數(shù)電多路搶答器設(shè)計

1、目錄1、 設(shè)計目的以及要求2、 工作原理概述3、 系統(tǒng)流程方框圖4、 各部分原理介紹 4.1 搶答器部分 4.2 倒計時電路部分 4.3 蜂鳴器報警電路部分5、 multisim調(diào)試過程與調(diào)試結(jié)果 5.1 搶答器調(diào)試 5.2 倒計時調(diào)試 5.3 蜂鳴器調(diào)試6、 設(shè)計結(jié)論7、 設(shè)計心得與總結(jié)8、 參考文獻(xiàn)9、 成員貢獻(xiàn)1、 設(shè)計目的以及要求進(jìn)入21世紀(jì)越來越來多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學(xué)校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答記分器是必要設(shè)備。過去在舉行的各種競賽中我們經(jīng)常看到有搶答的環(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因?yàn)橹鞒秩说?/p>

2、主觀誤斷造成比賽的不公平性。人們于是開始尋求一種能不依人的主觀意愿來判斷的設(shè)備來規(guī)范比賽。因此，為了克服這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利用各種資源和條件設(shè)計出很多的搶答器，從最初的簡單搶答按鈕，到后來的顯示選手號的搶答器，再到現(xiàn)在的數(shù)顯搶答器，其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計時搶答，還兼具報警，計分顯示等等功能，有了這些更準(zhǔn)確地儀器使得我們的競賽變得更加精彩紛呈，也使比賽更突顯其公平公正的原則。 今天隨著科技的不斷進(jìn)步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費(fèi)很多元件僅來實(shí)現(xiàn)用指示燈和一些電路來實(shí)現(xiàn)簡單的搶答功能，使第一個搶答的參賽者的編號能通過指示燈顯示出來，避免不合理的現(xiàn)象發(fā)生。但這種電

3、路不易于擴(kuò)展，而且當(dāng)有更高要求是酒無法實(shí)現(xiàn)，例如參賽人數(shù)的增加。隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)字搶答器誕生了，它易于擴(kuò)展，可靠性好，集成度高，而且費(fèi)用低，功能更加多樣話，是一種高效能的產(chǎn)品。而如今在市場上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機(jī)技術(shù)進(jìn)行設(shè)計，本次設(shè)計主要利用常見的74LS系列集成電路芯片和555芯片，并通過劃分功能模塊進(jìn)行各個部分的設(shè)計，最后完成了八路智力競賽搶答器的設(shè)計。 設(shè)計要求：設(shè)計一個多路搶答器，可供8名選手進(jìn)行搶答；主持人可清零系統(tǒng)和宣布搶答開始；主持人可設(shè)定搶答時間進(jìn)行定時搶答，并顯示選手的編號及音響提示。2、 工作原理概述 如圖所示電路包括主體電路和擴(kuò)展電路兩部

4、分。其中主體電路完成基本的搶答功能，即主持人按下控制開關(guān)后，當(dāng)選手按動搶答鍵時，數(shù)碼管顯示選手編號，同時封鎖輸入電路，其他選手搶答無效。擴(kuò)展電路完成定時搶答的功能以及報警功能。如圖所示電路的工作過程是：接通電源后，主持人將控制開關(guān)置于“清除”處，此時搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，選手不能進(jìn)行搶答，定時顯示器顯示設(shè)定的時間（30s），當(dāng)主持人將控制開關(guān)置于 “開始”時，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，搶答器處于工作狀態(tài)，同時定時器開始倒計時。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，電路要完成以下功能： （1）優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后通過譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號；（2）揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響

5、；（3）控制電路對其余輸入編碼進(jìn)行封鎖，禁止其他選手進(jìn)行搶答； （4）控制電路要使定時器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時間，當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)進(jìn)行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。當(dāng)定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)將報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。3、 系統(tǒng)流程方框圖鎖存器保持住搶答人編號，q1端輸出1，激活顯示屏顯示，同時關(guān)閉計時系統(tǒng)，等待返回clear初始狀態(tài)：主持人按鍵處于clear，鎖存器電路，計時電路，報警電路均處于待機(jī)狀態(tài)主持人將clear換到start，計時電路開始工作，數(shù)據(jù)選擇器打開有人搶答無人搶答Q1在計時完畢后輸出1

