智力競(jìng)賽搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、摘 要通過(guò)proteus仿真，設(shè)計(jì)出一個(gè)四人智力競(jìng)賽搶答器，搶答器由主體電路與擴(kuò)張電路組成，整個(gè)搶答過(guò)程有主持人進(jìn)行控制，當(dāng)主持人將開(kāi)關(guān)置于“搶答”狀態(tài)時(shí)，參賽者的搶答信號(hào)通過(guò)優(yōu)先編碼器74LS148進(jìn)行優(yōu)先性判斷，再將優(yōu)先搶答信號(hào)通過(guò)鎖存器74LS279進(jìn)行鎖存，以確保搶答的優(yōu)先性。同時(shí)，其也將帶動(dòng)倒計(jì)時(shí)電路和計(jì)分電路的工作，如果倒計(jì)時(shí)時(shí)間到了，沒(méi)有選手搶答，報(bào)警電路將發(fā)出警告信息。當(dāng)主持人將開(kāi)關(guān)置于“清零”狀態(tài)時(shí)，此時(shí)，搶答信號(hào)失去作用，倒計(jì)時(shí)器和計(jì)分電路不能工作，若此時(shí)有人搶答，音響將發(fā)出報(bào)警信息，提示主持人對(duì)其進(jìn)行扣分處理。關(guān)鍵詞：優(yōu)先性判斷； 鎖存；報(bào)警；proteus；74LS14

2、8；74LS192 17 / 20文檔可自由編輯打印目錄1引言11.1設(shè)計(jì)的目的和意義11.2電路要求11.3擴(kuò)展功能12 系統(tǒng)設(shè)計(jì)12.1 總體方案設(shè)計(jì)12.2 具體電路設(shè)計(jì)22.2.1 搶答電路的設(shè)計(jì)32.2.2 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)42.2.3 倒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)42.2.4 計(jì)分電路的設(shè)計(jì)52.2.5 控制電路的設(shè)計(jì)62.3總體電路設(shè)計(jì)圖82.4系統(tǒng)主要元器件功能介紹92.5系統(tǒng)所用元器件143 總結(jié)153.1本系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)153.2心得體會(huì)15參考文獻(xiàn)171引言1.1設(shè)計(jì)的目的和意義智力競(jìng)賽搶答器在現(xiàn)實(shí)生活中很常見(jiàn)，尤其是隨著各種益智電視節(jié)目的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的競(jìng)賽搶答器被用在了其中，這種

3、搶答器的好處不僅能夠鍛煉參賽選手的反應(yīng)能力，而且還能增加節(jié)目現(xiàn)場(chǎng)的緊張、活躍氣氛，讓觀眾看得更有情趣?？梢?jiàn)搶答器在現(xiàn)實(shí)生活中確實(shí)很實(shí)用，運(yùn)用前景非常廣。同時(shí)，智力競(jìng)賽也是一種生動(dòng)活潑的教育形式和方法，通過(guò)搶答和必答兩種方式能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短時(shí)間內(nèi)，使人們?cè)黾右恍┛茖W(xué)知識(shí)和生活常識(shí)。1.2電路要求1、設(shè)計(jì)一個(gè)可容納4組參賽者的數(shù)字式搶答器的電路，每組設(shè)置一個(gè)搶答按鈕供參加競(jìng)賽者使用。2、電路具有第一搶答信號(hào)的鑒別和鎖存功能，在主持人發(fā)出搶答指令（以輸出按鍵信號(hào)為準(zhǔn)）之后，搶答有效，否則扣分。3、設(shè)計(jì)計(jì)分電路，計(jì)分電路要求：每組在開(kāi)始時(shí)預(yù)置成100分，搶答后由主持人計(jì)分，答

