最新八路搶答器課程設計報告

1、XX物電系電子信息工程課程設計八路搶答器科技學院課程設計說明書課程設計名稱：課程設計題目：學院名稱：專業(yè)： 班級：1382041學號： 姓名：評分：教師：20年月日右士罟科技學院課程設計任務書20 20學年 第學期 第周一周學生姓名：指導時間指導地點：樓室任務下達20年月日任務完成20年月日考核方式1.評閱 2.答辯3.實際操作4.其它口指導教師系（部）主任注：1、此表一組一表二份，課程設計小組組長一份；任課教師授課時 自帶一份備查。2、課程設計結(jié)束后與“課程設計小結(jié)”、“學生成績單”一并交院 教務存檔。第22頁共19頁目錄摘要3前言4第一章設計要求 51.1基本要求 51. 2提高要求 5第

2、二章系統(tǒng)的組成及工作原理62.1系統(tǒng)的組成框圖62.2 系統(tǒng)的工作原理6第三章 電路設計73. 1方案的選擇73.1.1 方案一73.1.2 方案二83.1.3 確定方案83. 2單元電路設計93. 2.1搶答電路的設計 93. 2.2定時電路的設計 113. 2.3報警電路的設計123.2.4時序電路的設計 13第四章 電路實驗與調(diào)試 164. 1焊接164. 2調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決 16第五章設計總結(jié)17摘要介紹了數(shù)碼顯示八路搶答器電路的組成、設計及功能，電路采用74系列常用集成電路進行設計。該搶答器除具有基本的搶答功能外， 還具有定時、計時和報警功能。主持人通過時間預設開關(guān)預設供搶答

3、的時間，系統(tǒng)將完成自動倒計時。若在規(guī)定的時間內(nèi)有人搶答，則計 時將自動停止；若在規(guī)定的時間內(nèi)無人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā) 響，提示主持人本輪搶答無效，實現(xiàn)報警功能，若超過搶答時間則搶 答無效。該搶答器主要運用到了編碼器，譯碼器和鎖存器：它采用74LS148 來實現(xiàn)搶答器的選號，采用74LS279芯片實現(xiàn)對號碼的鎖存，采用74LS192實現(xiàn)十進制的減法計數(shù)，采用 555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號來共 同實現(xiàn)倒計時功能，采用74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來實現(xiàn)報警信號的輸出。通過課程設計提高和鞏固了所學的專業(yè)知識，以及知識的綜合應 用和焊接技術(shù)。關(guān)鍵詞：搶答器編碼譯碼定時報警冃U 言進入21世紀越來越來多的電

4、子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽，搶答記分器是必 要設備。過去在舉行的各種競賽中我們經(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 程度上會因為主持人的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，有了這些更準確地儀器使得我們的 競賽變得

5、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步搶答器的制作也更加追求精益求精，人 們擺脫了耗費很多元件僅來實現(xiàn)用指示燈和一些電路來實現(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。但這種電路不易于擴展，而且當有更高要求是酒 無法實現(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，它易于擴展，可靠性好，集成度高，而且費用低，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，或利用單片機技術(shù)進行設計，本次設計主要利 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

6、塊進 行各個部分的設計，最后完成了八路智力競賽搶答器的設計。第一章設計要求1.1基本要求（1）搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕 SO S7表示。（2）設置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) S,該開關(guān)由主持人控制。（3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的 編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在數(shù)碼管上顯示選手號碼。選手搶 答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清 除為止。1.2提高要求（1）搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設定（如30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時。同時 揚聲器發(fā)出短暫的響聲，響聲持續(xù)

7、 0.5秒左右。發(fā)光二極管燈亮。（2）參賽選手在設定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止 工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系 統(tǒng)清除為止。（3）如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警 并禁止搶答，定時顯示器上顯示 00。（4）按鈕到控制中心的距離為20M。第二章系統(tǒng)的組成及工作原理2.1系統(tǒng)的組成框圖:圖2.1系統(tǒng)組成框圖2.2系統(tǒng)的工作原理: 定時搶答器的總體框圖如下圖2.2：圖2.2搶答器工作框圖如圖所示電路包括主體電路和擴展電路兩部分。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，

