搶答器電子課程設(shè)計(jì)

1、目錄綜述11方案設(shè)計(jì)與分析21.1方案選擇21.2芯片組成22電路設(shè)計(jì)框圖及功能描述23單元電路設(shè)計(jì)33.1按鍵識(shí)別電路33.2顯示電路43.3聲音提示電路43.4脈沖發(fā)生電路54整體電路及仿真64.1電路原理64.2電路仿真74.2.1一號(hào)選手搶答74.2.2主持人復(fù)位84.2.3二號(hào)選手搶答94.2.4三號(hào)選手搶答94.2.5互鎖功能10心得體會(huì)11參考文獻(xiàn)12合肥工業(yè)大學(xué)電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)綜述智力競(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(lèi)比賽中于誰(shuí)先誰(shuí)后搶

2、答，若是僅憑主持人的主觀判斷，就很容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，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。在本次設(shè)計(jì)中，將主要實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開(kāi)始；（2）搶答器應(yīng)具有互鎖功能，某組搶答后能自動(dòng)封鎖其他各組進(jìn)行搶答（3）搶答器要有顯示的功能，搶答一組的燈亮，并且揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示該組代號(hào)。1方案設(shè)計(jì)與分析1.1方案選擇方案一；繼電器搶答器。繼電器實(shí)現(xiàn)四人搶答設(shè)計(jì)，其電路要求相關(guān)方面知識(shí)過(guò)于簡(jiǎn)單，方案簡(jiǎn)而易行，但方案電路中存在許多不足，而且成本相對(duì)過(guò)高。方案二：模電搶答器。模電實(shí)現(xiàn)四人搶答設(shè)計(jì)成本過(guò)高，控制精度不高，電路操作上存在弊端。

3、方案三：TTL搶答器。TTL數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)四人搶答器設(shè)計(jì)針對(duì)性強(qiáng)、可靠性高，經(jīng)濟(jì)成本合理。本設(shè)計(jì)采取方案三。1.2芯片組成74LS175為搶答的控制電路部分74LS148編碼器74LS48驅(qū)動(dòng)數(shù)碼NE555做脈沖發(fā)生部分2電路設(shè)計(jì)框圖及功能描述根據(jù)任務(wù)要求，四人搶答器的邏輯框圖如圖2-1所示：搶答按鈕優(yōu)先編碼電路譯碼電路譯碼顯示揚(yáng)聲器電路脈沖 發(fā)生 電 路主持人控制開(kāi)關(guān)控制電路圖2-1邏輯框圖3單元電路設(shè)計(jì)3.1按鍵識(shí)別電路電路如圖3-1所示，該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖定74LS175的功能真值表即優(yōu)先搶答者的編號(hào)；二是要使其他選手隨后的按鍵操作無(wú)效。圖3-1按鍵識(shí)別電路

4、其工作原理為：當(dāng)主持人控制開(kāi)關(guān)處于“清除”時(shí)，D觸發(fā)器的清零端為低電平，使D觸發(fā)器被強(qiáng)制清零，輸入的搶答信號(hào)無(wú)效。當(dāng)主持人將開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”時(shí)，D觸發(fā)器Q非端前一狀態(tài)為高電平，四個(gè)Q非端與在一起為高電平，再和脈沖信號(hào)與在一起給D觸發(fā)器的脈沖端，當(dāng)沒(méi)人搶答時(shí)，搶答信號(hào)為低電平，Q非端均為高電平，與門(mén)U2輸出高電平在和脈沖信號(hào)與在一起給D觸發(fā)器脈沖端，當(dāng)一有人搶答時(shí)，搶答信號(hào)為高電平，由于脈沖頻率很高，瞬間就會(huì)有一個(gè)上升沿，使D觸發(fā)器觸發(fā)，Q非端輸出低電平，經(jīng)過(guò)與門(mén)后，將低電平給脈沖端，從而使得其他選手按鍵的輸入信號(hào)不會(huì)被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)選手回答完畢，主持人控制

