聲光數(shù)字顯示競賽搶答器設計課程設計3

淮海工學院課程設計報告書課程名稱：電子技術課程設計題目：聲光數(shù)字顯示競賽搶答器設計系〔院〕：電子工程學院學期：2023-2023-1專業(yè)班級：自動化091 姓名：趙培培 學號：030913134評語：成績：簽名：日期：目錄1緒論..................................................32設計內容及要求........................................33電路設計..............................................44電路仿真.............................................125組裝調試..............................................146系統(tǒng)所需元器件........................................147心得體會..............................................158參考文獻..............................................151、緒論1.1設計背景在許多比賽活動中為了準確公正直觀地判斷出第一搶答者，通常設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置記分、犯規(guī)及獎勵記錄等多種功能設計就是針對上述各種要求設計出的供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展電路組成先編碼電路存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關啟動報警電路以兩局部組成主體電路通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能成擴展電路過布線接試等工作后，數(shù)字搶答器成形。1.2設計任務和要求1、用中小規(guī)模集成電路設計一個可容納六組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設置一個搶答按鈕供搶答者使用。所有調試和檢測內容均在電腦上仿真進行。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)復位并發(fā)出搶答指令后，假設參賽者按搶答開關，那么該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的組別，同時揚聲器發(fā)出“嘀……嘟……〞的雙音音響持續(xù)3s左右。3、設置計分電路。每組在開始時預置成100分，搶答后由主持人記分，答對一次加10分，否那么減10分。4、設置犯規(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。2、設計內容及要求2.1、設計思路⑴此題的根本任務是準確判斷出第一搶答者的信號并將其鎖存。實現(xiàn)這一功能可用觸發(fā)器或鎖存器等。在得到第一信號之后立即將電路的輸入封鎖，即使其他組的搶答信號無效。同時還必須注意，第一搶答信號應該在主持人發(fā)出搶答命令之后才有效，否那么應視為提前搶答而犯規(guī)。⑵當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)光二極管直接指示組別。還可用鑒別出的第一搶答信號控制一個具有兩種工作頻率交替變化的音頻振蕩器工作，使其推動揚聲器發(fā)出兩態(tài)笛音音響，表示該題搶答有效。⑶計分電路可采用2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0，只要10位和100位作加/減計數(shù)即可，可采用兩級十進制加/減計數(shù)器完成。2.2數(shù)字搶答器總體方框圖其工作工作過程為：接通電源后，主持人將開關撥到"去除"狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定的時間；主持人將開關置開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作，揚聲器給出聲響提示，定時器倒計時。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，輸入電路被封鎖，禁止選手超時后搶答。中選手在定時時間內搶答時，搶答器完成下面幾個工作：優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；控制電路對輸入編碼電路進行封鎖，防止其他選手進行搶答；控制電路要使定時器停止工作，時間器上顯示搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止，以便進行下一輪搶答。圖〔1〕總體方框圖3、電路設計3.1計分電路主持人控制臺電路需要包括所有參賽隊“初始置100分“按鈕J1，“準備搶答〞按鈕J4，“開始搶答〞按鈕J5，“加10分〞按鈕J2，“減10分按鈕〞J3。本例中的初始置100功能是利用計數(shù)器芯片74LS192的置數(shù)功能來實現(xiàn)的。74LS192置數(shù)端是低電平有效，所以信號形式為負脈沖。“準備搶答〞和“開始搶答〞為負脈沖，加10分和減10分為正脈沖。圖〔2〕主持人控制臺電路選手控制臺電路：每個參賽隊在主持人下達了“開始搶答命令〞后可以按下?lián)尨鹌靼粹o進行搶答。當取得搶答權的參賽隊答復完問題時，主持人根據(jù)其結果正確與否進行加減分。在該電路中主持人按下預置100分按鈕，即為所有參賽隊初始預置100分。具體電路圖見圖〔3〕?！睯5為預置100分按鈕，J6為加10分按鈕，J7為減10分按鈕，J8為開始搶答按鈕〕電路實現(xiàn)功能:能夠在主持人發(fā)出搶答命令后，對選手進行加分或者減分。圖〔3〕計分電路3.2控制電路圖〔4〕74LS148管腳74LS148功能表圖〔5〕控制電路參考電路如下圖。