6、，顯示器顯示8，輸出激活報警電路，持續(xù)報警，直到主持人按下clear，q1被置成0，報警電路停止工作4、 各部分原理介紹4.1搶答器電路部分 搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，其電路組成如圖3-1所示：圖3.2.1 搶答電路其工作原理是：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端（4Q1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此

7、時鎖存電路不工作。當(dāng)主持人將開關(guān)撥到“開始”位置時，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，既搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號，當(dāng)有選手將鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后，74LS148的YEX高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS

8、148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號仍不會被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。由于multisim上的元器件標(biāo)號和功能與書上標(biāo)準(zhǔn)有出入，故重新選擇原件搭建。經(jīng)由上述原理搭建而成的multisim電路圖如下，調(diào)試結(jié)果將在后文詳述4.2 計時器部分原理74LS48的7，6，2，3引腳接受來自74LS192的輸出信號并把它譯碼 顯示在數(shù)碼管上。74LS192的9，10，11，15引腳完成時間設(shè)定功能，本設(shè)計要求定時30秒，所以把左邊的芯片的1，15引腳接高電位，期于的全接低位，使的初始時間設(shè)

9、定為30秒。555芯片完成產(chǎn)生秒脈沖的功能。工作過程為：搶答開始前，74LS192的置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為30，5引腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖沖推動右邊的芯片開始倒記時，同時右邊芯片產(chǎn)生的信號做為左邊芯片的CP信號推動左邊的芯片倒記時，完成十進(jìn)制的倒記時功能。當(dāng)有人搶答后1Q的輸出為1，經(jīng)過非門后變?yōu)?，通過與門屏蔽了秒信號，停止記時，完成顯示搶答時間的功能。當(dāng)記到了30秒時，左邊的芯片產(chǎn)生的定時到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使得數(shù)碼管顯示為00。 計時原理圖 簡而言之，就是將低位的進(jìn)位信號送進(jìn)高位的load端，如果要產(chǎn)生其他進(jìn)制（主持人可以通過改變置數(shù)端來改變進(jìn)

10、制，本模擬中采用24進(jìn)制）。用mutisim搭建的圖如下，效果如下： 可以看見，右下角有一個五路與非門，用來產(chǎn)生復(fù)位信號，如果循環(huán)完畢，或者輸入端q=1（有人選擇），時間就會停止。 4.3 蜂鳴器報警電路由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖所示： 報警電路其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：f0=1/(R1+2R2)*C*ln2=1.43/(R1+2R2)*C其輸出信號經(jīng)三極管推動揚(yáng)聲器。如果q1端有輸出，則蜂鳴器獲得電壓，反之沒有輸出。圖中的PR為控制信號，當(dāng)PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。實(shí)際測試時可以將蜂鳴器頻率調(diào)高，這樣聽得更清楚。5、 multisim測

11、試過程 5.1搶答器測試 上述圖中，右端的開關(guān)2供主持人使用，有兩個檔，當(dāng)置于clear時電路處于待機(jī)狀態(tài)，反之開始搶答。 下端有8個開關(guān)s0s7為供參賽選手使用的搶答開關(guān)。3號選手搶答，顯示器顯示數(shù)字3如果之后按下其他按鍵，顯示器顯示數(shù)字不變，從上可見該電路同時實(shí)現(xiàn)了顯示第一個搶答和屏蔽其他搶答的功能。左下角為s-r鎖存器q1端，就是顯示是否有人搶答的位置。通過該端口與計時部分，與蜂鳴器部分進(jìn)行級聯(lián)，就可以成功將三個部分連成一個有機(jī)的整體。5.2 倒計時計數(shù)器部分計時器沒有采用原理中的555芯片，由于自主搭建的信號發(fā)生器頻率帶有誤差，為方便調(diào)試起見，直接使用信號發(fā)生器產(chǎn)生clk信號。上圖中右

