數(shù)電課程設(shè)計--搶答器

1、數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 課 程 設(shè) 計姓 名:何陽光 學(xué) 號:班 級:指導(dǎo)教師:申利平重慶大學(xué)電氣工程學(xué)院 2009年 6月數(shù)字式競賽搶答器一、 【內(nèi)容提要】在許多比賽活動中,為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者,通常設(shè)置一臺搶 答器,通過數(shù)顯、燈光及音響等多種手段指示出第一搶答者。同時還可以設(shè)置記分、犯 規(guī)及獎勵記錄等多種功能。 該設(shè)計就是針對上述各種要求設(shè)計出的供 6名選手參賽使用 的數(shù)字式競賽搶答器。 數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。 優(yōu)先編碼電路、 鎖存器 、 譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號在顯示器上輸出;用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電 路,以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路

2、將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器 上輸出實(shí)現(xiàn)計時功能, 構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)過布線、 焊接、調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成形 。 二 、 【 設(shè)計內(nèi)容及要求 】1.設(shè)計制作一個可容納六組參賽的數(shù)字式搶答器,每組設(shè)計一個搶答按鈕供搶答 者使用。2.電路具有第一搶答信號的鑒別和鎖存功能。在主持人將系統(tǒng)復(fù)位并發(fā)出搶答指 令后,若參賽者按搶答開關(guān),則該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的組別, 同時揚(yáng)聲器發(fā)出“嘀-嘟”的雙音音響持續(xù) 23秒。此時,電路應(yīng)具備自鎖功能,使 別組的搶答開關(guān)不起作用。3.設(shè)置記分電路。每組在開始時預(yù)置成 100分,搶答后由主持人記分,答對一次 加 10分,否則減 10分。4.設(shè)置定時電

3、路。30秒時仍無人搶答,則報警電路工作表示搶答時間耗盡并禁止 搶答。5.設(shè)置犯規(guī)電路。對提前搶答和超時搶答的組別鳴喇叭示警,并由組別電路顯示 出犯規(guī)組別。三、 【設(shè)計及選定的方案】(一.設(shè)計思路(1本題的根本任務(wù)時準(zhǔn)確的判斷出第一搶答者的信號并將其鎖存。實(shí)現(xiàn)這一功 能可用觸發(fā)器和鎖存器等。在得到第一信號后應(yīng)立即將電路的輸入封鎖,即使其他組再 次發(fā)出搶答信號也無效。同時還必須注意,第一搶答信號應(yīng)該在主持人發(fā)出搶答命令之 后才有效,否則應(yīng)視為提前搶答而犯規(guī)。(2當(dāng)電路形成第一搶答信號之后,用編碼、譯碼及數(shù)碼顯示電路顯示出搶答者的組別,也可以用發(fā)光二級管直接指示出組別。還可以用鑒別出的第一搶答信號控

4、制一 個具有兩種工作頻率的交替變化的音頻振蕩器工作,使其推動揚(yáng)聲器發(fā)出兩個笛音音 響,表示該題搶答有效。(3記分電路可采用 3位七段數(shù)碼管顯示,由于每次都是加或減 10分,故個位總保持 為零,只要十位和百位做加/減計數(shù)即可,可采用兩級十進(jìn)制加/減計數(shù)器完成。(二.方案及相關(guān)原理1.總體方案原理框圖: 圖 1數(shù)字式智力競賽搶答器原理框圖其工作原理為:接通電源后,主持人將開關(guān)撥到 "清零"狀態(tài),搶答器處于禁止?fàn)?態(tài),編號顯示器滅燈,定時器顯示設(shè)定時間;主持人將開關(guān)置撥至開始"狀態(tài),宣布"開 始",搶答器工作。搶答定時器 30秒倒計時,揚(yáng)聲器給出聲響