5、開(kāi)關(guān)S是搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。 3.2顯示電路電路如圖3-2 (四個(gè)輸入端連接Q非端)所示，用二極管的亮滅代表對(duì)應(yīng)的選手是否搶答，同時(shí)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示該選手編號(hào)圖3-2顯示電路其工作原理為：當(dāng)沒(méi)有人搶答時(shí)，Q非端輸出高電平，二極管不會(huì)發(fā)光，優(yōu)先編碼器無(wú)有效電平輸入，輸出的高電平經(jīng)非門(mén)輸入到譯碼器中，數(shù)碼管顯示0。當(dāng)有人搶答時(shí)，對(duì)應(yīng)的的Q非端輸出低電平，二極管發(fā)光，優(yōu)先編碼器有有效電平輸入，最后在數(shù)碼管上會(huì)顯示對(duì)應(yīng)選手的編號(hào)。3.3聲音提示電路電路如圖3-3（輸入端連接Q非端）所示：其功能就是聲音提示，當(dāng)有人按下?lián)尨疰I時(shí)揚(yáng)聲器就會(huì)發(fā)出聲響。圖3-3揚(yáng)聲器電路其工作原理為：當(dāng)沒(méi)有人搶答時(shí)

6、，高電平輸入與非門(mén)，揚(yáng)聲器不會(huì)響，只要有人搶答，就會(huì)有低電平輸入與非門(mén)，與非門(mén)便會(huì)輸出高電平使揚(yáng)聲器發(fā)出聲響。3.4脈沖發(fā)生電路電路如圖3-4所示，主要功能就是產(chǎn)生脈沖信號(hào)。其工作原理為：接通電源后，VCC經(jīng)R1 R2給電容C充電。由于電容上電壓不能突變，電源剛接通時(shí)C<VCC3，所以555內(nèi)部比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，即RD=1，SD=0，基本RS觸發(fā)器置1，輸出端Q為高電平。此時(shí)Q=O，使內(nèi)部放電管截止。當(dāng)C上升到大于VCC3時(shí)，RD=1，SD=1，基本RS觸發(fā)器狀態(tài)不變，即輸出端Q仍為高電平，當(dāng)VC上升到略大于2VCC3時(shí)，Rn=0，SD=1，基本RS觸發(fā)器置0，輸出端

7、Q為低電平。這時(shí)Q=1，使內(nèi)部放電管飽合導(dǎo)通。于是電容C經(jīng)R2和內(nèi)部放電管放電，c按指數(shù)規(guī)律減小。當(dāng)C下降略小于VCC3時(shí)，內(nèi)部比較器A1輸出高電平，A2輸出低電平，基本RS觸發(fā)器置1，輸出高電平。這時(shí)，Q=0，內(nèi)部放電管截止。于是C結(jié)束放電并重新開(kāi)始充電。如此循環(huán)不止，輸出端就得到一系列矩形脈沖。 圖3-4脈沖發(fā)生電路4整體電路及仿真4.1電路原理整體電路如圖4-1所示 其工作原理為：當(dāng)主持人的復(fù)位端處于高電平即無(wú)效電平時(shí)搶答開(kāi)始，四位選手只要有一位按下?lián)尨鸢存I，其他選手的搶答信號(hào)將不被接收，74LS175中搶答選手對(duì)應(yīng)的Q非端將輸出低電平，所以經(jīng)過(guò)與非門(mén)揚(yáng)聲器會(huì)收到高電平信號(hào)發(fā)出聲響，同時(shí)

