八路搶答器設(shè)計(jì)論文

1、 編 號(hào)： 審定成績(jī)： xxxx大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）設(shè)計(jì)（論文）題目：?jiǎn)纹瑱C(jī)數(shù)字搶答器的實(shí)現(xiàn)學(xué) 院 名 稱 ：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué) 生 姓 名 ：x x專 業(yè) ：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)班 級(jí) ：0490xxx學(xué) 號(hào) ：0610xxxx指 導(dǎo) 教 師 ：x x x答辯組 負(fù)責(zé)人 ：填表時(shí)間： 2009 年 5 月xxxx大學(xué)教務(wù)處目 錄引言1第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)2（1） 設(shè)計(jì)要求2（2） 功能要求3第二章 主要器件介紹4（1） 74ls148 4 （2） 74ls485（3） 74ls192及74ls006（4） 74ls121及74ls2797 （5） ne555及74ls118第三章 設(shè)計(jì)方案9

2、（1） 搶答功能設(shè)計(jì)9 （2） 定時(shí)功能設(shè)計(jì)及其總方案11第四章 電路實(shí)現(xiàn)及電路調(diào)試15第五章 結(jié)論16第六章 參考文獻(xiàn)17附錄117 引言數(shù)字電路產(chǎn)品在生活中有著極其廣泛的應(yīng)用，包括計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、智能儀器儀表、自動(dòng)控制及航天等領(lǐng)域中。這些給人們帶來(lái)了生活，工作等方面帶來(lái)了極大的方便。工廠、學(xué)校和電視臺(tái)等單位常舉辦各種智力競(jìng)賽, 搶答器是必要設(shè)備。在我校舉行的各種競(jìng)賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過(guò)舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比賽的不公平性。為解決這個(gè)問(wèn)題，我們小組準(zhǔn)備就本次課設(shè)的機(jī)會(huì)制作一個(gè)低成本但又能滿足學(xué)校需要的八路數(shù)顯

3、搶答器。搶答器在比賽等場(chǎng)合中不可缺少的設(shè)備。本文就是從數(shù)字電路芯片的功能簡(jiǎn)介開(kāi)始，利用功能不同的數(shù)字電路芯片的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)多路搶答器的功能。首先簡(jiǎn)要的介紹了數(shù)字電路的發(fā)展和演變。然后介紹幾個(gè)主要集成芯片的管腳功能和用法。最后介紹多路搶答器的原理和設(shè)計(jì)過(guò)程?？偨Y(jié)與改進(jìn)部分，講一些電路在實(shí)際設(shè)計(jì)調(diào)試中的不足，并加以改進(jìn)。智力競(jìng)賽是一種生動(dòng)活潑的教育方式，而搶答就是智力競(jìng)賽中非常常見(jiàn)的一種答題方式。搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時(shí)間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學(xué)知識(shí)和生活常識(shí)。但是，在這類比賽中，對(duì)于誰(shuí)先誰(shuí)后搶答，在何時(shí)搶答，如何計(jì)算答題時(shí)間等等問(wèn)題，若是僅憑主持人的主觀判斷，就很容易出

4、現(xiàn)誤判。所以，我們就需要一種具備自動(dòng)鎖存，置位，清零等功能智能搶答器來(lái)解決這些問(wèn)題。 第第一章 設(shè)計(jì)任務(wù) （1）設(shè)計(jì)要求搶答器主要是基于 7 4系列集成芯片組成電路各個(gè)部分，成本較低 ，且基本能夠使用于學(xué)校的一些活動(dòng)中。采用74ls148編碼器和74ls279 rs鎖存器組成 搶答器的核心部分搶答電路。采用74ls192十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)搶答器的定時(shí)部分，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖電路提供。采用555定時(shí)器和三極管構(gòu)成報(bào)警電路，時(shí)序控制電路由74ls121產(chǎn)生。采用七段共陰極led數(shù)碼管顯示搶答序號(hào)和定時(shí)時(shí)間，由74ls48數(shù)字顯示譯碼管顯示數(shù)碼管。設(shè)計(jì)器材統(tǒng)計(jì)如下表：（設(shè)計(jì)中些基本的器材則實(shí)驗(yàn)室提

