四路智能搶答器設計課程設計

1、電子科學系電子信息科學與技術(shù)課程設計報告課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 課題題目： 四路智能搶答器專 業(yè)： 電子信息科學與技術(shù)姓 名： 學 號： 指導教師： 課題題目：四路智能搶答器一、課程設計目的本次課程設計主要是配合模擬電子技術(shù)和數(shù)字電子技術(shù)理論課程而設置的一門實踐性課程，起到鞏固所學知識，加強綜合能力，培養(yǎng)電路設計能力，提高實驗技術(shù)，啟發(fā)創(chuàng)新思想的效果。二、初始條件：本課程設計，要求用集成電路：74lsl48，74ls192,74ls175，74ls160,74ls00，74ls04，74ls20,74ls48,74ls32,555定時器和其它器件等，實現(xiàn)四路定時搶答功能。 三、要求完成的

2、主要任務: 1、 可同時供4名選手（或代表隊）參賽，其編號分別是1到4，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應。給節(jié)目主持人設置一個控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零(編號顯示數(shù)碼管滅燈)和搶答的開始。2、搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并數(shù)碼管上顯示選手的編號，同時揚聲器給出聲音提示；同時封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。3、搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間為10秒。當主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即進行加計時，并用顯示器顯示。 4、參賽選手在設定的時間內(nèi)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時刻的時間

3、，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止；如果定時搶答的時間已到，而沒有選手搶答時，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，定時顯示器上顯示0。目錄1 功能介紹3 1.1主要功能介紹3 1.2擴展功能介紹32總體方案設計33單元模塊設計43.1搶答器控制端電路功能介紹43.2定時時間電路53.3控制電路和報警電路53.4振蕩電路64主要芯片介紹 74.1 優(yōu)先編碼器 74ls14874.2 計數(shù)器74ls192 85四人搶答器仿真96系統(tǒng)調(diào)試 97設計過程中的問題和解決辦法 118設計成品的優(yōu)點與不足 119心得體會1210參考文獻 121功能介紹1.1主要功能介紹 （1）搶答器最多可供4名選手參賽，編號為

4、14號，各隊分別用一個按鈕（分別為j1、j2、j3、j5）控制，并設置一個系統(tǒng)清零和搶答控制開關(guān)j4,j7，該開關(guān)由主持人控制。 （2）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能,并將鎖存數(shù)據(jù)用led數(shù)碼管顯示出來，直到主持人清零。 （3）開關(guān)j4作為清零及搶答控制開關(guān)（由主持人控制），當開關(guān)j4被按下時搶答電路清零，當開關(guān)j7松開后則允許搶答。輸入搶答信號由搶答按鈕開關(guān)j1、j2、j3、j5實現(xiàn)。 （4）有搶答信號輸入（開關(guān)j1、j2、j3、j5中的任意一個開關(guān)被按下）時，并顯示出相 對應的組別號碼。此時再按其他任何一個搶答器開關(guān)均無效，指示燈依舊“保持” 第一個開關(guān)按下時所對應的狀態(tài)不變。設計要求1.2擴展功

5、能介紹 （1）搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間為3秒。當節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示。（2）參加選手在未開始搶答時按下?lián)尨疰I，則犯規(guī)。顯示器上顯示并閃爍選手的編號。 （3）參加選手在設定的時間內(nèi)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時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 （4）如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示并閃爍0。2總體方案設計設計要求（1）主持人有開始鍵和復位鍵，按下開始鍵后才能開始搶答，否則犯規(guī)。（2）用數(shù)碼管顯示，正常搶答后顯示搶到的隊號，

6、如果犯規(guī)則閃爍顯示隊號。（3）如果3秒內(nèi)沒有搶答，則說明該題超時作廢，用0閃爍表示。（4）復位鍵用于恢復犯規(guī)或超時狀態(tài)如圖1所示為總體方框圖。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)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；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。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。當一輪搶答之后，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清除和開始狀態(tài)開關(guān)。 圖13單元模塊設計 31搶答器控制端電路功能介紹設計電路見圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74ls148 和鎖

7、存器 74ls175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)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)自上而下，分別是j1,j2,j3 j4,j5，j5是控制清零端，當j5閉合（清零）時，計時模塊74ls160的mr端和搶答模塊74ls175的mr端都置1，使整個模塊處于等待工作狀態(tài)；當j5斷開時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當有選手將搶答按鍵按下時（如按下j2），74ls148的輸出經(jīng)74ls48譯碼器接到七段顯示電路處于工作狀態(tài)，4q3q2q=010,經(jīng)譯碼顯示為“2”。此外，mr1

8、，使74ls148 優(yōu)先編碼工作標志端（圖中2號端）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ctr1，使優(yōu)先編碼工作標志端為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j5開關(guān)重新置“清零”然后才可能進行。 圖232定時時間電路功能介紹 原理及設計：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加法計數(shù)器74ls160、十進制減法計數(shù)器74ls192、74ls48譯碼電路和1個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。一塊74ls192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74ls

9、48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預置數(shù)控制端實現(xiàn)預置數(shù)，當有人搶答時，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，之后選手搶答無效。 圖333控制電路和報警電路 由555 芯片構(gòu)成多諧振蕩電路 ,555 的輸出信號再經(jīng)或門控制時序?？刂齐娐钒〞r序和報警兩個電路 ,如圖3所示。控制電路需具有以下幾個功能： 主持人閉合開關(guān),多路搶答器電路和計時電路進入正常狀態(tài); 參賽者按鍵時 ,搶答電路和計時電路停止工作; 搶答時間到 ,無人搶答 ,搶答電路和計時電路停止工作3.4振蕩電路本系統(tǒng)需要產(chǎn)生頻率為500khz的脈沖信號，

