電子搶答器設(shè)計

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上目錄第一章 搶答器設(shè)計目的及要求一、設(shè)計目的多路搶答器在各種場合、電視臺的娛樂節(jié)目中得到廣泛應(yīng)用。它能根據(jù)參賽選手的請求，很好地區(qū)分先后順序并顯示選手的編號。二、設(shè)計要求1）搶答開始時，由主持人按下復(fù)位開關(guān)清除信號，用發(fā)光二極管作為輸出顯示信號標(biāo)志。2）當(dāng)主持人宣布“搶答開始”后，先按鍵者相應(yīng)的發(fā)光二極管點亮；3）有人按鍵被響應(yīng)的同時，應(yīng)有信號發(fā)出去鎖住其余幾個搶答者的電路，不再接收其它信號，直到主持人再次清除信號為止。當(dāng)達到限定時間時，發(fā)出聲響以示警告。4）在電路中設(shè)計一個計時功能電路，要求計時電路按秒顯示，最多時限為1分鐘，當(dāng)時間顯示一旦到達59秒，下一秒系統(tǒng)自動

2、取消搶答權(quán)，信號被自動清除，搶答重新開始。亦可倒計時顯示。5）至少4路信號搶答設(shè)計。第二章 搶答器設(shè)計原理一、總體設(shè)計原理分析搶答器系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示，設(shè)計的數(shù)顯搶答器通常用TTL集成電路制作，它主要由定時器、倒計時數(shù)字顯示、譯碼器、編碼器、報警電路、鎖存器、秒脈沖信號發(fā)生器等部分組成。秒脈沖產(chǎn)生電路控制定時電路；鎖存器用來鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；用二極管顯示搶答器組別號碼；選用集成可逆計數(shù)器74190N來完成上述功能使其他選手的按鍵操作無效，有人搶答后能自動閉鎖其他各路輸入，使其他組再按開關(guān)時失去作用。設(shè)計重點是考慮如何在第一人按下按鍵后封鎖其他人的信號傳送，本設(shè)計

3、中采用控制D觸發(fā)器時鐘信號的方法實現(xiàn)，只要有人按下按鍵就會觸發(fā)判斷電路輸出0封鎖時鐘信號到D觸發(fā)器的通道，導(dǎo)致其他信號無法傳送。搶答信號時鐘信號信號處理編碼優(yōu)先鎖存譯碼、驅(qū)動聲響信號顯示圖2.1.1 多路搶答器系統(tǒng)的原理框圖二、單元電路的工作原理多路搶答器需要實現(xiàn)選手的按鍵功能，電路應(yīng)有開關(guān)輸入電路，且開關(guān)應(yīng)選用瞬態(tài)開關(guān)，以備下次繼續(xù)搶答。電路能顯示參賽選手的編號，因此電路應(yīng)能區(qū)分每個選手的輸入開關(guān)信號，可選用小燈泡顯示。電路具有搶答功能，因此系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計封鎖電路，一旦檢測到有按鍵輸入，立即將其他各路輸入封鎖。電路的數(shù)碼顯示和語音提示可由主持人用清除按鈕解除，因此系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計清除電路，為下一次搶答

4、做準(zhǔn)備。1、搶答電路設(shè)計工作原理是：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清除”位置時，觸發(fā)器的控制端為低電平，輸出(4Q一1Q)全部為低電平，因此=0，為靜態(tài)滅燈輸入使能端，只要=O，觸發(fā)器各段輸出全為低點平，顯示器滅燈。當(dāng)主持人開關(guān)撥到“開始”位置時，觸發(fā)器處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端輸入信號，當(dāng)CLK端接收信號從低電平變?yōu)楦唠娖剑瓷仙貢r，觸發(fā)器工作。當(dāng)有選手將鍵按下時(如按下J3)，74LS175的3D=1，輸出3Q =1，此時第三個小燈亮。此外， 端為低電平，而、輸出均為高電平，經(jīng)過或門后，輸出為高電平，與信號源再次經(jīng)過與門，此時輸出信號封鎖了其它按鍵的輸入，。當(dāng)按鍵松開后，