5、供）74ls48 3個(gè)電阻68 k 1個(gè)74ls121 1個(gè)電阻510 2個(gè)74ls148 1個(gè)電容10uf 2個(gè)74ls192 2個(gè)電容0.1uf 1個(gè)74ls279 1個(gè)電容100uf 1個(gè)ne555 2個(gè)發(fā)光二極管 2個(gè)電阻1 k 1個(gè)按鍵開(kāi)關(guān) 9個(gè)電阻10 k 9個(gè)共陰數(shù)碼管 3個(gè)電阻15 k 1個(gè)74ls00 1個(gè)電阻4.7 k 1個(gè)74ls11 1個(gè)電阻5.1 k 1個(gè)三極管3dg12 1只電阻100 k 1個(gè)（2）功能要求將主要設(shè)計(jì)一個(gè)供八人使用的定時(shí)搶答器，他要實(shí)現(xiàn)以下主要功能：（1）為8位參賽選手各提供一個(gè)搶答按鈕，分別編號(hào)s0、s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7；（2

6、）主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開(kāi)始；（3）搶答器要有數(shù)據(jù)鎖存與顯示的功能。搶答開(kāi)始后，若有任何一名選手按動(dòng)搶答按鈕，則要顯示其編號(hào)至系統(tǒng)被主持人清零，并且揚(yáng)聲器發(fā)生提示，同時(shí)其他人再按對(duì)應(yīng)按鈕無(wú)效；（4）搶答器要有自動(dòng)定時(shí)功能，并且一次搶答時(shí)間由主持人任意設(shè)定。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，定時(shí)器自動(dòng)減計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示。同時(shí)揚(yáng)聲器上發(fā)出短暫聲響；（5）參賽選手只有在設(shè)定時(shí)間內(nèi)搶答方為有效搶答。若搶答有效，則定時(shí)器停止工作，并且顯示搶答開(kāi)始時(shí)間直到系統(tǒng)被清零；（6）若設(shè)定時(shí)間內(nèi)無(wú)選手進(jìn)行搶答（按對(duì)應(yīng)按鈕），則系統(tǒng)短暫報(bào)警，并且禁止選手超時(shí)搶答，定時(shí)器上顯示00。數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路

7、組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號(hào)在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開(kāi)關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過(guò)定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號(hào)在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。利用本次設(shè)計(jì)出的電路制造成的定時(shí)搶答器，即可輕松實(shí)現(xiàn)在8人或8個(gè)代表隊(duì)之間進(jìn)行的搶答比賽中進(jìn)行控制，使得這一活動(dòng)更加趣味、公平。 第二章 主要器件介紹（1） 74ls148 74ls148優(yōu)先編碼器（a） 符號(hào)圖 (b) 管腳圖74ls148的功能表：輸 入輸 出 1000000000 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1

8、1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 11 1 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 10 11 01 01 01 01 01 01 01 0 （2）74ls48 74ls48符號(hào)圖和管腳圖（a）符號(hào)圖 （b）管腳圖顯示譯碼器74ls48的功能表： （3）74ls192及74ls0074ls192管腳圖74ls192功能表： 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)74ls00管腳圖及其功能表： （4）74ls121及7

9、4ls27974ls121管腳圖及其功能表：74ls279管腳圖及其功能表：74ls279進(jìn)行反碼和鎖存作用（5）ne555及74ls11ne555管腳圖： 74ls11管腳圖及其真值表: y=abc input output a b c y x x l l x l x l l x x l h h h h 第三章 設(shè)計(jì)方案（1）搶答功能設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)電路如圖1所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74ls148 和鎖存器 74ls297 來(lái)完成。該電路主要完成兩個(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)（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(wú)

10、效。工作過(guò)程：開(kāi)關(guān)s置于清除端時(shí)，rs觸發(fā)器的 r、s端均為0，4個(gè)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(hào)端）0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)s置于開(kāi)始時(shí)，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(shí)（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，使74ls148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端），處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74ls148的 此時(shí)由于仍為ctr，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端），所以74ls148

11、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。如有再次搶答需由主持人將s開(kāi)關(guān)重新置清除然后再進(jìn)行下一次搶答。 圖1輸入端（按鍵）真值表如下圖2：（2）定時(shí)功能設(shè)計(jì)及其總方案定時(shí)原理及設(shè)計(jì)（圖3）：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74ls192減法計(jì)數(shù)電路、74ls48譯碼電路和2個(gè)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(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路74ls48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)

