多路智力競賽搶答器

湖南工學(xué)院多路智力競賽搶答器設(shè)計報告書課程名稱：多路智力競賽搶答器系部名稱：電氣與信息工程系專業(yè)名稱：電子信息工程技術(shù)班級名稱：電信0702設(shè)計人：裴書茂學(xué)號：402070220指導(dǎo)老師：設(shè)計時間：湖南工學(xué)院〔課程設(shè)計任務(wù)書目錄〕前言…………1設(shè)計功能要求……2搶答器框架設(shè)計…………………3電路設(shè)計………4搶答電路設(shè)計………………4定時電路設(shè)計………………5報警電路設(shè)計………………6時序控制電路設(shè)計…………7元器件介紹…………874LS148功能介紹……………874LS192功能介紹……………9仿真電路實驗…………10Proteus仿真電路圖…………10實物制作……………11原理圖………11PCB制圖………12焊接與調(diào)試……13心得體會……………15鳴謝…………………15參考資料……………15前言隨著電子技術(shù)的飛躍開展，社會開展步入了信息時代，隨著信息時代對人才高素質(zhì)和信息化的要求，隨著高等教育開展的趨勢，人們的生活水平提高，對精神文明生活的要求也跟著提高，這對電子領(lǐng)域提出了跟更高的要求。電子學(xué)是一門應(yīng)用很廣泛的科學(xué)技術(shù)，開展及其迅速。要想學(xué)好這門技術(shù)，首先是根底理論的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，然后要技術(shù)訓(xùn)練，進(jìn)而培養(yǎng)我們對理論聯(lián)系實際的能力，設(shè)計電路的能力，實際操作的能力，以及培養(yǎng)正確處理數(shù)據(jù)、分析和綜合實驗結(jié)果、檢查和排除故障的能力。同時也加深我們對電子產(chǎn)品的理解。智力搶答器的設(shè)計和測試作為此次課程設(shè)計的課題，我們采用一般意義上的設(shè)計方案，即采用集成芯片構(gòu)成電路。數(shù)字電路具有很多的有點：便于高度集成化。由于數(shù)字電路采用二進(jìn)制，因此單元電路的結(jié)構(gòu)簡單，允許電路參數(shù)有較大的離散性，便于集成。工作可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)字信號用二進(jìn)制表示，數(shù)字電路的識別能力強(qiáng)。數(shù)字信息便于長期存放。數(shù)字電路集成產(chǎn)品多，通用性強(qiáng)，本錢低。保密性好。數(shù)字信息容易進(jìn)行加密處理，不易被竊取。設(shè)計功能要求一、功能要求1、設(shè)計制作一個可容納5組參賽的數(shù)字式槍答器，每組設(shè)置一個搶答按鈕供搶答者使用。2、給主持人設(shè)置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零和搶答的開始。3、搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，假設(shè)有選手按搶答按鈕，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號〔1～5〕，同時揚聲器給出音響提示。同時禁止其他選手搶答。4、搶答器具有定時搶答的功能，搶答時間設(shè)定為30秒，當(dāng)主持人按下開始按鈕時，定時器立刻倒計時，并顯示。選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答有效。超過時間搶答無效，定時顯示器顯示00。二、設(shè)計步驟與要求1、擬定電路的組成框圖，要求能實現(xiàn)所有功能，使用的元器件少，本錢低。2、設(shè)計并安裝電路，要求布線整齊、美觀，便于級聯(lián)和調(diào)試。3、測試所設(shè)計搶答器的邏輯功能，滿足各項功能要求。4、畫出整機(jī)邏輯電路圖。5、寫出設(shè)計報告。搶答器框架設(shè)計定時搶答器的總體框圖〔如圖1.1〕所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩局部組成。主體電路完成根本的搶答功能，即開始搶答后，中選手按動搶答按鈕時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時搶答的功能。圖1如下圖為總體方框圖。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)顟B(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;開始"狀態(tài)，宣布“開始〞搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。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、揚聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作“去除〞和“開始〞狀態(tài)開關(guān)。電路設(shè)計搶答電路設(shè)計設(shè)計電路如圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器74LS148和鎖存器74LS297來完成。該電路主要完成兩個功能：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編號〔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，其按鍵操作無效。圖2工作過程：開關(guān)S置于"去除"端時，RS觸發(fā)器的R、S端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端〔圖中5號端〕＝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)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時〔如按下S5〕，74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端)=1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5〞。此外，CTR＝１，使74LS148優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端〔圖中5號端〕＝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的此時由于仍為CTR＝１，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端〔圖中5號端〕＝１，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不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“去除〞然后再進(jìn)行下一輪搶答。74LS148為8線－3線優(yōu)先編碼器，表1為其功能表。