電子搶答器設計

1、精選優(yōu)質文檔-傾情為你奉上目錄第一章 搶答器設計目的及要求一、設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、設計要求1）搶答開始時，由主持人按下復位開關清除信號，用發(fā)光二極管作為輸出顯示信號標志。2）當主持人宣布“搶答開始”后，先按鍵者相應的發(fā)光二極管點亮；3）有人按鍵被響應的同時，應有信號發(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。當達到限定時間時，發(fā)出聲響以示警告。4）在電路中設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，當時間顯示一旦到達59秒，下一秒系統(tǒng)自動

2、取消搶答權，信號被自動清除，搶答重新開始。亦可倒計時顯示。5）至少4路信號搶答設計。第二章 搶答器設計原理一、總體設計原理分析搶答器系統(tǒng)的原理框圖如圖1-1所示，設計的數(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，使其他組再按開關時失去作用。設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，電路應有開關輸入電路，且開關應選用瞬態(tài)開關，以備下次繼續(xù)搶答。電路能顯示參賽選手的編號，因此電路應能區(qū)分每個選手的輸入開關信號，可選用小燈泡顯示。電路具有搶答功能，因此系統(tǒng)應設計封鎖電路，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)應設計清除電路，為下一次搶答

4、做準備。1、搶答電路設計工作原理是：當主持人控制開關處于“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。當主持人開關撥到“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，經過或門后，輸出為高電平，與信號源再次經過與門，此時輸出信號封鎖了其它按鍵的輸入，。當按鍵松開后，

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確,當優(yōu)先搶答者回答完問題后，由主持人操作控制開關，使搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。2、定時電路設計節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設定一次搶答時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，本文選用十進制可逆計數(shù)器74190進行設計，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒電路提供。在此電路中，當開關閉合時，由74190組成的減計數(shù)器對計數(shù)器置數(shù)，假設主持人設置59s，則十位計數(shù)器的預制端ABCD=0101，個位計數(shù)器的預制端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、時序控制電路的設計時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下3項功能： 1)主持人將控制開關撥到“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)當設定的搶答時間到，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。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，相應的小燈亮，四位反向輸出端經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，經過或非門的作用信號為高電平，再經過與非門，是信號變?yōu)榈碗娖阶饔迷?，使兩個觸發(fā)器重新置位，禁止選手搶答。將以上各單元電路的設計加以組合，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開關單刀單擲開關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=0時，與CP無關，與并行輸入數(shù)據(jù)AD被置入。=ABCD。計數(shù)功能取=0,=1時。當/D=0時，對應CP脈沖上升沿，十進制加法計數(shù)。當/D=0時，對應CP脈沖上升沿，十進制減法計數(shù)。保持功能當=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內部結構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××××保持數(shù)據(jù)保持10××××保持數(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)生器能產生快

10、讀、幅度和重復頻率可調的矩形脈沖的發(fā)生器，可用以測試線性系統(tǒng)的瞬態(tài)響應，或用作模擬信號來測試雷達、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構的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應用于計算蜂機、打印機、復印機、報警器、電子玩具、汽車電子設備、電話機、定時器等電子產品中做發(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。蜂鳴器的結構原理：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成。當接通電源后（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，再經過與非門連起來。工作開始時，LD為0，計數(shù)器預置數(shù)60，置完數(shù)后，LD變?yōu)?，計數(shù)器開始倒計時。當?shù)褂嫊r減到數(shù)00時，LD又變?yōu)?，計數(shù)器又預置數(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，演示結果如以下各圖所示：圖4.1.1 主持人按下復位開關清除信號圖4.1.2 主持人按下復位開關清除信號，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、問題解決在軟件調試過程中，我遇到以下幾個問題：在調試時蜂鳴器工

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整，檢測出原工作電壓大于高電平電壓導致蜂鳴器不能正常工作，另外頻率的設定也很重要，不同的頻率聲響不同；最終確定了1000HZ，2V工作電壓來驅動蜂鳴器。在調試時數(shù)碼管時，仿真不能正常顯示數(shù)字，經檢測把問題鎖定在上拉電阻的阻值上，經過幾次調試，把電阻設定為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合，經過與非門后，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)。經過檢測后，認為觸發(fā)脈沖的觸發(fā)頻率有問題。通過調試，確認為1MHZ，電路正常工作。第五章 設計心得體會在此次為期三周的課程設計中我遇到了很多的問題，（有自身基礎知識不扎實，原理掌握得不夠）主要由以下幾個方面：起初面對整個設計一點思路都沒有不知如何下手，總覺得整個設計很龐大。后來經過老師的指導和同學間相互交流，漸漸覺得這個設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計。首先是選題，選題是畢業(yè)設計的開端，選擇恰當?shù)摹⒏信d趣的題目，這對于整個畢業(yè)設計是否能夠順利進行關系極大。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)設計的前期準備工作，好的開端就相當于成功了一半，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上，綜合已有的資料來更透徹的分析題目。最后就應該動手實現(xiàn)了，其實以前的三步都是為這一步作的鋪墊。通過這次設計，使我感受最深的是數(shù)字電路設計需要的不

17、僅是扎實的知識功底和嚴謹?shù)目茖W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計電路。在此次設計過程中由于我們頻繁使用一電子設計軟件如：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計，我發(fā)現(xiàn)了以往學習中的許多不足，也讓我掌握了以往許多掌握的不太牢的知識，感覺學到了

18、很多東西。三周的課程設計，留給我印象最深的是要設計一個成功的電路，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，通過老師的指導和講解下我門有了更深刻的認識，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計過程中，需要反復實踐，其過程很可能相當?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果。雖然本次設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心幫助的老師