12、置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)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(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒(méi)有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)， 輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無(wú)效。下面結(jié)合圖4具體講一下標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖產(chǎn)生電路的原理。結(jié)合圖3，圖中電容c的放電時(shí)間和充電時(shí)間分別為 于是從ne555的3端輸出的脈沖的頻率為 結(jié)合我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及考慮到元器件的成本，我們選擇的電阻值為r1=15k，r2=68k，c=10uf，代入到振蕩頻率fo143（ri2r2）c中即得 ，即秒脈沖。 總方案如下：總方案電

13、路包括四部分：前面具體講了兩部分，下面是報(bào)警和時(shí)序控制電路圖。報(bào)警電路圖：由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖1.5所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo143（ri2r2）c，其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。pr為控制信號(hào)，當(dāng)pr為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。時(shí)序控制電路圖：時(shí)序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：主持人將控制開(kāi)關(guān)撥到開(kāi)始位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作?？偪驁D如下：1. 搶答

14、器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)開(kāi)始鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。2. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。3.如果定時(shí)時(shí)間已到，無(wú)人搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。對(duì)于總體方框圖則只要：（1）將圖1中74ls279的1，5，10，14引腳任意一腳與圖3中任一74ls192的11引腳相連（說(shuō)明：圖2中74ls279的13引腳輸出ctr信號(hào)）；（2）將圖1中輸入74ls148中5引腳信號(hào)撤掉換成 74ls279中13引腳輸出的ctr信號(hào)經(jīng)一非門(mén)

15、與圖3中74ls192的13引腳輸出的信號(hào)經(jīng)一與非門(mén)輸出的信號(hào)。其工作原理為：接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到清零狀態(tài)，搶答器處于禁止?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。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(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、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。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)。第四章 電路實(shí)現(xiàn)及電路調(diào)試3塊實(shí)驗(yàn)電路板分別做成數(shù)字搶答器電路、可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路、報(bào)警電路及時(shí)序控制電路，根據(jù)ewb仿真電路及工程上的可操作性布置芯片、

16、元件、導(dǎo)線等?？梢酝ㄟ^(guò)很多電路仿真軟件進(jìn)行，通過(guò)對(duì)以上進(jìn)行了解，到仿真電路中去（例如：multisim），以上都可以很好的實(shí)現(xiàn)其功能 電路調(diào)試:（針對(duì)搶答功能） 第1點(diǎn)（圖1）：依次按s0至s7鍵，每按完進(jìn)行清除，達(dá)到數(shù)碼管（顯示選手號(hào)碼）顯示的數(shù)字一一與按鍵對(duì)應(yīng)，達(dá)到效果，反之，查找問(wèn)題所在：第2點(diǎn)（總體方案）：模擬搶答過(guò)程，（1）預(yù)設(shè)時(shí)間倒記時(shí)開(kāi)始，依次按s0至s7鍵數(shù)碼管（顯示選手號(hào)碼）沒(méi)有數(shù)字顯示并且報(bào)警發(fā)光二極管亮起表示成功，有則找出問(wèn)題所在：（2）倒記時(shí)結(jié)束，搶答開(kāi)始，同時(shí)或者只按s0至s7任意鍵，發(fā)光二極管亮起，數(shù)碼管顯示號(hào)碼，在把所有鍵依次按一遍看顯示號(hào)碼會(huì)不會(huì)改變，不改變則完成調(diào)試，反之則找出問(wèn)題。第五章 結(jié)論搶答器豐富了我們的生活，社會(huì)中本來(lái)就充滿著競(jìng)爭(zhēng)。只是沒(méi)有很明顯的表現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)運(yùn)用它我們可以很好的證明自己的膽識(shí)和自信，所以做起搶答器來(lái)，也很想去了解它，對(duì)于八路搶答器原理也只是幾個(gè)芯片的合成體，也沒(méi)什么復(fù)雜性，所以很好的做出來(lái)，但實(shí)踐中就有些小小的麻煩，就是電壓在實(shí)踐中很難把握?？傊?，這次實(shí)踐是非常成功的，我們追求的是理論與實(shí)踐并存，課程設(shè)計(jì)就很好的為大學(xué)生表現(xiàn)自己綜合能力提供有力的平臺(tái)。實(shí)踐中有很多電路原理弄不清楚，這說(shuō)明學(xué)的不太好，從中也反