5、脈沖信號為下降沿，觸發(fā)器出于保持狀態(tài)，所以小燈保持亮的狀態(tài)。即使有其他按鍵按下，信號也不會被接收，這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確,當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問題后，由主持人操作控制開關(guān)，使搶答電路復(fù)位，以便進行下一輪搶答。2、定時電路設(shè)計節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，本文選用十進制可逆計數(shù)器74190進行設(shè)計，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒電路提供。在此電路中，當(dāng)開關(guān)閉合時，由74190組成的減計數(shù)器對計數(shù)器置數(shù)，假設(shè)主持人設(shè)置59s，則十位計數(shù)器的預(yù)制端ABCD=0101，個位計數(shù)器的預(yù)制端ABCD=1001， 即74190的輸入端分別是ABC

6、D=0101，ABCD=1001,， 十位計數(shù)器輸出為, 個位計數(shù)器輸出為。顯示59。開始搶答時,，計數(shù)器開始減計數(shù)，秒信號由脈沖發(fā)生器提供。3、時序控制電路的設(shè)計時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下3項功能： 1)主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態(tài)。2)當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。3)當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，同時搶答電路和定時電路停止工作。工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清除” 位置撥到“開始” 位置時，有一低電平信號作用在端，同時，由于電路初始化，74190處于正常工作狀態(tài)，定時電路進行遞減。當(dāng)個位減

7、到九時，,十位觸發(fā)器時鐘信號端接受到高電平，在上升沿的作用下,十位的74190觸發(fā)器處于工作狀態(tài)，借位減一。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，相應(yīng)的小燈亮，四位反向輸出端經(jīng)過與非門和或門后輸出1，信號傳到端，在高電平信號作用下兩片觸發(fā)器均停止計時，保持狀態(tài)不變。當(dāng)定時時間到依然沒有人搶答，兩片觸發(fā)器的輸出端均為0，經(jīng)過或非門的作用信號為高電平，再經(jīng)過與非門，是信號變?yōu)榈碗娖阶饔迷冢箖蓚€觸發(fā)器重新置位，禁止選手搶答。將以上各單元電路的設(shè)計加以組合，可以得到定時搶答器的整體電路。第三章 器件選用及功能一、器件說明表1：應(yīng)用器件匯總器件類型名稱個數(shù)電源VCC2脈沖發(fā)生器2TTL74LS190N274

8、LS175N2數(shù)碼管DCD-HEX2燈泡4組合邏輯器件或非門2與非門4或門3與門4電阻15開關(guān)單刀單擲開關(guān)13蜂鳴器BUZZER1二、主要器件的引腳和功能表1、74190N功能為異步置數(shù)控制端為計數(shù)控制端AD為并行數(shù)據(jù)輸入端為輸出端/D為加/減計數(shù)方式控制端異步置數(shù)功能當(dāng)=0時，與CP無關(guān)，與并行輸入數(shù)據(jù)AD被置入。=ABCD。計數(shù)功能取=0,=1時。當(dāng)/D=0時，對應(yīng)CP脈沖上升沿，十進制加法計數(shù)。當(dāng)/D=0時，對應(yīng)CP脈沖上升沿，十進制減法計數(shù)。保持功能當(dāng)=1,=1時，計數(shù)器保持原來的狀態(tài)不變。圖3.2.1 74190引腳圖表2:74190真值表圖3.2.2 74190N內(nèi)部結(jié)構(gòu)2、觸發(fā)器

9、74LS175N圖3.2.3 74LS175N引腳圖表3:74LS175N真值表清零時鐘輸入輸出工作模式CP1D2D3D4D1Q2Q3Q4Q0×××××異步清零11D2D3D4DDDDD數(shù)碼寄存11××××保持?jǐn)?shù)據(jù)保持10××××保持?jǐn)?shù)據(jù)保持選用74LS175N是由于通過控制脈沖而實現(xiàn)優(yōu)先鎖存功能，D觸發(fā)器的特點：當(dāng)出現(xiàn)上升沿脈沖時，輸入和輸出同步。無上升沿脈沖，觸發(fā)器保持原來的狀態(tài)。3、秒脈沖發(fā)生器圖3.2.4 脈沖電路圖3.2.5 波形圖秒脈沖信號發(fā)生器能產(chǎn)生快

10、讀、幅度和重復(fù)頻率可調(diào)的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應(yīng)，或用作模擬信號來測試?yán)走_、多路通信和其他脈沖數(shù)字系統(tǒng)的性能。4、蜂鳴器蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計算蜂機、打印機、復(fù)印機、報警器、電子玩具、汽車電子設(shè)備、電話機、定時器等電子產(chǎn)品中做發(fā)生器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類型。蜂鳴器在電路中用字母“H”或“HA”表示。蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理：壓電式蜂鳴器主要由多謝振蕩器、壓電式蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上海裝有發(fā)光二級管。 多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電