5、提示。選手在定時時間內(nèi) 搶答時,搶答器完成:優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚(yáng)聲器提示等功能。如果再次 搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。2.單元電路設(shè)計 (1搶答開關(guān)電路搶答開關(guān)電路原理圖該電路完成兩個功能:一是分辨出選手按鍵的先后,并鎖存優(yōu)先搶答者的編號, 同時譯碼顯示電路顯示該編號;二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程:開關(guān) S 置 于"清零"端時,RS 觸發(fā)器的 端均為0,4個觸發(fā)器輸出置0,使 74LS148的 = 0,使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān) S 置于"開始"時,搶答器處于等待工作狀態(tài)

6、,當(dāng)有選手將鍵按下時 (如按下 S5,74LS148的輸出 經(jīng) RS 鎖存后, 1Q=1, 010012=Y Y Y , 0=EX =1,74LS48處于工作狀態(tài), 4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為"5"。 此 外 , 1Q=1, 使 74LS148的 =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,74LS148的 ST 此時由于仍為1Q=1,使 =1,所以 74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài),確保不 , 1=EX ST 會出二次按鍵時輸入信號,保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān) 重新置于“清除”端,然后再進(jìn)行下一輪搶答。74LS148為8線-3

7、線優(yōu)先編碼器,圖 3為其功能表。 圖 374LS148的功能真值表74LS48功能說明:動態(tài)滅零輸入端 :低電平有效。當(dāng) =1、 =0、且譯碼輸入全為 0時 , 該位輸出不顯示,即 0字被熄滅;當(dāng)譯碼輸入不全為 0時,該位正常顯示。本輸入端用 于消隱無效的 0。如數(shù)據(jù) 0736.40可顯示為 736.4。 74LS48外部接線圖(2定時電路由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度,設(shè)定一次搶答的時間,通過預(yù)置時間電路對計 數(shù)器進(jìn)行預(yù)置,計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供?？深A(yù)置時間的電路選用十進(jìn)制同 步加減計數(shù)器 74LS192進(jìn)行設(shè)計。a搶答定時電路可預(yù)置時間的定時電路b 答題定時電路(3報警電路由

8、555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖 11、4所示。其中 555構(gòu)成多諧振蕩器,振 蕩頻率 fo=1.43/(RI+2R2C,其輸出信號經(jīng)三極管推動揚(yáng)聲器。 PR 為 控制信號,當(dāng) PR 為高電平時,多諧振蕩器工作,反之,電路停振。報警電路(4時序控制電路時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵,它要完成以下三項(xiàng)功能:主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時,揚(yáng)聲器發(fā)聲,搶答電路和定時電路進(jìn)入 正常搶答工作狀態(tài)。當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時,揚(yáng)聲器發(fā)聲,搶答電路和定時電路停止工作。 當(dāng)設(shè)定的搶答時間到,無人搶答時,揚(yáng)聲器發(fā)聲,同時搶答電路和定時電路停 止工作。圖中,門 G 1的作用是控制時鐘信

9、號 CP 的放行與禁止,門 G 2的作用是控制 74LS148的輸人使能端 。 ST時序控制電路圖 6的工作原理是:主持人控制開關(guān)從 “清除”位置撥到“開始”位置時,來自 圖 2中的 74LS279的輸出 1Q=0,經(jīng) G3反相, A=1,則時鐘信號 CP 能夠加到 74LS192的 CP D 時鐘輸入端,定時電路進(jìn)行遞減計時。同時,在定時時間未到時,則“定時到信 號”為 1,門 G 2的輸出 =0,使 74LS148處于正常工作狀態(tài), 從而實(shí)現(xiàn)功能的要求 。 ST當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時,1Q=1,經(jīng) G 3反相, A=0,封鎖 CP 信號,定時器 處于保持工作狀態(tài);同時,門 G 2的

