搶-答-器-電-路-設(shè)-計(jì)

搶答器電路設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1．可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器；2．當(dāng)某臺(tái)參賽者按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)時(shí)，由數(shù)碼管顯示該臺(tái)編號(hào)并伴有聲響。此時(shí)，搶答器不再接收其他輸入信號(hào)；3．電路具有定時(shí)功能。要求答復(fù)下列問(wèn)題的時(shí)間≤60秒〔顯示為00~59〕，時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)方式。當(dāng)?shù)竭_(dá)限定時(shí)間時(shí)，發(fā)出聲響提示；4.具有計(jì)分功能。要求能設(shè)定初始分值，能進(jìn)行加減分；5.在復(fù)位狀態(tài)下臺(tái)號(hào)數(shù)碼管不作任何顯示〔滅燈〕二、方案設(shè)計(jì)與論證1．?dāng)?shù)字搶答器總體方框圖

如圖(1)所示為搶答器電路總體方框圖。其工作流程為：接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到“復(fù)位”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈；主持人將開(kāi)關(guān)置“開(kāi)始”狀態(tài)，搶答器開(kāi)始工作，等待選手搶答，采用優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示；當(dāng)某臺(tái)參賽者按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)時(shí)，由數(shù)碼管顯示該臺(tái)編號(hào)并伴有聲響。此時(shí)，搶答器不再接收其他輸入信號(hào)。那么主持人宣布該選手搶答成功，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，讓選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)作答，時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)方式。當(dāng)?shù)竭_(dá)限定時(shí)間時(shí)，發(fā)出聲響提示；如果再次搶答必須由主持人再次操作"復(fù)位"和"開(kāi)始"狀態(tài)開(kāi)關(guān)。圖〔1〕方案一、采用74LS175構(gòu)成四路搶答器，555定時(shí)器接成多諧振蕩電路，提供脈沖信號(hào)，74LS148與74LS48譯碼器接到七段顯示數(shù)碼管顯示出選手編號(hào)，74LS192設(shè)計(jì)成倒計(jì)時(shí)與計(jì)分局部電路。方案二、用組合邏輯器件CD4511構(gòu)成四路搶答器。CD4511實(shí)現(xiàn)優(yōu)先搶答的鎖存、編號(hào)進(jìn)直接把鎖存器的輸出轉(zhuǎn)化8421BCD碼，數(shù)碼管顯示先搶答者的編號(hào)，同時(shí)四路搶答器發(fā)出響聲；主持人通過(guò)“復(fù)位”按鈕去除數(shù)碼管的顯示和停止響聲。結(jié)論：通過(guò)比擬可以得，方案一更可行，相對(duì)來(lái)說(shuō)，74系列芯片在Protues仿真軟件中能夠找到，且現(xiàn)實(shí)中比擬容易購(gòu)置。芯片組上集成的功能高，用較少元器件的數(shù)目就能實(shí)現(xiàn)搶答器的各項(xiàng)功能。此外，74系列芯片用的比擬普及，數(shù)字電路課上詳細(xì)介紹74LS系列芯片，因此運(yùn)用起來(lái)比擬熟悉。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算1．振蕩電路 本系統(tǒng)電路需要產(chǎn)生脈沖信號(hào)，用于提供搶答器電路、倒計(jì)時(shí)電路及報(bào)警電路工作的控制脈沖。振蕩電路可用555定時(shí)器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過(guò)分頻得到。本次設(shè)計(jì)采用555定時(shí)器接成多諧振蕩電路，根據(jù)電路的振蕩周期公式：T=(R1+R2)CIn2，可計(jì)算出電路產(chǎn)生的頻率。電路如下列圖(2)所示：圖〔2〕2.搶答器及編號(hào)顯示電路

搶答品電路完成兩個(gè)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(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)并并伴有聲響；二是封鎖其他選手的輸入信號(hào)，使按鍵操作無(wú)效。搶答器工作過(guò)程：開(kāi)關(guān)RST置于"復(fù)位"端時(shí)，74LS175觸發(fā)器的輸入端均為０，４個(gè)觸發(fā)器輸出置０，使74LS148的＝０，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)RST置于"開(kāi)始"時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)。