11、壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號，阻抗匹配器推動壓電蜂鳴片發(fā)聲。三、倒計時及數(shù)字顯示模塊1、原理通過單時鐘同步十進制減數(shù)器74LS190(2片)來實現(xiàn)60s的。2、原器件的選擇及參數(shù)  計數(shù)器選用集成電路74LS190進行設(shè)計較簡便。74LS190是十進制同步可逆計數(shù)器，它具有異步并行置數(shù)功能、保持功能。74LS190沒有專用的清零輸入端，但可以借助QA、QB、QC、QD的輸出數(shù)據(jù)間接實現(xiàn)清零功能。譯碼器采用74LS48（2片）、倒計時顯示采用BCD譯碼器作為顯示，它由計數(shù)器驅(qū)動并顯示計數(shù)器的輸出值?，F(xiàn)選用兩個74LS190芯片級聯(lián)成一個從60倒計到0

12、0的計數(shù)器，即其中作為個位數(shù)的74LS190芯片的CLK接秒脈沖發(fā)生器，再把個位數(shù)74LS190芯片輸出端的QA、QD做與后與十位數(shù)的74LS190芯片的CLK連起來。當(dāng)個位數(shù)減到0時，再減1就會變成9， 0（0000）到9（1001）之間QA、QD與后的輸出由0變?yōu)?,十位數(shù)的74LS190芯片實現(xiàn)減一。引腳的輸入信號由個位數(shù)74190芯片的QA、QB、QC和QD引腳與十位數(shù)74190芯片的QA、QB、QC和QD用4輸入或非門，再經(jīng)過與非門連起來。工作開始時，LD為0，計數(shù)器預(yù)置數(shù)60，置完數(shù)后，LD變?yōu)?，計數(shù)器開始倒計時。當(dāng)?shù)褂嫊r減到數(shù)00時，LD又變?yōu)?，計數(shù)器又預(yù)置數(shù)60，之后又倒計

13、時，如此循環(huán)下去。具體接法如圖3.3.1：圖3.3.1 倒記時及數(shù)字顯示電路四、綜合邏輯電路圖圖3.4.1 綜合邏輯電路圖第四章 仿真調(diào)試過程一、仿真圖按照上述電路圖進行連接線路并在Multisim上進行仿真，演示結(jié)果如以下各圖所示：圖4.1.1 主持人按下復(fù)位開關(guān)清除信號圖4.1.2 主持人按下復(fù)位開關(guān)清除信號，無信號允許圖4.1.3 持人宣布“搶答開始”，倒記時開始圖4.1.4 持人宣布“搶答開始”，顯示信號標(biāo)志圖4.1.5 3號選手搶答成功，不再接收其它信號圖4.1.6 時間到，下一秒搶答重新開始圖4.1.7 總電路圖仿真二、問題解決在軟件調(diào)試過程中，我遇到以下幾個問題：在調(diào)試時蜂鳴器工

14、作異常，蜂鳴器時響時不響，通過對頻率，工作電壓和接地方式的調(diào)整，檢測出原工作電壓大于高電平電壓導(dǎo)致蜂鳴器不能正常工作，另外頻率的設(shè)定也很重要，不同的頻率聲響不同；最終確定了1000HZ，2V工作電壓來驅(qū)動蜂鳴器。在調(diào)試時數(shù)碼管時，仿真不能正常顯示數(shù)字，經(jīng)檢測把問題鎖定在上拉電阻的阻值上，經(jīng)過幾次調(diào)試，把電阻設(shè)定為240 。使數(shù)碼管能夠正常顯示數(shù)字。有人搶答，但是顯示器仍然循環(huán)走。利用74LS175的非門輸出信號，將四個輸出信號兩個兩個結(jié)合，經(jīng)過與非門后，再用或門引入端，如果有人搶答，就會將高電平信號輸入端，使74190處于保持的狀態(tài)，輸出信號不變，進而顯示器顯示計數(shù)保持不變，起到了控制作用。在