10、輸出 =1,74LS148處于禁止工作狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn) ST功能的要求。當(dāng)定時時間到時,則“定時到信號”為 0, =1,74LS148處于禁止工 ST作狀態(tài),禁止選手進(jìn)行搶答。同時,門 G 1處于關(guān)門狀態(tài),封鎖 CP 信號,使定時電路保 持 00狀態(tài)不變,從而實(shí)現(xiàn)功能 的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器 74LS121用于控制報警電路 及發(fā)聲的時間。3. 整體電路重慶大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計 四 、 調(diào)試的內(nèi)容】 【 我組只驗(yàn)證了搶答電路圖，其他電路沒有驗(yàn)證。 1.調(diào)試的方法： 不通電檢查 電路安裝完畢后，不要急于通電，應(yīng)首先認(rèn)真檢查接線是否正確， 包括多線、少線、錯線等，尤其是電源線不能接錯或接反，以免通

11、電后燒壞電路或元器 件。查線的方式有兩種：一種是按照設(shè)計電路接線圖檢查安裝電路，在安裝好的電路中 按電路圖一一對照檢查連線；另一種方法是按實(shí)際線路，對照電路原理圖按兩個元件接 線端之間的連線去向檢查。無論哪種方法，在檢查中都要對已經(jīng)檢查過的連線做標(biāo)記， 使用萬用表檢查連線很有幫助。 直觀檢查 連線檢查完畢后，直觀檢查電源，元器件接線端之間有無短路，連線 處有無接觸不良。 通電檢查 把經(jīng)過準(zhǔn)確測量的電源電壓加入電路，電源接通之后不要急于測量數(shù) 據(jù)和觀察結(jié)果，首先要觀察有無異?，F(xiàn)象，包括有無冒煙、有無異常氣味、觸摸元件是 否有發(fā)燙現(xiàn)象、電源是否短路等。如果出現(xiàn)異常，應(yīng)立即切斷電源，排除故障后可重新

12、 通電。 分塊調(diào)試包括測試和調(diào)整兩個方面。測試是在安裝后對電路的參數(shù)及工作狀態(tài)進(jìn) 行測量；調(diào)整則是在測試的基礎(chǔ)上對電路的結(jié)構(gòu)或參數(shù)進(jìn)行修正，使之滿足設(shè)計要求。 為了使測試能夠順利進(jìn)行，設(shè)計的電路圖上應(yīng)標(biāo)出各點(diǎn)的電位值，以及其他參考數(shù) 值。 調(diào)試過程中我們不能單憑感覺和印象，要始終借助儀器觀察， 2、調(diào)試注意事項(xiàng) 測試之前要熟悉各種儀器的使用方法，并仔細(xì)加以檢查，避免由于儀器使用不當(dāng) 或出現(xiàn)故障而作出錯誤判斷。 測試儀器和被測電路應(yīng)具有良好的共地，只有使儀器和電路之間建立一個公共地 參考點(diǎn)，測試的結(jié)果才是準(zhǔn)確的。 調(diào)試過程中，發(fā)現(xiàn)器件或接線有問題需要更換或修改時，應(yīng)關(guān)斷電源，待更換完 畢認(rèn)真檢查

13、后方可重新通電。 調(diào)試過程中，不但要認(rèn)真觀察和檢測，還要認(rèn)真記錄。包括記錄觀察的現(xiàn)象、測 量的數(shù)據(jù)間關(guān)系，必要時在記錄中應(yīng)附加說明，尤其是那些和設(shè)計不符合的現(xiàn)象更是記 11 重慶大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計 錄的重點(diǎn)。依據(jù)記錄的數(shù)據(jù)才能把實(shí)際觀察的現(xiàn)象和理論預(yù)計的結(jié)果加以定量比較，從 中發(fā)現(xiàn)問題，加以改進(jìn)，最終完善設(shè)計方案。通過收集第一手資料可以幫助自己積累實(shí) 際經(jīng)驗(yàn)，切不可低估記錄的重要作用。 安裝和調(diào)試自始至終要有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，不能抱有僥幸心理。出現(xiàn)故障時，不要手 忙腳亂，馬虎從事，要認(rèn)真查找故障原因，仔細(xì)作出判斷，切不可一遇到故障解決不了 時就拆線重新安裝。因?yàn)橹匦掳惭b的線路仍然存在各種問

