數(shù)字課程設(shè)計(jì)八路搶答器

1、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)課程設(shè)計(jì)名稱： 數(shù)字課程設(shè)計(jì) 課程設(shè)計(jì)題目： 八路搶答器 學(xué) 院 名 稱： 信息工程學(xué)院 專業(yè)：計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù) 班級(jí)： 080613 學(xué)號(hào)： 08061301 姓名： 謝素華 評(píng)分： 教師： 20 10 年 9 月 10 日摘要隨著生活水平的提高，人們的娛樂(lè)生活也越來(lái)越豐富，各類比賽也隨之增多，對(duì)搶答器的要求也就越高，搶答器的公平公正就顯得特別重要。為了滿足各種競(jìng)賽的需要，本次設(shè)計(jì)制作了一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，該搶答器可以同時(shí)供8名選手參加比賽。本次設(shè)計(jì)的電路可以分成搶答電路、可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路、時(shí)鐘產(chǎn)生和時(shí)序控制電路、報(bào)警控制電路、電源電路等幾個(gè)模塊組成，具體的實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：給

2、節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零和搶答的開(kāi)始。該搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能，即搶答開(kāi)始后，若有選手按動(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在數(shù)碼管上顯示選手的編號(hào)，同時(shí)蜂鳴器給出音響提示，并且封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。除此之外，搶答器還具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定(如30s)。當(dāng)節(jié)目主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，要求定時(shí)器立即減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示，同時(shí)蜂鳴器發(fā)出聲響；參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)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)和搶答時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到

3、，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器上顯示00。該搶答器由數(shù)碼顯示、燈光、音響等多種手段指示出第一搶答者。具有電路簡(jiǎn)單、成本較低、操作方便、靈敏可靠等優(yōu)點(diǎn), 經(jīng)使用效果良好, 具有較高的推廣價(jià)值。關(guān)鍵字：八路搶答器，倒計(jì)時(shí)，報(bào)警，計(jì)時(shí)目錄前言4第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求5第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇6第三章 系統(tǒng)的組成及工作原理3.1 系統(tǒng)的組成7 3.2 電路設(shè)計(jì)原理8第四章 單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇 4.1搶答電路 9 4.2定時(shí)電路 10 4.3報(bào)警電路 11 4.4時(shí)序邏輯電路 12第五章 實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析 13第六

4、章 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 14 參考文獻(xiàn) 15附錄一 16附錄二 19附錄三 21八路搶答器前言隨著社會(huì)不斷的發(fā)展，電子技術(shù)也的到了飛速的發(fā)展，各中電子產(chǎn)品的質(zhì)量也的到了質(zhì)的突飛猛進(jìn)。其中的搶答器也由以前的簡(jiǎn)單、功能單一的電路，變?yōu)楝F(xiàn)在復(fù)雜、實(shí)現(xiàn)功能多的電子產(chǎn)品。市場(chǎng)上有各種形式的搶答器，但其價(jià)格昂貴，在公司、社區(qū)、學(xué)校等舉行小型競(jìng)賽時(shí)，可以考慮自己動(dòng)手開(kāi)發(fā)。因此，本次設(shè)計(jì)制作了一個(gè)八路數(shù)字搶答器，該邏輯電路搶答器可以作為裁判員，滿足小型競(jìng)賽的要求，既可以節(jié)省成本，又可以鍛煉自己的實(shí)踐動(dòng)手能力。該數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。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

5、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。本次課設(shè)運(yùn)用74系列芯片，采用74ls148芯片鎖存，采用74ls279芯片編碼，運(yùn)用74ls48芯片譯碼，ne555產(chǎn)生脈沖，數(shù)碼管顯示號(hào)碼。第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1八路搶答器1、基本要求：1）設(shè)計(jì)一個(gè)智力搶答器，可同時(shí)供八個(gè)選手或代表隊(duì)參加比賽，編號(hào)分別為0至7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕編號(hào)與選手編號(hào)對(duì)應(yīng)。2）主持人擁有一個(gè)控制開(kāi)關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零和搶答開(kāi)始。搶答開(kāi)始后，若有選手搶答，編號(hào)鎖存，顯示選手編號(hào)，并禁止其他選手搶答。直到主持人清零。2、擴(kuò)展要

6、求：1)搶答器定時(shí)搶答，當(dāng)主持人開(kāi)始后，定時(shí)器立刻減計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響。2)選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器顯示選手編號(hào)和搶答時(shí)刻，直到主持人清零。若搶答時(shí)間過(guò)了，沒(méi)有選手搶答，本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止超時(shí)搶答，時(shí)見(jiàn)顯示為零。第二章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案的選擇定時(shí)搶答器的總體框圖如圖（1）所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路組成。主體部分完成基本的搶答功能，擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答功能。圖1 定時(shí)搶答器總體框圖第三章 系統(tǒng)的組成及工作原理3.1 系統(tǒng)的組成：根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)及要求，將系統(tǒng)分為三大模塊;搶答電路、定時(shí)電路，報(bào)警電路和秒脈沖產(chǎn)生電路。搶答電