4、對(duì)一次加10分，打錯(cuò)或提前搶答一次扣10分。4、用七段譯碼顯示器和音響發(fā)生器觀察仿真結(jié)果。1.3擴(kuò)展功能 為了活躍競(jìng)賽現(xiàn)場(chǎng)氛圍，增加比賽的挑戰(zhàn)性，對(duì)電路又?jǐn)U展了倒計(jì)時(shí)功能。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)2.1 總體方案設(shè)計(jì)根據(jù)系統(tǒng)的要求，搶答器具有鎖存、定時(shí)、顯示和報(bào)警功能。即當(dāng)搶答開(kāi)始后，選手搶答按動(dòng)按鈕，鎖存器鎖存相應(yīng)的選手編碼，同時(shí)，用LED數(shù)碼管把選手的編碼顯示出來(lái)，并且開(kāi)始搶答時(shí)間的倒計(jì)時(shí)，同時(shí)，用LED數(shù)碼管把選手的所剩搶答時(shí)間顯示出來(lái)。而在選手按鍵搶答以及搶答時(shí)間倒計(jì)時(shí)到時(shí)的時(shí)候都有報(bào)警以提醒主持人和選手，。搶答時(shí)間設(shè)定9秒，報(bào)警響聲持續(xù)1秒。接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁

5、止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開(kāi)關(guān)置“開(kāi)始”狀態(tài)，宣布“開(kāi)始”搶答器工作，若不等主持人按下“開(kāi)始”按鈕，選手進(jìn)行搶答，主持人將對(duì)其進(jìn)行扣分懲罰。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在規(guī)定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示、指示燈、揚(yáng)聲器提示，同時(shí)，主持人根據(jù)選手答題情況，進(jìn)行加減分處理。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器和搶答器停止工作，如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開(kāi)始”狀態(tài)開(kāi)關(guān)，才能進(jìn)行新一輪工作。由此，確定系統(tǒng)總體方案如圖1：搶答按鈕觸發(fā)器鎖存電路譯碼電路主持人控制開(kāi)關(guān)控制電路報(bào)警電路秒脈沖產(chǎn)生電路倒計(jì)時(shí)電路譯碼電路顯示電路顯示電路譯碼電路

6、顯示電路計(jì)分電路圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.2具體電路設(shè)計(jì)2.2.1 搶答電路的設(shè)計(jì)該電路完成兩個(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)，指示燈和音響工作；二是禁止其他選手按鍵操作無(wú)效。工作過(guò)程：當(dāng)主持人開(kāi)關(guān)置于“清除”端時(shí)，74LS279的R端均為0，其輸出將為0，使數(shù)碼管顯示為0。當(dāng)主持人開(kāi)關(guān)置于“開(kāi)始搶答”時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手按鍵時(shí)（如一號(hào)選手搶答），74LS148的輸出經(jīng)74LS279鎖存后，使74LS279輸出為1Q2Q3Q4Q=0011,經(jīng)譯碼后顯示為“1”，這時(shí)含有一號(hào)顯示燈的電路導(dǎo)通，一號(hào)燈發(fā)光，也將給一號(hào)音響電路一個(gè)高電

7、平，使其工作。同時(shí),4,使74LS148的EI，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)時(shí)，此時(shí)仍有4，仍使74LS148的EI，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，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。如要進(jìn)行第二次搶答，則需由主持人將開(kāi)關(guān)重新置于“清零”狀態(tài)后，才可以進(jìn)行下一輪搶答。此外，如果當(dāng)主持人未宣布搶答開(kāi)始時(shí)，某選手進(jìn)行搶答，此時(shí)該組的指示燈燈和音響將工作，提示主持人對(duì)此選手進(jìn)行懲罰。其工作電路圖如圖2：圖22.2.2 報(bào)警電路的設(shè)計(jì)該報(bào)警電路有門(mén)電路和音響組成，只有當(dāng)四個(gè)輸入端的輸入全部為低電平時(shí)，經(jīng)過(guò)或非和與門(mén)后才能輸出高電平，此高電平經(jīng)三極管放大后推動(dòng)音響工作