假設(shè)選手〔如S1〕首先按下開(kāi)關(guān)，使該端的信號(hào)輸入為高電平，觸發(fā)器的輸入端D1接受該信號(hào)使輸出Q1為高電平，相應(yīng)的為低電平，這個(gè)低電平信號(hào)同時(shí)送到四輸入與非門(mén)的輸入端，再通過(guò)非門(mén)取反，輸入到二輸入與非門(mén)，另一端為脈沖。此時(shí)74LS175的時(shí)鐘端CLK沒(méi)有電平變化，因此74LS175沒(méi)有CLK的的脈沖信號(hào)而不能接收開(kāi)關(guān)S2、S3、S4控制端送入的信號(hào)。因此，該電路只接收第一個(gè)輸入信號(hào)，即使其他選手也按下開(kāi)關(guān)，信號(hào)也是輸入不進(jìn)去的，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。編號(hào)顯示工作過(guò)程：當(dāng)有選手按下了開(kāi)關(guān)時(shí)，選手的編號(hào)可以被輸出并記憶起來(lái)送到74LS148，74LS148的輸出經(jīng)74LS48譯碼器接到七段顯示電路顯示出選手編號(hào)。由于74LS175是低電平有效，可以將從74LS175輸出端,分別接到其1，2，3，4端，其余的5，6，7端均接高電平，由于74LS148輸出低電平有效，故經(jīng)過(guò)74LS48取反后輸入74LS48，如當(dāng)ABC=“010”，那么七段顯示編號(hào)“2”。在復(fù)位狀態(tài)下臺(tái)號(hào)數(shù)碼管不作任何顯示〔滅燈〕。搶答器及編號(hào)顯示電路如下列圖〔3〕所示：圖〔3〕3.倒計(jì)時(shí)電路用兩塊74LS192芯片組成60進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，首先使個(gè)位數(shù)的端口MR=0,PL=1，DN=CP，那么Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計(jì)數(shù)，74LS192為十進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器，當(dāng)個(gè)位數(shù)計(jì)到“0”時(shí)，那么TCD端產(chǎn)生退位，通過(guò)TCD端的輸出作為十位數(shù)的脈沖。在十位數(shù)的74LS192芯片中，通過(guò)置數(shù)法使D0D1D2D3=“0110”，那么十位數(shù)的74LS192將進(jìn)行六進(jìn)制減法器。個(gè)位數(shù)的脈沖輸入端DN接入一個(gè)頻率為1HZ頻率，那么此電路將產(chǎn)生60秒倒計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)器。為了在倒計(jì)數(shù)為“00”時(shí)停止計(jì)數(shù)而不是繼續(xù)60秒倒計(jì)時(shí)的循環(huán)，特意參加了一個(gè)JK邊沿觸發(fā)器。將兩個(gè)74LS192的Q0Q1Q2Q3輸出端通過(guò)或門(mén)送到JK觸發(fā)器的時(shí)鐘信號(hào)端CLK，同時(shí)J、K輸入端連接高電平。，計(jì)時(shí)器一旦輸出“00”時(shí)，或門(mén)的輸出由低電變?yōu)楦唠娖?，使JK觸發(fā)器的CLK從0到1，接收到一次上升沿的時(shí)鐘信號(hào)，因而JK觸發(fā)器此時(shí)Q輸出為1，再把Q送到兩個(gè)芯片的MR端，此時(shí)芯片就不再處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，因而可以做出來(lái)到“00”停止計(jì)時(shí)的效果。倒計(jì)時(shí)電路如圖〔4〕所示：圖〔4〕4.報(bào)警電路當(dāng)?shù)竭_(dá)限定時(shí)間10秒時(shí)，發(fā)出聲響提示選手抓緊時(shí)間作答。通過(guò)或非門(mén)A2連接十位數(shù)74LS192的輸出端Q0Q1Q2Q3，通過(guò)或門(mén)A1連接個(gè)位數(shù)74LS192的輸出端Q0Q1Q2Q3，當(dāng)十位數(shù)顯示“0”時(shí)，個(gè)位數(shù)顯示“9”時(shí)，A2的一輸入端連接A1的輸出，另一端接入1HZ的脈沖信號(hào)。A3的輸出端與A2的輸出端通過(guò)A4輸出連接蜂鳴器，使之產(chǎn)生聲響。報(bào)警電路如下列圖〔5〕所示：圖〔5〕5.計(jì)分電路通過(guò)74LS192連接成計(jì)數(shù)器，可以進(jìn)行加、減，當(dāng)UP端為低電平時(shí)，可以進(jìn)行加法，當(dāng)DN端為低電平時(shí)，可以進(jìn)行減法。中選手作答后，根據(jù)選手答題的情況來(lái)進(jìn)行加分或減分。每答對(duì)一題得一分，答錯(cuò)一題扣一分，最高分為9分，最低分為0。計(jì)分電路如圖〔6〕所示：圖〔6〕四、總電路工作原理及元器件清單1．總原理圖2．電路完整工作過(guò)程描述當(dāng)主持人按下?lián)尨稹伴_(kāi)關(guān)”后，選手進(jìn)行搶答，搶答優(yōu)先者獲得答復(fù)的權(quán)力，某臺(tái)參賽者按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)時(shí)，由數(shù)碼管顯示該臺(tái)編號(hào)并伴有聲響。此時(shí)，搶答器不再接收其他輸入信號(hào)。那么主持人宣布該選手搶答成功，同時(shí)啟動(dòng)定時(shí)器，讓選手在60秒內(nèi)作答，時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)方式。