14、題，況且原理上的問題也不是 重新安裝電路就能解決的。 3遇到問題及解決措施 故障原因 實(shí)際電路與設(shè)計的原理圖不符。 元器件使用不當(dāng)。 設(shè)計的原理本身不滿足要求。 誤操作等。 我們作了仔細(xì)的檢測，還是沒有達(dá)到目的，鎖存器沒有對數(shù)進(jìn)行鎖存，主持人清零后只 有記數(shù)。由于諸多因素的影響，我們原來的理論設(shè)計可能要作修改，選擇的元器件需要 調(diào)整或改變參數(shù)，可能還要增加一些電路或元器件，以保證電路能穩(wěn)定地工作。所以， 調(diào)試之后很我們可能要對前面的“選擇元器件和參數(shù)計算”一步中所確定的方案再作修 改，最后才能完成實(shí)際的總體電路，制作出符合設(shè)計要求的電子設(shè)備。 五、 實(shí)驗(yàn)總 結(jié)】 【 ： 1、可以設(shè)計聲控裝置，

15、在主持人說開始時，系統(tǒng)自動完成清零并開始計時的功能。 2、在主持人讀題的過程中，禁止搶答，可以在主持人控制的開關(guān)上另接一個顯示電路， 即可實(shí)現(xiàn)“違規(guī)者可見”的功能，即在主持人讀題時如果有人違反比賽規(guī)定搶先按動按 鈕，顯示器可以顯示是哪個參賽隊(duì)搶先，便于作出相應(yīng)的處理。 如果提供相應(yīng)的器材及時間上的寬限，我想我們已定可以完成上述擴(kuò)展功能，進(jìn)一步完 善我們的作品。 六、 【所需元件】 12 重慶大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計 1. 數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱。 2. 集成電路 74LS148 1 片 ， 74LS279 1 片 ， 74LS48 3 片 ， 74LS192 2 片 ， NE555 2 片 ， 74LS0

16、0 1 片，74LS121 1 片。 3. 電阻 510 2 只，1K 9 只，4.7k l 只，5.1k l 只，100k l 只，10k 1 只， 15k 1 只， 68k l 只。 4. 電容 0.1uF 1 只，10uf 2 只，100uf 1 只。 5. 三極管 3DG12 1 只。 6. 其它：發(fā)光二極管 2 只，共陰極顯示器 3 只。 七、 【參考文獻(xiàn)】 1.唐治德主編 數(shù)字電子技術(shù) 科學(xué)出版社 2.李海主編 2009 年 74 系列芯片手冊重慶大學(xué)出版社 1999 年 9 月 八、 【心得、體會】 剛剛經(jīng)歷了模電課程設(shè)計，而現(xiàn)在數(shù)電課程設(shè)計也初步落下了帷幕，就想在模電 課程設(shè)計中有諸多的收獲和感慨一樣，這次的數(shù)電課程設(shè)計也是讓我們絞盡腦汁，經(jīng)歷 了無數(shù)次的仿真失敗，最終才得到了今天這來之不易的報告。經(jīng)歷多日的電子競賽總算 塵埃落定，感覺忍不住要長出一口氣。我們組的 3 位成員除日常的學(xué)習(xí)備考外，數(shù)日來 ， 為了這個課程設(shè)計可謂廢寢忘食，將所有的課余時間均奉獻(xiàn)給了這個課程設(shè)計。 結(jié)果怎樣已然不再重要，在這幾日里，我們經(jīng)歷了階段性成功的狂喜、測試失敗 后的絕望、陷入困境時的不知所措，重新投入的振作。這樣的課題是無法孤軍作戰(zhàn)的， 只有通力合作才有可能