8、，發(fā)出報(bào)警信息，其工作電路圖如圖3：圖32.2.3 倒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)根據(jù)要求，其設(shè)計(jì)的電路如圖4： 圖4該電路有555定時(shí)器提供定時(shí)脈沖信號(hào)，74LS192實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能，并經(jīng)譯碼器譯碼后，在數(shù)碼管上顯示。其中，74LS192可預(yù)置數(shù)，由主持人控制。當(dāng)主持人開(kāi)關(guān)置于清零端時(shí)，PL置低電位，進(jìn)行預(yù)置數(shù)，輸入端D0、D1、D2、D3的1001送至輸出，在數(shù)碼管上顯示數(shù)字9；當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)后，PL置高電位，倒計(jì)時(shí)開(kāi)始，計(jì)時(shí)由9-0開(kāi)始計(jì)時(shí)。如果在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，沒(méi)有選手搶答，74LS192的輸出端將通過(guò)門(mén)電路給出一個(gè)高電平信號(hào)作用于報(bào)警電路，此時(shí)報(bào)警電路將發(fā)出聲響，通知主持人此次搶答無(wú)效。 2.

9、2.4 計(jì)分電路的設(shè)計(jì)該計(jì)分器電路有兩個(gè)74LS192和一個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成，其電路如圖6：圖6 圖中74LS192是一個(gè)同步十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器，PU為加計(jì)數(shù)端，PD 為減計(jì)數(shù)端，當(dāng)PU輸入高電平時(shí)，進(jìn)行加分，當(dāng)PD輸入高電平時(shí)，進(jìn)行減分。D觸發(fā)器主要使個(gè)位始終顯示0，由于搶答開(kāi)始時(shí)，每位選手顯示100分，因此百位的74LS192置為1，十位的置為0。此外，為了適應(yīng)不同場(chǎng)合的需要，還對(duì)其進(jìn)行了預(yù)置分?jǐn)?shù)擴(kuò)展，此過(guò)程有主持人開(kāi)關(guān)對(duì)百分位的PL端口進(jìn)行控制，其工作過(guò)程如下：假如開(kāi)始搶答時(shí)，當(dāng)有選手回答正確時(shí)，主持人按下加分按鈕，U20接受到一個(gè)脈沖（U20的預(yù)置數(shù)為0，即D0D1D2D3=0000），此時(shí)

10、U20輸出變?yōu)镈0D1D2D3=1000，即相當(dāng)于給選手加上10分，當(dāng)該選手再次回答正確時(shí)，主持人再次按下加分按鈕，U20再次接受到一個(gè)脈沖，此時(shí)U20輸出變?yōu)镈0D1D2D3=0100，即相當(dāng)于給再次選手加上10分，以此類(lèi)推。當(dāng)?shù)谑畟€(gè)脈沖到來(lái)時(shí)，U20的輸出端D0D1D2D3變?yōu)?101，同時(shí)U20將給出一個(gè)進(jìn)位脈沖，作用于U18，此時(shí)U18的輸出端將輸出0100，即百位的數(shù)碼管顯示為2，此時(shí)該選手的得分為200分。減分的工作過(guò)程和加分的相同，這里不再敘述。2.2.5 控制電路的設(shè)計(jì)控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：1、主持人開(kāi)關(guān)與倒計(jì)時(shí)電路的同步，其電路如圖7：圖7其工作原

11、理如下：（1） 對(duì)于倒計(jì)時(shí)電路：主持人通過(guò)控制倒計(jì)時(shí)電路的74LS192的PL端口來(lái)控制計(jì)時(shí)的開(kāi)始，當(dāng)主持開(kāi)關(guān)處于“清零”狀態(tài)時(shí)，PL接低電平，此時(shí)74LS192將被預(yù)置成9，等待計(jì)時(shí)開(kāi)始。如果主持人開(kāi)關(guān)置于“搶答”狀態(tài)，PL接高電平，計(jì)時(shí)開(kāi)始。（2） 對(duì)于計(jì)分電路：當(dāng)主持開(kāi)關(guān)處于“清零”狀態(tài)時(shí)，百分位的74LS192的PL端口將接低電平，百分位被置成1，完成預(yù)置100分的要求。當(dāng)主持人開(kāi)關(guān)置于“搶答”狀態(tài)時(shí)，其PL接高電平，此時(shí)進(jìn)入計(jì)分工作狀態(tài)。同時(shí)，還可以對(duì)其進(jìn)行分?jǐn)?shù)預(yù)置。 2、參賽者按鈕與倒計(jì)時(shí)電路同步，其電路如圖8：圖8工作原理：當(dāng)主持人開(kāi)關(guān)置于“搶答”狀態(tài)時(shí)，當(dāng)無(wú)選手搶答時(shí)，圖中的門(mén)