當(dāng)作答時(shí)間僅剩10秒時(shí)，通過(guò)蜂鳴器發(fā)出聲響提示，如果到了顯示“00”時(shí)，計(jì)時(shí)器不再進(jìn)行倒數(shù)而停留在“00”狀態(tài)。根據(jù)選手作答的情況，那么主持人會(huì)對(duì)該選手進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)分，如果在規(guī)定的60秒內(nèi)答復(fù)正確，那么相應(yīng)加1分，否那么扣1分，選手的總分?jǐn)?shù)通過(guò)計(jì)分顯示出來(lái)。如果再次搶答必須由主持人再次操作"復(fù)位"和"開(kāi)始"狀態(tài)開(kāi)關(guān)，所有的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)以便進(jìn)行下一次答題。3．元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注174LS1926十進(jìn)制計(jì)數(shù)器274LS1751四個(gè)D觸發(fā)器374LS471七段數(shù)碼管譯碼器474LS14818線-3線優(yōu)先編碼器574LS045反相器67SEG-COM1數(shù)碼管77SEG-BCD6數(shù)碼管874LS002二輸入與非門(mén)974LS132四輸入與非門(mén)10JKFF1JK觸發(fā)器11BUZZER3V5蜂鳴器12RES5.1K2電阻13BUTTON13開(kāi)關(guān)按鍵14NE5551555定時(shí)器1574LS081二輸入與門(mén)16OR_41四輸入或門(mén)五、仿真調(diào)試與分析主持人將開(kāi)關(guān)撥到“復(fù)位”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈；主持人將開(kāi)關(guān)置“開(kāi)始”狀態(tài)，搶答器開(kāi)始工作，等待選手搶答，采用優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示；當(dāng)某臺(tái)參賽者按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)時(shí)，由數(shù)碼管顯示該臺(tái)編號(hào)并伴有聲響。此時(shí)，搶答器不再接收其他輸入信號(hào)。主持人宣布選手作答，啟動(dòng)60秒倒計(jì)時(shí)，當(dāng)作答時(shí)間僅剩10秒時(shí)，蜂鳴器發(fā)出聲響警告，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)為“00”時(shí)，倒計(jì)時(shí)停留在“00”狀態(tài)，不再繼續(xù)循環(huán)。主持人根據(jù)選手作答情況，進(jìn)行相應(yīng)的加分或扣分。六、結(jié)論與心得歷時(shí)一周的數(shù)字電子課程設(shè)計(jì)，按照設(shè)計(jì)任務(wù)順利完成了各項(xiàng)要求。課程設(shè)計(jì)選題之時(shí)，挑選了搶答器的設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@項(xiàng)任務(wù)有點(diǎn)熟悉，又有點(diǎn)難度，并且具有趣味性與實(shí)用性，一周的時(shí)間完成應(yīng)該不成問(wèn)題。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我感覺(jué)自己對(duì)于數(shù)電知識(shí)不夠扎實(shí)，深感“書(shū)到用時(shí)方恨少”，以前的學(xué)習(xí)過(guò)程過(guò)于浮淺，只是流于外表的理解，而現(xiàn)在要做課程設(shè)計(jì)，就不得不要求我們對(duì)所用到的知識(shí)有更深層次的理解。因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)的內(nèi)容比及書(shū)本中的理論知識(shí)而言，更接近于現(xiàn)實(shí)生活，而理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化往往是一個(gè)艱難的過(guò)程，因此重拾教材與實(shí)驗(yàn)手冊(cè)，對(duì)知識(shí)系統(tǒng)而全面進(jìn)行了梳理，掌握芯片的使用，從而了解了很多元件的功能，如何在實(shí)踐中運(yùn)用，如74LS148與74LS48的有機(jī)結(jié)合,領(lǐng)悟諸多在平時(shí)學(xué)習(xí)難以理解掌握的較難知識(shí)，特別對(duì)555定時(shí)器接成多諧振蕩電路局部。在這次課程設(shè)計(jì)中，用protues仿真軟件進(jìn)行調(diào)試與仿真，把整個(gè)搶答器電路劃分為幾個(gè)小模塊，自底向上的設(shè)計(jì)思路，再有機(jī)地把各個(gè)模塊結(jié)合起來(lái)，不斷的調(diào)試，改正其中的錯(cuò)誤，有時(shí)一個(gè)小小的錯(cuò)誤導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)電路不能正常的工作，因此必須注重其中的小細(xì)節(jié)。此外，我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起