15、倒計時電路中，電路開始運行后，顯示器顯示的計數(shù)保持不變，即74190只置數(shù)，并不減計數(shù)。經(jīng)過檢測后，認(rèn)為觸發(fā)脈沖的觸發(fā)頻率有問題。通過調(diào)試，確認(rèn)為1MHZ，電路正常工作。第五章 設(shè)計心得體會在此次為期三周的課程設(shè)計中我遇到了很多的問題，（有自身基礎(chǔ)知識不扎實，原理掌握得不夠）主要由以下幾個方面：起初面對整個設(shè)計一點思路都沒有不知如何下手，總覺得整個設(shè)計很龐大。后來經(jīng)過老師的指導(dǎo)和同學(xué)間相互交流，漸漸覺得這個設(shè)計并不像想象的那么困難，于是有了一定信心的我開始琢磨如何進行設(shè)計。首先是選題，選題是畢業(yè)設(shè)計的開端，選擇恰當(dāng)?shù)?、感興趣的題目，這對于整個畢業(yè)設(shè)計是否能夠順利進行關(guān)系極大。好比走路，這開始的

16、第一步是具有決定意義的，第一步邁向何方，需要慎重考慮。否則，就可能走許多彎路、費許多周折，甚至南轅北轍，難以到達目的地。因此，選題時一定要考慮好了。然后是找資料了，查資料是做畢業(yè)設(shè)計的前期準(zhǔn)備工作，好的開端就相當(dāng)于成功了一半，到圖書館、書店、資料室去雖說是比較原始的方式，但也有可取之處的。總之，不管通過哪種方式查的資料都是有利用價值的，要一一記錄下來以備后用。通過上面的過程，已經(jīng)積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一些了解，這一步就是在這樣一個基礎(chǔ)上，綜合已有的資料來更透徹的分析題目。最后就應(yīng)該動手實現(xiàn)了，其實以前的三步都是為這一步作的鋪墊。通過這次設(shè)計，使我感受最深的是數(shù)字電路設(shè)計需要的不

17、僅是扎實的知識功底和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，更要有堅韌不拔的毅力和勇于探索的勇氣。只有對所有的器件（譬如芯片）有了深入的了解之后才能選擇正確的器件設(shè)計電路。在此次設(shè)計過程中由于我們頻繁使用一電子設(shè)計軟件如：Multisim等，因此使我熟悉了軟件的使用，同時在電腦的電子設(shè)計和繪圖方面有了進一步的提高。好的電路不僅要求正確，而且要是最簡單的，這里說的最簡單不是每個器件最簡單，如果那樣我們不必選擇器件了，只需使用門電路就可以了。我們要的是對整個電路來講是最簡單的，盡量在功能齊全的情況下減少元器件的數(shù)量。通過這次四路搶答器的設(shè)計，我發(fā)現(xiàn)了以往學(xué)習(xí)中的許多不足，也讓我掌握了以往許多掌握的不太牢的知識，感覺學(xué)到了

18、很多東西。三周的課程設(shè)計，留給我印象最深的是要設(shè)計一個成功的電路，必須要有耐性和堅持下去的毅力。在整個電路的安裝調(diào)試的過程中，花費時間最多的是各個元件電路的連接，電路的細節(jié)設(shè)計以及連完線路后的檢查工作上，其中在連接電路是出現(xiàn)問題比較多，例如在有人搶答問題是數(shù)字顯示板不停時，通過老師的指導(dǎo)和講解下我門有了更深刻的認(rèn)識，同時對元件的原理的功能了解的更多更深刻。在這次過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實踐，其過程很可能相當(dāng)?shù)臒┈?，有時花很長時間檢查電路故障，分析原因，那時心中就有點灰心，有時還特別想放棄，此時更需要靜下心來，仔細的查找原因，在對待問題上要做到態(tài)度端正，對像數(shù)電這樣邏輯性強的學(xué)科，每個環(huán)節(jié)都要弄得清清楚楚，有一點漏洞都不能出結(jié)果。雖然本次設(shè)計由于我沒有完整的操作和實踐過程，所以很難對自己的設(shè)計進行全面的評估，因此也就不能在發(fā)現(xiàn)問題時要根據(jù)現(xiàn)象判斷問題出在哪，然后去找原因，再去尋求解決的方法，但在同學(xué)的討論和老師的指正下找到了解決的線索，是我能更好的理解和使用，在此我要感謝所有給予我關(guān)心幫助的老師