12、下角的開關(guān)鍵相當(dāng)于搶答器中的主持人控制開關(guān)，clear時斷開，start時閉合，斷開時待機(jī)狀態(tài)如圖（24進(jìn)制），與非門多引出來的線連接q1，如果有人搶答，q1=1，與非門輸出變?yōu)榱?，相?dāng)于開關(guān)斷開，起到了中斷計時的作用。在74ls190的置數(shù)端可以設(shè)置不同的高低電平已達(dá)到改變倒計時的目的。上為正在倒計時的電路狀態(tài)。5.3蜂鳴器電路Vdd接入的是q1端與Yes的與，表示倒計時完畢并且沒有人選擇。蜂鳴器頻率調(diào)成600hz，聽得很清楚。6、 設(shè)計結(jié)論 搶答器可以用幾片集成芯片完成，避免了單片機(jī)編程的復(fù)雜性，同時提高了穩(wěn)定性。軟件模擬下的搶答器表現(xiàn)良好，可以完全滿足設(shè)計要求。在實(shí)際制作時應(yīng)嚴(yán)格按照電路

13、圖連接，并且保證個個部分接觸良好，減少因短路引起的故障。7、 設(shè)計總結(jié)與體悟本次電子課程設(shè)計將理論與實(shí)踐有機(jī)地結(jié)合，既考查了同學(xué)對理論知識的掌握程度，由反映了實(shí)際動手能力，更主要的是考查了同學(xué)對知識的綜合運(yùn)用以及創(chuàng)新設(shè)計思維能力，為今后的發(fā)展提供了一次良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。針對課設(shè)題目八路搶答器，一開始還沒有頭緒，不會運(yùn)用所學(xué)知識進(jìn)行有效設(shè)計，但通過上網(wǎng)查閱各種類似的設(shè)計，去圖書館翻閱相關(guān)設(shè)計書籍，查閱所提供的芯片功能，確定基本設(shè)計方案，又通過仿真驗(yàn)證試驗(yàn)方案的可實(shí)行性，雖說比較煩雜但卻對設(shè)計一個電路有了基本的經(jīng)驗(yàn)。同時也使自己認(rèn)識到：1、設(shè)計思路是整個設(shè)計的靈魂拿下每個課題能有一個非常清晰的設(shè)計思

14、路是至關(guān)重要的。只有對課題的充分理解，對各種器件的熟練掌握，勾畫出基本的設(shè)計圖是成功的關(guān)鍵，必須多花時間在設(shè)計上才能為后續(xù)工作提供更扎實(shí)的基礎(chǔ)。翻閱各種資料，上網(wǎng)查詢填補(bǔ)所需知識的空白是必要的。2.焊接制作必須精益求精焊接必須精益求精，一絲不茍，一點(diǎn)的差錯都可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果錯誤，因此必須準(zhǔn)確無誤還要工整，這樣才能在調(diào)試中能比較輕松進(jìn)行，也是整個電路可看性更好。3、調(diào)試調(diào)試工作是個精細(xì)工作。在調(diào)試過程中，有些問題是芯片本身損壞引起的，也有些是因?yàn)楹附訂栴}引起的等因此排查過程需要特別有耐心，通過對芯片功能的檢驗(yàn)，對焊點(diǎn)的檢查最后檢查出問題所在。當(dāng)最后解決問題時，電路的正確是非常振奮，也很有成就感和滿足感。4、建議設(shè)計的作品主要是用74系列集成芯片來完成的，在焊接的過程中由于芯片的引腳過多，布線工作不是很方便。有時候還因?yàn)槟骋桓€沒有焊牢，造成電路的不穩(wěn)定，這些都是有待改進(jìn)的。5、不足實(shí)驗(yàn)效率低，焊接水平不足導(dǎo)致電路穩(wěn)定性不高，布線比較混亂，這些都有待提高?？傊谠O(shè)計過程中學(xué)到了許多。作為現(xiàn)代的大學(xué)生，如果僅停留在以往的層次上，是遠(yuǎn)遠(yuǎn)跟不上時代的步伐，也無法使自己立足在競爭如此激烈的社會里，通過此次實(shí)習(xí)，看到了自己的水平和差距，學(xué)要在今后的學(xué)習(xí)中又進(jìn)一步的提高。8. 參考文獻(xiàn)參