12、電路輸入為0000，其輸出為低電平，作用于計(jì)時(shí)器74LS192的MR端口，計(jì)時(shí)器正常工作。此時(shí)如果有選手搶答，當(dāng)其按下按鈕時(shí)，門(mén)電路輸出將變?yōu)楦唠娖?，作用于MR，使計(jì)時(shí)器停止工作。3、倒計(jì)時(shí)電路與報(bào)警電路的同步，其電路如圖9：圖9工作原理：當(dāng)計(jì)時(shí)時(shí)間到，計(jì)時(shí)器顯示0，此時(shí)74LS192輸出0000，經(jīng)門(mén)電路后輸出高電平，使音響工作，發(fā)出報(bào)警信息。2.3總體電路設(shè)計(jì)圖 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，按照邏輯控制電路，將上述電路模塊組合在一起，設(shè)計(jì)出系統(tǒng)總體電路如圖：（待打印粘貼）2.4總體電路設(shè)計(jì)圖1 . 74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中，下面我就給

13、大家介紹一下這個(gè)元件的一些參數(shù)與應(yīng)用技術(shù)等資料。2 . 74LS279中文資料.: 279為四個(gè)/R-/S 鎖存器，共有 54/74279 和 54/74LS279 兩種線路結(jié)構(gòu)型式,其主要電器特性的典型值如下(不同廠家具體值有差別):54279/74279 12ns 90mW54LS279/74LS279 12ns 19mW四個(gè)鎖存器中有 2 個(gè)具有 2 個(gè)置位端（/SA,/SB）。當(dāng)/S 為低電平，/R 為高電平時(shí)，輸出端 Q 為高電平。當(dāng)/S 為高電平，/R為低電平時(shí)，Q 為低電平。當(dāng)/S 和/R 均為高電平時(shí)，Q 被鎖存在已建立的電平。當(dāng)/S 和/R 均為低電平時(shí)，Q 為不穩(wěn)定的高電平

14、狀態(tài)。對(duì)/SA和/SB，/S的低電平表示/SA和/SB只要有一個(gè)為低電平，/S的高電平表示/SA和/SB均為高電平。引出端符號(hào)：1Q4Q 輸出端/1S/4S 置位端（低電平有效）/1R/4R 復(fù)位端（低電平有效）3 . 74LS148在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上編碼信號(hào)。不過(guò)在設(shè)計(jì)優(yōu)先編碼器時(shí)，已經(jīng)將所有的輸入信號(hào)按優(yōu)先順序排了隊(duì)。在同時(shí)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上輸入信號(hào)時(shí)，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級(jí)高的輸入信號(hào)編碼，優(yōu)先級(jí)低的信號(hào)則不起作用。74148是一個(gè)八線-三線優(yōu)先級(jí)編碼器。74148優(yōu)先編碼器為16腳的集成芯片，除電源腳VCC(16)和GND(8)外，其余輸入、輸出腳的作用和腳號(hào)如圖中

15、所標(biāo)。其中I0I7為輸入信號(hào)，A2,A1,A0為三位二進(jìn)制編碼輸出信號(hào)，IE是使能輸入端，OE是使能輸出端，GS為片優(yōu)先編碼輸出端。由74148真值表可列輸出邏輯方程為：A2 = (I4+I5+I6+I7)IEA1 = (I2I4I5+I3I4I5+I6+7)IEA0 = (I1I2I4I6+I3I4I6+I5I6+I7)IE 使能輸出端OE的邏輯方程為： OE =I0I1I2I3I4I567IE 當(dāng)使能輸入IE=1時(shí)，禁止編碼、輸出(反碼)： A2,A1,A0為全1。(如表5.1.2第一行所示。)當(dāng)使能輸入IE=0時(shí)，允許編碼，在I0I7輸入中，輸入I7優(yōu)先級(jí)最高，其余依次為：I6,I5,I