8、4個(gè)Q非輸出端信號(hào)進(jìn)入編碼器中的1到4引腳，因?yàn)榫幋a器輸出低電平有效，所以編碼后經(jīng)過(guò)非門(mén)進(jìn)入譯碼器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)選手編號(hào)。圖4-1整體電路圖4.2電路仿真4.2.1一號(hào)選手搶答 當(dāng)一號(hào)選手按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)SW1時(shí)，仿真結(jié)果如圖4-2-1所示 只有該選手對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管D1亮，并且數(shù)碼管顯示數(shù)字1，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。圖4-2-1一號(hào)選手搶答仿真圖4.2.2主持人復(fù)位 當(dāng)主持人按下復(fù)位開(kāi)關(guān)，仿真結(jié)果如圖4-2-2所示 圖4-2-2主持人復(fù)位仿真圖 主持人按下復(fù)位開(kāi)關(guān)后，揚(yáng)聲器停止發(fā)聲，發(fā)光二極管D1瞬間熄滅，同時(shí)數(shù)碼管顯示數(shù)字0代表無(wú)人搶答。4.2.3二號(hào)選手搶答 當(dāng)一號(hào)選手按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)SW2時(shí)

9、，仿真結(jié)果如圖4-2-3所示 只有該選手對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管D2亮，并且數(shù)碼管顯示數(shù)字2，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。圖4-2-3二號(hào)選手搶答仿真圖4.2.4三號(hào)選手搶答 當(dāng)一號(hào)選手按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)SW3時(shí)，仿真結(jié)果如圖4-2-4所示 只有該選手對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管D3亮，并且數(shù)碼管顯示數(shù)字3，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。圖4-2-4三號(hào)選手搶答仿真圖4.2.5互鎖功能 當(dāng)四號(hào)選手搶答后，其他選手搶答均無(wú)效，仿真結(jié)果如圖4-2-5所示圖4-2-5互鎖功能仿真圖心得體會(huì)課程設(shè)計(jì)終于完成，在這個(gè)過(guò)程中我遇到了很多困難，知識(shí)的缺乏，對(duì)畫(huà)圖和仿真軟件的不熟悉等等，這其中得到了老師的很多幫助，同時(shí)也給我提供了一些材料。這個(gè)課題用到

10、了數(shù)字電路方面的知識(shí)，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)TTL等系列元器件以及其他集成電路有了一定的了解，平時(shí)課上的學(xué)習(xí)并不能很好的理解和運(yùn)用各個(gè)元件的功能，而且考試內(nèi)容有限，所以通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我們了解了很多元件的功能，并且對(duì)于其在電路中的使用有了更多的認(rèn)識(shí) 。剛拿到課程設(shè)計(jì)的題目，起初不知該從何下手，經(jīng)過(guò)老師指導(dǎo)設(shè)計(jì)和對(duì)材料的講解，再到圖書(shū)館和網(wǎng)上查找大量資料，才慢慢了解課程設(shè)計(jì)。在資料和電腦前思考的過(guò)程是苦澀的，在圖書(shū)館中查找資料的過(guò)程是也是艱辛的，但當(dāng)課程設(shè)計(jì)完成時(shí)，那感覺(jué)是舒服的，才真正理解到?jīng)]有付出就不會(huì)有回報(bào)的真正含義，一份耕耘一份收獲，有付出才會(huì)有回報(bào)，這個(gè)過(guò)程中我也學(xué)會(huì)了怎樣去

11、更有效地學(xué)習(xí)，怎樣和他人共同完成任務(wù)，知道了團(tuán)隊(duì)精神的重要性，學(xué)會(huì)了怎樣快速高效的搜集自己所需的資料。其次，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我動(dòng)手、思考和解決問(wèn)題的能力。而且，知識(shí)上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。挫折是一份財(cái)富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課程設(shè)計(jì)必將成為我學(xué)習(xí)生涯上一個(gè)非常美好的回憶！只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識(shí)與實(shí)踐相結(jié)合起來(lái)，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過(guò)程中遇到問(wèn)題，可以說(shuō)得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過(guò)各種各樣的問(wèn)題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)了自己的不足之處，對(duì)以前所學(xué)過(guò)的知識(shí)理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。以后我會(huì)主動(dòng)參加一些實(shí)踐活動(dòng)，進(jìn)一步增強(qiáng)自己的動(dòng)手能力。這次課程設(shè)計(jì)獲益匪淺，也得到了老師和同學(xué)的幫助，對(duì)大家表示感謝。參考文獻(xiàn) 1 閻石.數(shù)字電