7、路部分完成搶答功能，即開(kāi)始搶答后，當(dāng)選手按下?lián)尨疰I時(shí)，能顯示選手編號(hào)，同時(shí)能封鎖電路，禁止其他選手作答。定時(shí)電路部分的主要功能是完成定時(shí)搶答，即主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，定時(shí)器自動(dòng)減計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示當(dāng)前時(shí)間。參賽選手只能在設(shè)定時(shí)間內(nèi)搶答。1. 秒脈沖發(fā)生器用555時(shí)基電路構(gòu)成的多諧振蕩器來(lái)產(chǎn)生頻率為10hz的脈沖，即輸出周期為0.1秒的方波，用74ls121產(chǎn)生脈沖。2. 譯碼顯示電路譯碼顯示電路是由74ls48譯碼器和共陰極七段數(shù)碼管led顯示器組成，通過(guò)計(jì)數(shù)器的輸出加到譯碼器的輸入，從而實(shí)現(xiàn)共陰極七段led顯示器遞減的計(jì)數(shù)功能。3.編碼電路 編碼電路由74ls148構(gòu)成，受選手按鈕及譯

8、碼電路輸出控制。4.鎖存電路 鎖存電路由四片74ls279構(gòu)成，由編碼器74ls148及主持人開(kāi)關(guān)控制。5.報(bào)警電路報(bào)警電路由二極管組成，二極管燈亮即表示報(bào)警。當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零 ( 即定時(shí)時(shí)間到 ) 時(shí) , 控制電路應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào) , 使計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時(shí)報(bào)警電路工作。6.輔助時(shí)序控制電路 控制電路要完成以下功能：操作 “直接清零”開(kāi)關(guān)時(shí) , 要求計(jì)數(shù)器滅燈。閉合 “啟動(dòng)” 開(kāi)關(guān)時(shí) , 計(jì)數(shù)器應(yīng)完成置數(shù)功能 , 顯示器顯示 30 秒字樣 ; 斷開(kāi)“啟動(dòng)”開(kāi)關(guān)時(shí) , 計(jì)數(shù)器開(kāi)始進(jìn)行遞減計(jì)數(shù)。當(dāng) “暫停 / 連續(xù)”開(kāi)關(guān)處于 “暫?！蔽恢脮r(shí)，顯示器上保持原數(shù)不變，“暫停 / 連續(xù)”

9、開(kāi)關(guān)處于“連續(xù)”位置時(shí) , 計(jì)數(shù)器繼續(xù)累計(jì)計(jì)數(shù)。當(dāng)計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)到零 ( 即定時(shí)時(shí)間到 ) 時(shí) , 控制電路應(yīng)發(fā)出報(bào)警信號(hào) , 使計(jì)數(shù)器保持零狀態(tài)不變 , 同時(shí)報(bào)警電路工作。 3.2 工作原理：接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間；當(dāng)主持人宣布搶答題目后，說(shuō)一聲“搶答開(kāi)始”，同時(shí)將控制開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)；當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手作答，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：1）優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的

10、編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)。2）揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意。3）控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次搶答。4）控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。第四章 單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇4.1搶答電路： 接通電源后，主持人按下開(kāi)關(guān)，選手開(kāi)始搶答，采用優(yōu)先編碼器74ls148編碼，74ls279鎖存編號(hào)，數(shù)碼管顯示選手編號(hào)。該電路搶答按鈕由多個(gè)開(kāi)關(guān)構(gòu)成 ，每一選手與一開(kāi)關(guān)對(duì)應(yīng)（開(kāi)關(guān)s0,s1,s7的代號(hào)分別是0，17，即搶答者的編號(hào)）。當(dāng)某一開(kāi)關(guān)按下時(shí)，觸發(fā)鎖存胡電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)

11、的輸出電平信息。同時(shí)為了防止隨后其他開(kāi)關(guān)觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂，讓最先產(chǎn)生的輸出電平返回將觸發(fā)鎖存器的電路鎖定。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，ctr1，使74ls148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端）1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按

12、鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74ls148的 此時(shí)由于仍為ctr1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端為1，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。如有再次搶答需由主持人將s開(kāi)關(guān)重新置“清除”然后才可能進(jìn)行。4.2 定時(shí)電路：由74ls192計(jì)數(shù)器數(shù)字預(yù)置端設(shè)置倒計(jì)時(shí)時(shí)間，當(dāng)主持人開(kāi)關(guān)按下后，計(jì)數(shù)器開(kāi)始減法運(yùn)算，74ls48譯碼器譯碼，數(shù)碼顯示管倒計(jì)時(shí)。計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。當(dāng)有人搶答時(shí)，74ls192停止計(jì)數(shù)，數(shù)碼管顯示此時(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。4.3報(bào)警電路：由55