16、4,I3,I2,I0，I0等級(jí)排列。OE為使能輸出端，它只在允許編碼(IE=0)， 而本片又沒(méi)有編碼輸入時(shí)為0。如表5.1.2中第二行所示)。 擴(kuò)展片優(yōu)先編碼輸出端GS的邏輯方程為： GS = (I0+I1+I2+I3+I4+I5+I6+I7)IEGS為片優(yōu)先編碼輸出端，它在允許編碼(IE=0)，且有編碼輸入信號(hào)時(shí)為0(如表5.1.2中第三至第十行)；若允許編碼而無(wú)編碼輸入信號(hào)時(shí)為1(如表5.1.2第二行)；在不允許編碼(IE=1)時(shí)，它也為1(如表5.1.2第一行)。GS = 0表示“電路工作，而且有編碼輸入” 74148優(yōu)先編碼器真值表 用兩片74148優(yōu)先編碼器擴(kuò)展為十六線-四線優(yōu)先編碼

17、器的連線圖4 . 十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器74LS192引腳圖管腳及功能表74LS192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號(hào)如下所示：圖3-4 74LS192的引腳排列及邏輯符號(hào) （a）引腳排列 (b) 邏輯符號(hào)圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。其功能表如下： 輸入 輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 1 0000 0 0 dcbadcba 0 1 1 加計(jì)數(shù) 0 1 1 減計(jì)數(shù) 74LS192的功能表5 . 555定

18、時(shí)器 555定時(shí)器，它基本原理是，由于電容C的兩端的電壓不能突變，定時(shí)器的2端電壓低觸發(fā)端為低電平，輸出端3為高電平。電源經(jīng)過(guò)R1、R2給電容C充電，當(dāng)電容的電壓充到電源電壓的2/3時(shí)，555內(nèi)部的MOS管導(dǎo)通，輸出為低電平。接著電容通過(guò)R2和已經(jīng)導(dǎo)通的MOS管放電，當(dāng)電容的兩端電壓下降到低于1/3的電源電壓時(shí)，MOS管截止電容放電停止，此時(shí)電源通過(guò)R1、R2再次向電容充電，如此反復(fù)，形成震蕩，從而在3端得到時(shí)鐘脈沖源輸出，根據(jù)公式：周期T=（R1+2R2）Cln2=0.7（R1+2R2）C 。它由3個(gè)阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個(gè)電壓比較器C1和C2、基本RS觸發(fā)器、放電BJT以及緩沖器

19、G 組成。定時(shí)器的主要功能取決于比較器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電BJT T的狀態(tài)。圖中Rd為復(fù)位輸入端，當(dāng)Rd為低電平時(shí)，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出Vo為低電平。因此在正常工作時(shí)，應(yīng)將其接高電平。圖4.4 555結(jié)構(gòu)原理圖由圖可知，當(dāng)5腳懸空時(shí)，比較器C1和C2的比較電壓分別為2/3Vcc和1/3Vcc。當(dāng)VI12/3Vcc，VI21/3Vcc時(shí)，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，基本RS觸發(fā)器被置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端Vo為低電平。當(dāng)VI12/3Vcc，VI21/3Vcc時(shí)，比較器C1輸出高電平,比較器C2輸出輸出低電平，基本RS觸發(fā)器被置1，放電三極管截止，輸出端Vo為

20、高電平。當(dāng)VI11/3Vcc時(shí)，基本RS觸發(fā)器R=1、S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路以保持原狀態(tài)不變。表4.2 555功能表輸入輸出閥值輸入（VI1）R出發(fā)輸入（VI2）S復(fù)位（Rd）輸出（Vo ）放電管T00導(dǎo)通2/3Vcc12/3Vcc01/3Vcc110導(dǎo)通1/3Vcc11不變不變2.5系統(tǒng)所用元器件本系統(tǒng)所用的元器件清單如表1所示。表1本系統(tǒng)所用元器件元器件名稱(chēng)數(shù)量LED4數(shù)碼管5NE555174LS1481BUTTON按鈕774482二檔可調(diào)開(kāi)關(guān)SW1174HC74174LS192374LS1481SOUNDER音響7740457408274LS024放大器7矩形波脈沖電源2電阻若干電容若干電源VDD若