表1定時電路設(shè)計節(jié)目主持人根據(jù)搶答器的難易程度，設(shè)計一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，選用十進(jìn)制同步加減計數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖3。原理及設(shè)計：該局部主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。原理及設(shè)計：該局部主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號圖3由時鐘產(chǎn)生電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG上，當(dāng)有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時，輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。結(jié)合我們的實際經(jīng)驗及考慮到元器件的本錢，我們選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脈沖。報警電路設(shè)計由555芯片構(gòu)成多諧振蕩電路,555的輸出信號再經(jīng)三極管放大,從而推動揚聲器發(fā)聲?？刂齐娐钒〞r序和報警兩個電路,如圖4所示?？刂齐娐沸杈哂幸韵聨讉€功能。

主持人閉合開關(guān)揚聲器發(fā)聲,多路搶答器電路和計時電路進(jìn)入正常狀態(tài);參賽者按鍵時,揚聲器發(fā)聲,搶答電路和計時電路停止工作;搶答時間到,無人搶答,揚聲器發(fā)聲,搶答電路和計時電路停止工作圖4時序控制電路設(shè)計時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能。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(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。當(dāng)參賽選手按動搶答按鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。圖5當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，定時和定時電路停止工作。根據(jù)上面的功能要求，設(shè)計的時序控制電路如〔圖5〕所示。圖中，門G1的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端。圖11、4的工作原理是：主持人控制開關(guān)從"去除"位置撥到"開始"位置時，來自于〔圖2〕中的74LS279的輸出1Q=0，經(jīng)G3反相，A＝1，那么時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD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，那么“定時到信號〞為1，門G2的輸出=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能①的要求。中選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，1Q＝1，經(jīng)G3反相，A＝0，封鎖CP信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門G2的輸出=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能②的要求。當(dāng)定時時間到時，那么“定時到信號〞為0，=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時，門G1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，從而實現(xiàn)〔功能3〕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。元器件介紹74LS148功能介紹在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時輸入兩個以上編碼信號。不過在設(shè)計優(yōu)先編碼器時，已經(jīng)將所有的輸入信號按優(yōu)先順序排了隊。在同時存在兩個或兩個以上輸入信號時，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級高的輸入信號編碼，優(yōu)先級低的信號那么不起作用。74148是一個八線-三線優(yōu)先級編碼器。如圖6所示的是八線-三線編碼器74148的管腳圖引腳圖。圖674LS192功能介紹74LS192是雙時鐘方式的十進(jìn)制可逆計數(shù)器。CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步去除。CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。圖7圖8仿真電路實驗Proteus仿真電路圖仿真電路課實現(xiàn)搶答功能，由于軟件局限，報警電路沒有在仿真當(dāng)中。實物制作原理圖PCB制圖焊接與調(diào)試在制板中最重要的一個環(huán)節(jié)就是線路的印制。在這次的制作中，由于打印的客觀原因，使在轉(zhuǎn)印的效果不是很好。做出的實物沒有預(yù)期的好。這也是以后一定要注意的地方。焊接局部需要注意的是：嚴(yán)格按照線路的設(shè)計進(jìn)行焊接，首先焊接過孔，在對元器件進(jìn)行焊接。焊接時間不宜過久，但要完全熔著，以免造成冷焊。焊點的外表要平滑、有光澤。焊點完全冷卻前，不可移動。電烙鐵不用時要放置于電烙鐵架上，并隨時保持烙鐵頭的清潔。焊接完畢，要在烙鐵頭鍍上薄層焊錫，防止氧化，并等冷卻后再收存。調(diào)試局部需要注意的是：在通電之前必須對照原理圖對線路進(jìn)行詳細(xì)的檢查。檢查是否有虛焊或者為焊接的點。可用萬用表進(jìn)行線路檢查，看是否有線路在焊接的時候不慎連接在了一起，如有進(jìn)行修改。在檢查完畢之后才可以通電測試。如果在通電之后任然有問題，應(yīng)立即斷電，再仔細(xì)檢查。心得體會通過這次設(shè)計，我的理論知識掌握得更扎實，動手能力明顯提高。同時，通過網(wǎng)上搜索等多方面的查詢資料，我學(xué)到許多在書本上沒有的知識，也認(rèn)識到理論聯(lián)系實踐的重要。在制作當(dāng)中遇到了許多以前沒遇到的困難。我們利用許多的方法去解決所遇到的問題。制作好以后，雖然根本符合設(shè)計要求，但我們總覺得欠缺點什么。這次設(shè)計，讓我感受最深是。在仿真的階段遇到很多的問題，計時電路不能隨搶答而停止，還有就是由于軟件的局限在仿真時候沒有完成整體電路的調(diào)試，這也為最后的實物調(diào)試造成了困難。我們一定要具備一定的檢查、排除電路故障的能力。我深刻認(rèn)識到了“理論聯(lián)系實際〞的這句話的重要性與真實性。而且通過對此課程的設(shè)計，我不但知道了以前不知道的理論知識，而且也穩(wěn)固了以前知道的知識。最重要的是在實踐中理解了書本上的知識，明