10、用于觸發(fā)器的cp信號，及頻率為1hz信號用于計時電路。以上電路可用555定時器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過分頻得到。4主要芯片介紹 41 優(yōu)先編碼器 74ls14874ls148為8線3線優(yōu)先編碼器，表4.1.1為其真值表，表4.1.2為其功能表,圖4.1.1為其管腳圖。74ls148管腳圖 表4.1.2 74ls148 8線3線二進制編碼器真值表 74ls148工作原理如下： 該編碼器有8個信號輸入端，3個二進制碼輸出端。此外，電路還設置了輸入使能端ei，輸出使能端eo和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標志gs。 當ei=0時，編碼器工作；而當ei=1時，則不論8個輸入端為何種狀態(tài)，3個輸出端均為高

11、電平，且優(yōu)先標志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出也為低電來有效的情況。當ei為0，且至少有一個輸入端有編碼請求信號（邏輯0）時，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標志gs為0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為1。由功能表可知，在8個輸入端均無低電平輸入信號和只有輸入0端（優(yōu)先級別最低位）有低電平輸入時，a2a1a0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由gs的狀態(tài)加以區(qū)別，當gs1時，表示8個輸入端均無低電平輸入，此時a2a1a0=111為非編碼輸出；gs0時，a2a1a0=111表示響應輸入0端為低電平時的輸出代碼（編碼輸出）。eo只有在ei為

12、0，且所有輸入端都為1時，輸出為0，它可與另一片同樣器件的ei連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編碼器。 從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級別的次為7，6，0。輸入有效信號為低電平，當某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端無低電平輸入時，輸出端才輸出相對應的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級別比它高的輸入6和輸入7均為1時，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理 4.3 計數(shù)器74ls19274ls192具有下述功能： 異步清零：cr=1，q3q2q1q0=0000 異步置數(shù)：cr=0，ld=0，q3q2q1q0=d3d2d1d0保持： cr=0，ld=1，cpu=cpd=1,q3q2q

13、1q0保持原態(tài) 加計數(shù)：cr=0, ld=1，cpu=cp，cpd=1，q3q2q1q0按加法規(guī)律計數(shù) 減計數(shù)：cr=0, ld=1，cpu=1，cpd= cp，q3q2q1q0按減法規(guī)律計數(shù)74ls192是雙時鐘方式的十進制可逆計數(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為預置輸入控制端，異步預置。 cr為復位輸入端，高電平有效，異步清除。 co為進位輸出：1001狀態(tài)后負脈沖輸出 bo為借位輸出：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。圖4.3. 74ls192管腳引線圖5四人搶答器仿真按照總體電路圖在仿真軟件proteus7.5上一一選擇芯片并進行連接，然后啟動開關(guān)觀察。下面，我

14、們分兩部分對設計出的電路進行proteus7.5仿真。我們將各部分電路在proteus7.5上連接好后，為各個電阻和電容選取適當值，為各個開關(guān)設置好適當?shù)逆I盤打開數(shù)值（例如，為某一開關(guān)設為1連接，則啟動proteus7.5m仿真按鈕后，在鍵盤上按1則此開關(guān)就由斷開狀態(tài)變?yōu)檫B接狀態(tài)）然后打開proteus7.5的開關(guān)，即可根據(jù)顯示器上顯示的數(shù)字以及二極管的亮滅情況來判斷電路設計是否成功。6系統(tǒng)調(diào)試 把上面所設計的單元電路連接起來可得到整機電路。7.1搶答顯示功能測試（圖4）7.2清零功能測試（圖5）7.3倒計時功能測試(圖6)待添加的隱藏文字內(nèi)容2 圖4圖5圖67、設計過程中的問題和解決辦法（1

15、）在設計方案時，遇到了信號不能鎖存的問題。經(jīng)過查找資料，了解如何通過d觸發(fā)器的輸出信號來反饋回d觸發(fā)器的脈沖端來進行鎖存。（2）在仿真時遇到了555不能仿真和沒仿真元件74ls121的問題。通過翻閱書本了解555如何準確使用和上網(wǎng)搜索74ls121的代替元件來解決。（3）當焊完電路調(diào)試時，數(shù)碼管沒顯示。于是對照電路圖來逐一檢查，發(fā)現(xiàn)有些管腳沒接上。例如數(shù)碼管的接地端沒接地、74ls192的clr腳沒接地等等。8、設計成品的優(yōu)點與不足優(yōu)點：元器件較少，功能滿足要求不足：（1）在設計時，用了d觸發(fā)器來進行搶答信號的篩選和鎖存，在同時按下s0和s1時（其同時按下的幾率較小，其可精確到微秒甚至納秒級，

16、但情況還是會存在的）會顯示“3”，而按s2時也會顯示“3”，所以顯示“3”的幾率大一點，但幾率很小。改良：可改用編碼器和鎖存器來代替d觸發(fā)器。（2）電路跳線較多，使得電路板外觀不好。改良：焊線路前應細心考慮元件的排布和線路的連接。9、心得體會 這一課程設計使我們將課堂上的理論知識有了進步的了解，并增強了對數(shù)字電子技術(shù)這門課程的興趣。了解了更多電子元件的工作原理，如：74ls121、74ls48、74ls192等。但同時也暴露出我在知識上掌握不足等缺點。其次在此次設計過程中由于我們頻繁的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操作上有了進一步提高。加上在設計過程中遇到了一些問題，使得我得查找相關(guān)資料，從而增長知識的同