13、5定時(shí)器和三極管構(gòu)成，555構(gòu)成多謝振蕩器，振蕩頻率： 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高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。4.4時(shí)序邏輯電路第五章 實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析在確定電路，領(lǐng)好元件后，先連接主體部分電路，按照所畫(huà)電路連接路，因領(lǐng)取的開(kāi)關(guān)為撥動(dòng)開(kāi)關(guān)，領(lǐng)取的導(dǎo)線不夠，于是沒(méi)有用開(kāi)關(guān)，直接用導(dǎo)線作為開(kāi)關(guān)，當(dāng)選手搶答時(shí)，只需接通選手跟地。主體部分電路連接好后，模擬搶答，與要求一致。然后再連接擴(kuò)展電路，因領(lǐng)取的顯示管為七段共陽(yáng)極顯示管，與電路所示的共陰極引腳不同，所以直接用了實(shí)驗(yàn)板上的顯示器。設(shè)計(jì)報(bào)警電路時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)不出聲音，而不接555時(shí)，直接接函數(shù)信號(hào)發(fā)生器

14、，用雙蹤示波器使兩端電壓、頻率一致時(shí)，揚(yáng)聲器可以發(fā)聲，于是把555拆了。在接三極管時(shí)，用數(shù)字萬(wàn)用表檢查三極管三端電壓時(shí)，發(fā)現(xiàn)與理論值不一致，于是沒(méi)用領(lǐng)取的三極管，直接用了電板上已有的。采用74ls121產(chǎn)生秒脈沖時(shí)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生的脈沖頻率不是1秒，調(diào)節(jié)電阻及電容大小，產(chǎn)生的脈沖仍不理想，于是直接用了電板上的秒脈沖。在整個(gè)電路中，接正5伏及接地端導(dǎo)線插得太高，導(dǎo)致電路不穩(wěn)定，檢測(cè)時(shí)要用手按住導(dǎo)線。在調(diào)試過(guò)程中主要用到了數(shù)字萬(wàn)用表、示波器，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。連接完所有導(dǎo)線后，檢測(cè)電路無(wú)誤后，接通電源，實(shí)驗(yàn)要求的各項(xiàng)功能均能做到。第六章 實(shí)驗(yàn)總結(jié) 通過(guò)這次八路搶答器的設(shè)計(jì)，我不僅學(xué)會(huì)了如何做一個(gè)簡(jiǎn)單的多路

15、智力搶答器，更加強(qiáng)了動(dòng)手能力，也讓我對(duì)一些不太熟的器材更加了解，還讓我掌握了以往許多掌握的不太牢的知識(shí)，感覺(jué)學(xué)到了很多東西。理論跟實(shí)際操作是有差距的，在實(shí)驗(yàn)中要圍繞理論知識(shí)，根據(jù)實(shí)際操作，不斷完善實(shí)驗(yàn)。兩周的課程設(shè)計(jì)，留給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐性和堅(jiān)持下去的毅力。在這次過(guò)程中，我深刻的體會(huì)到“兄弟同心，其力斷金”的重要性。團(tuán)隊(duì)精神是相當(dāng)重要的，在團(tuán)隊(duì)合作中，要善于取他人之所長(zhǎng)，不自己之所短。與搭檔的合作，讓我覺(jué)得實(shí)驗(yàn)并不枯燥，在他身上也讓我學(xué)到了遇到問(wèn)題要勇于思考，善于思考，努力發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并能及時(shí)解決它。實(shí)驗(yàn)需要反復(fù)實(shí)踐，其過(guò)程很可能相當(dāng)?shù)臒┈?，有時(shí)花很長(zhǎng)時(shí)間檢查電路故障

16、，分析原因，那時(shí)心中就有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更需要靜下心來(lái)，更仔細(xì)的查找原因。 總之，這次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我受益匪淺，在摸索我和我的搭檔實(shí)現(xiàn)了課題所要求的結(jié)果。培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了動(dòng)手操作的能力。更讓我體會(huì)到實(shí)現(xiàn)電路功能喜悅。參考文獻(xiàn)1. 白中英. 數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng). 北京. 科學(xué)出版社. 2008.2. 歐陽(yáng)星明. 數(shù)字邏輯. 武漢. 華中科技大學(xué)出版社. 20043. nilsson， james william.introduction to pspice manual for electric circuits using orcad release 9.1. 科學(xué)出版社，2003.4. 任為民. 數(shù)字電子電路學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)指導(dǎo). 北京：廣播電視大學(xué)出版社. 19925.趙柯，彭嵩. 脈沖與數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū). 南昌航空大學(xué)信息工程學(xué)院電子實(shí)驗(yàn)中心. 2010.附錄一 芯片管腳功能圖 74ls00管腳圖ne555管腳圖74ls192 引腳圖74ls48管腳圖74ls148引腳