8、其他選手搶答無效。擴展 電路完成定時搶答的功能以及報警功能。圖2.2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 于禁止狀態(tài)，選手不能進行搶答，定時顯示器顯示設定的時間（30s）,當主持人將控制開關(guān)置于 “開始”時，揚聲器發(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）揚聲器發(fā)出短暫聲響；（3）控制電路對其余輸入編碼進行封鎖，禁止其他選手進行搶答；（4）控制電路要使定時器停止工作，數(shù)碼管上顯示

9、剩余的搶答時間， 當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)進行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng) 回復到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。當定時時間到，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。第三章電路設計3.1方案的選擇：3.1.1【方案一】原理：在選手搶答前，“清除/起始”開關(guān)S使基本RS觸發(fā)器輸出端Q為0，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器禁止；當主持人按下“清 除/起始”開關(guān)S時，基本RS觸發(fā)器輸出端Q為1,與優(yōu)先擴展輸出 端Yex共同作用，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器選通輸入端 ST為0,允 許編碼，等待數(shù)據(jù)輸入。此時優(yōu)先按動序號的組號立即通過編碼器按 BCD421碼輸出，經(jīng)RS鎖存

10、器74LS279將該數(shù)碼鎖存到LED顯示器 上。與此同時，Yex （引腳為14）由1翻轉(zhuǎn)為0,與非門G1輸出為1, 選通輸入端ST為1,編碼器被禁止。此外，在 Yex由1翻轉(zhuǎn)為0時， 還驅(qū)動報警電路工作，發(fā)出聲音。BusBus1 25G174S00DIOG OF OE OD OC OB OAgF辰VCC5V選手控制開關(guān)8x10kohmU1R74S2 4DQ74S00D74S00D6VCC5VU274.S14D27D2主持人開關(guān)控制開始174LS04D 清除SG 0U3A74.S27D2 圖45基本RS觸發(fā)器R13 k)U3B74LS3.1.2【方案二】該方案即為筆者所采用的方案，它采用了74L

11、S148來實現(xiàn)搶答器的選號，采用了 74LS279芯片實現(xiàn)對號碼的鎖存，采用了 74LS192實 現(xiàn)十進制的減法計數(shù)，555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號來共同實現(xiàn)倒計時， 采用了 74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來實現(xiàn)報警信號的輸出。3.1.3確定方案在方案一中，主要多了一個基本RS觸發(fā)器，以及相對的74LS148 引腳與74LS279之間連線的相應改變，這又涉及到之后的提高方案中 的連線的改變。它有自身的優(yōu)點，即基本 RS觸發(fā)器又相當一鎖存器（74LS279），它可以對主持人的指令進行進一步的鎖存，這樣就可以 增強它的抗干擾能力，但其線路過于復雜，另外此次實驗所用的電路 板對電路設計的大小要求很高，而且在布局

12、和焊接上要越精練越好， 所以它不是首選方案。而由于方案二已能滿足基本設計和提高設計的 要求，而且它的原理更簡單易懂，直觀明了，元件更少，連線更方便， 焊接更可靠，且比較容易實現(xiàn)，所以最終選用了方案二。3.2單元電路設計3.2.1搶答電路的設計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（4QH 1Q全部為低電平

13、。于是74LS48的 BI=O，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端 ST=O, 74LS148處于工作 狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。當主持人將開關(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I 7、|6、I 5、|4、|3、|2、|1、I 0輸入信號，當有選 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=1Q1 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，74L

14、S148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。 當按下的鍵松開后，74LS148的Yex高電平，但由于CTF維持高電平不 變，所以74LS148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確性。當優(yōu)先 搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關(guān)S,使搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。3.2.2定時電路的設計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引腳完成時間設定 功能，本設計要求定時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

15、的初始時間設定為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，完成十進制的倒記時功 能。當有人搶答后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。VCC5V1 2 6D cB AOBRnB-占R3ICkohm控制開關(guān)R11 2 6預置數(shù)據(jù)端2