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編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關S置于"去除"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)。當開關S置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將鍵按下時〔如按下S5〕，74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，Q1=1,=1,74LS48處于工作狀態(tài)，Q４Q３Q２=101,經(jīng)譯碼顯示為"５"。此外，Ｑ1＝１，使74LS148＝１，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開即按下時，74LS148的此時由于仍為Ｑ１＝１，所以74LS148仍處于禁止狀態(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開關重新置，然后再進行下一輪搶答。74LS148為８－３線優(yōu)先編碼器。3.3計時電路圖〔6〕計時電路當主持人下達“開始搶答〞命令后開始計時，假設超過規(guī)定時間，那么搶答結束，重新進入下一輪搶答。電路功能：能在主持人宣布搶答開始后，立即開始計時，到規(guī)定時間指示燈亮。74LS160為十進制異步清零計數(shù)器，它是正沿出發(fā)的同步加法觸發(fā)器。CLR，清零輸入端。當CLR=0時，立即有QAQBQCQD=0000,而不管這時是否有正跳時鐘脈沖到來。LOAD送數(shù)端，當LOAD=0且時鐘脈沖上跳時，原先埋伏在輸入端的數(shù)據(jù)DCBA才能經(jīng)過計數(shù)器送到QDQCQBQA端輸出。CO為進位輸出端，僅當計數(shù)器的狀態(tài)QDQCQBQA=1001時，進位輸出端CO=1.3.4音響電路音響電路由555定時器跟三極管組成，中選手提前搶答或是超時搶答，音響電路會發(fā)出報警音響。這里，555定時器構成了多諧振蕩器，當它的輸出信號經(jīng)三極管后推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作；當PR為低電平時，多諧振蕩器停止工作。圖〔7〕音響電路3.5自鎖電路圖〔8〕74LS279引腳圖74LS279真值表74LS279就是4R-S觸發(fā)器，每片上有四路R-S觸發(fā)器。每路R-S觸發(fā)器有R和S兩個輸入和一個輸出端Q。當S輸入低電平〔0〕時，輸出Q為低電平〔0〕；當S輸入高電平〔1〕時，如果R輸入低電平〔0〕，那么Q為高電平〔1〕；當S輸入高電平〔1〕時，如果R輸入低電平〔1〕，那么Q保持不變3.6譯碼與顯示驅動設計圖〔9〕譯碼與顯示驅動電路74LS48，共陰極7段數(shù)碼管譯碼器，ABCD為輸入，D為高位，為二進制編碼；a~g為輸出，高電平有效，分別接共陰極數(shù)碼管的a~g引腳；7448允許輸入大于9；LT為燈測試輸入端，低電平有效。LT=0時，數(shù)碼管7段同時得到高電平，以檢查數(shù)碼管各段功能；RBI為滅零輸入端，低電平有效。BI/RBO為滅燈輸入/滅零輸入端，低電平有效。3．7整機電路圖〔圖10〕整機電路圖4、電路仿真4.1計分電路仿真〔圖11〕計分電路仿真4.2控制電路仿真〔圖12〕控制電路仿真4.3計時電路仿真〔圖13〕計時電路仿真4.4音響電路仿真〔圖14〕音響電路仿真4.5譯碼與顯示驅動電路仿真〔圖15〕譯碼與顯示驅動電路仿真4.6整機電路仿真〔圖16〕整機電路仿真5、組裝調試在組裝調試過程中，發(fā)現(xiàn)秒脈沖電路的電容正負極接反，沒有正確認識電容的正負性，將電容反過來接就正確了。首先設置定時電路的時間為30秒，然后按主持人控制開關，定時電路倒計時，參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)去除為止。如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。電路正常工作。6、系統(tǒng)所需元器件七段顯示器〔共陰極〕4片74LS48×474LS160×174LS192×25G555定時器1片門電路：74LS00×1、74LS04×1編碼器：74LS148×1四位D鎖存器：74LS279×2電阻、電容、三極管〔3DK2A×1〕、二極管〔2CK5×4)、音樂集成塊〔KD153×1〕、導線等7、收獲與體會這一次課程設計，它加深與穩(wěn)固了我們所學的專業(yè)根底課程，例如數(shù)電和模電，并將其綜合運用，提高了我們綜合運用知識的能力還有就是將理論運用于實踐，另一方面，培養(yǎng)了我們對專業(yè)知識學習的趣；同時也提高了我們分析問題的能力。這次課程設計的設計流程我采用分塊的設計順序，優(yōu)化了設計流程使之更符合邏輯性。但是需要注意的是，在其中每個環(huán)節(jié)必須認真進行，如果某模塊電路沒有設計好，或者存在錯誤，那么總的電路必然會受到影響，所以在設計時應該考慮到實際情況。有時候會因為一個極小的疏忽而導致整個電路無法運行，例如，在仿真過程中由于我忘記接地導致輸出老是不對。另外，該課程設計也要求我具備扎實的理論知識，剛開始由于理論知識掌握的不牢靠，在進行仿真設計時也一度使我碰壁，浪費了很多時間，最后不得不捧著書本，再把一些學的不牢固的知識好好的學了一遍。通過這次課程設計，我根本掌握了用Multisim軟件仿真電路圖并進行仿真分析，且初步掌握了電子電路的設計方法，在以后的學習中還需多加練習，熟練掌握，為以后的工作作準備?；貞涍@次課程設計，從選題到定稿，從理論到實踐，我懂得了理論與實踐相結合的重要性。在這次課程設計當中，我本來是搶答、定時、報警、時序控制電路都有設計，但仿真做出來的只有定時和搶答兩局部，而實物局部定時電路還無法正常工作，由此可見即使課本知識掌握的很好，如果不會綜合運用，也是一些支離破碎的無用的知識，只有能把它運用到實踐當中，才是真正屬于你自己的