Y則“與”關(guān)系可以表示為Y=AB用1來(lái)表示“滿足”，用0來(lái)表示“不滿足”、結(jié)果的“發(fā)生”用1來(lái)表示，結(jié)果的“不發(fā)生”用0來(lái)表示：當(dāng)A=1時(shí)，根據(jù)“與”關(guān)系的描述，若B=0則Y=0;若B=1，則Y=1，說(shuō)明當(dāng)A=1時(shí)Y的邏輯值與B的邏輯值是相同的21。當(dāng)A=0時(shí)，無(wú)論B=0或B=1，根據(jù)“與”關(guān)系的描述，Y的邏輯值都是0，說(shuō)明當(dāng)A=0時(shí)Y的邏輯值與

10、B的邏輯值無(wú)關(guān)，恒等于022。將兩個(gè)條件的“與”關(guān)系進(jìn)行放大，當(dāng)有多個(gè)條件變量時(shí)，只要其中有一個(gè)條件變量的值等于0，無(wú)論其它條件變量的邏輯取值是多少，結(jié)果變量恒等于07。在數(shù)字電路中，表示“與”關(guān)系的邏輯電路稱為與門(mén)，其中條件變量對(duì)應(yīng)與門(mén)的輸入端，結(jié)果變量對(duì)應(yīng)與門(mén)的輸出端.根據(jù)上面的函數(shù)分析可以看出，在與門(mén)中只要有一個(gè)輸入端的輸入信號(hào)為0(低電壓)，該0信號(hào)就可以屏蔽掉其它輸入端的輸入信號(hào)，使得輸出恒等于0(低電壓)17。利用與門(mén)的這種功能就可以實(shí)現(xiàn)智力競(jìng)賽搶答電路的屏蔽要求。五、實(shí)驗(yàn)步驟 5.1 檢測(cè)與查閱器件用數(shù)字集成電路測(cè)試儀檢測(cè)所用的集成電路。通過(guò)查閱集成電路手冊(cè)，標(biāo)出圖中各集成電路輸

11、入、輸出端的引腳編號(hào)。 5.2 連接電路運(yùn)用Multisim按圖 2連接電路。 5.3實(shí)驗(yàn)過(guò)程 <圖5.1>、運(yùn)行電路圖5.1 <圖5.2>、手持人打開(kāi)開(kāi)關(guān)，然后在打開(kāi)，萬(wàn)用表顯示2.5V，此時(shí)搶答器處于待命狀態(tài)，選手可以進(jìn)行搶答；圖5.2<圖5.3>、開(kāi)關(guān)打開(kāi)，LED顯示為1，說(shuō)明選手1首先搶答，電壓變?yōu)?V； 圖5.3<圖5.4>、開(kāi)關(guān)隨后打開(kāi)，選手2在第二時(shí)間搶答，然后引文75ALS133鎖存使其他開(kāi)關(guān)無(wú)效；圖5.4 <圖5.5>、主持人控制的斷開(kāi)，LED自動(dòng)清零，電壓返回2.5V；圖5.5<圖5.6>、主持人閉合開(kāi)

12、關(guān)，選手?jǐn)嚅_(kāi)進(jìn)行下一輪的搶答；圖5.6<圖5.7>、搶答完畢，主持人斷開(kāi),實(shí)驗(yàn)結(jié)束。圖5.7六 結(jié)論總結(jié)從該電路設(shè)計(jì)本身來(lái)說(shuō)，由集成D觸發(fā)器74LS175組成的搶答電路，電路設(shè)計(jì)較簡(jiǎn)單，器件易采購(gòu)。但需要外加CP工作脈沖(由于本文的重點(diǎn)是搶答，電路的設(shè)計(jì)，因此沒(méi)有給出脈沖發(fā)生電路)。相比而言，其他類(lèi)型的觸發(fā)器，比如基本RS觸發(fā)器和JK觸發(fā)器，同樣可以用于搶答器電路的設(shè)計(jì)并且不需要外加CP工作脈沖，但電路中使用的門(mén)器件較多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。其次，從觸發(fā)器的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，只要電路設(shè)計(jì)中需要記憶單元，都可以用不同類(lèi)型的觸發(fā)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如寄存器的設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)等等都需要觸發(fā)器的參與。觸發(fā)器應(yīng)用的

13、資料有很多，讀者如有興趣可自行設(shè)計(jì)以加深對(duì)觸發(fā)器功能以及其應(yīng)用的理解。七、收獲心得 本次數(shù)字電子線路課程設(shè)計(jì)過(guò)程，我學(xué)到了很多東西，通過(guò)四路搶答器的設(shè)計(jì)，不僅掌握了74LS175的工作原理，全面了解到搶答器的特點(diǎn)。更是對(duì)一學(xué)期以來(lái)所學(xué)的電子方面的知識(shí)也重新學(xué)習(xí)和復(fù)習(xí)了一遍，也對(duì)自己在模擬電子方面的能力有了更客觀的認(rèn)識(shí)和評(píng)價(jià)。在這次設(shè)計(jì)過(guò)程中，從最基本的查原件，找資料做起，了解了完整的電子設(shè)計(jì)的一般步驟，也和同學(xué)們共同探討，學(xué)到了很多課堂上學(xué)不到的東西，也遇到了各種各樣從沒(méi)有想到的問(wèn)題，通過(guò)請(qǐng)教老師，和同學(xué)交流，搜索資料等各種方面解決它們，可以說(shuō)是為我們以后再電子領(lǐng)域的發(fā)展做了一些有意的嘗試，同

14、時(shí)也使我增加了對(duì)電子方面知識(shí)的興趣，也從中發(fā)現(xiàn)了自己的一些不足的地方，以后會(huì)多多改進(jìn)。最后，在這里也非常感謝指導(dǎo)老師，感謝你們的耐心指導(dǎo)，謝謝! 八、參考文獻(xiàn) 1 周良權(quán),方小喬編.數(shù)字電子技術(shù).北京:高等教育出版社,19942 康華光. 電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）. 北京：高等教育出版社. 20003 任為民. 數(shù)字電子電路學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo). 北京：廣播電視大學(xué)出版社. 19924 謝自美. 電子線路設(shè)計(jì)·實(shí)驗(yàn)·測(cè)試（第二版）. 華中科技大學(xué)出版社，20005 侯大年.數(shù)字電子技術(shù).北京:電子工業(yè)出版社,19996 歐陽(yáng)星明.數(shù)字邏輯.武漢:華中科技大學(xué)出版社，20007 楊曉輝,張彤,姜俊海.智能搶答器的設(shè)計(jì)與制作. 長(zhǎng)春大學(xué)學(xué)報(bào) , 2000,06(24-25)8 周南良.數(shù)字邏輯.長(zhǎng)沙:國(guó)防科技大學(xué)出版社,19929 閻 石. 數(shù)字電子電路. 北京：高等教育出版社. 200710 解月珍.電子電路計(jì)算機(jī)輔助