16、6715<ohmVCCRSTDISR2THR68kohmTRICONC210iF0.1uF3.2.3報警電路的設計GoFoABCDQQQQABCD8 U7OUTGND1Q5f5_VIRTUAL3.2 .2預置數(shù)據(jù)端ABCQQQQABCD267121374LS04DBuS74LS15D定時到信號定時電路由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖3-3所示:R1VCC 5VVCC 5VR4Ikohm8 U115kohmR368kohmC10.1uFVCCRSTDISTHRTRIR2Q1BJT NPN VIRTUALOUT510ohmC2CONGND1 555_VIRT UALR5IIU2100

17、uF510ohm200Hz圖323報警電路其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：f 0=1/(R 計2F2)*C*In2=1.43/(R1+2F2)*C其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電 平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。3.2.4時序電路的設計時序控制電路是搶答器設計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能: 主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答 電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)， 當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路 停止工作。 當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電 路和定時電路停止工作。根據(jù)上面的功能要求以及圖

18、3.2.1和圖3.2.2，設計的時序控制電路如圖3.2.4所示:定時到信號CPU1A1B2usBus74LS11D12U3A1 1時鐘信號U4A1 _ 21Q 1 74LS04DU2A1 3 & 2ST74LS00DIT65'TSH-I +5V3TR-A皿J 100K411EEXT；CERTCEXTio 丁1CufGND圖3.2.4(A)搶答與定時電路的時序控制電路圖3.2.4(B)報警電路的時序控制電路圖中，門G的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作 用是控制74LS148的輸入使能端ST。圖3-4( a)的工作原理是：主持 人控制開關(guān)從“清零”位置撥到“開始”位置

19、時，來自于圖 3-1中的 74LS279的輸出CTR=0經(jīng)G反相，A=1,則從555輸出端來的時鐘信 號CP能夠加到74LS192的CFD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時， 在定時時間未到時，來自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BQ=1,門G2的輸出ST=Q使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要 求；當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，CTR=1經(jīng)G3反相，A=0,封鎖CP信號，定時器處于保持狀態(tài)，門 G2的輸出ST=1, 74LS148處于 禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求；當定時時間到時，來自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BQ=O,門G2的輸出ST=1, 74LS14

20、8處于 禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答，門 G同時處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP 信號，使定時電路為00狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能的要求，74LS121用于 控制報警電路及發(fā)聲的時間。我做的搶答電路，能正 常工作。第四章電路實驗與調(diào)試4.1焊接通過實驗原理圖進行實物焊接，焊接時能深刻體會到焊接工藝的重 要性：各個芯片的引腳功能不能混淆，必須了解各個芯片的使用方法, 內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用時的注意事項，該接電源的一定要接電源，該接地 的一定要接地，且不能有懸空。同時在電路板上要預先確定電源的正 負端，便于區(qū)分及焊接。正確焊接各芯片個管腳連接必須查閱各種資 料并記錄，以確保在焊接過程和調(diào)試過程中芯片不被燒壞，同時確保

21、整個電路的正確性。在焊接完后每塊芯片都用萬用表檢測，看是否有 短接等，還有焊接時要盡量使布線規(guī)范清晰明了，這樣才有利于在調(diào) 試過程中檢查電路。4.2調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法（1）顯示電路不穩(wěn)定問題在完成電路的焊接進入調(diào)試階段時發(fā)現(xiàn)搶答器數(shù)碼管顯示選手編 號不穩(wěn)定。主要表現(xiàn)在單選手按下?lián)尨疰I后數(shù)碼管顯示的不是選手當 前號碼。因此著手對電路進食檢查，首先檢查數(shù)碼管看是否是關(guān)節(jié)焊 接錯誤，后又檢查電路各個芯片管腳接錯均未發(fā)現(xiàn)問題，最后發(fā)現(xiàn)當 觸動某按鍵連線時顯示正常由此判斷可能是因為出現(xiàn)了虛焊，遂將電 路各焊點又仔細焊接了一遍，此時電路顯示正常。（2）控制開關(guān)無法控制電路在調(diào)試是發(fā)現(xiàn)當按下主持人開關(guān)時電路斷電，當松開后數(shù)碼管顯 示始終為7,經(jīng)過一個多小時對電路用萬用表逐個檢查