數(shù)字電子教學規(guī)劃4路搶答器教學規(guī)劃報告

1、四人智力競賽搶答器課程設計報告、設計題目題目：四人智力競賽搶答器、設計任務和要求1)設計任務用數(shù)字顯示搶答倒計時間，由設計一臺可供 4 名選手參加比賽的智力競賽搶答器。9 ”倒計到“ 0 ”時，無人搶答，蜂鳴器連續(xù)響1 秒。選手搶答時，數(shù)碼顯示選手組號， 同時蜂鳴器響 1 秒，倒計時停止。2)設計要求(1)4 名選手編號為： 1 ，2 ，3 ，4 。各有一個搶答按鈕， 按鈕的編號與選手的編號對應， 也分別為 1 ，2，3，4。(2) 給主持人設置一個控制按鈕，用來控制系統(tǒng)清零(搶答顯示數(shù)碼管滅燈)和搶答的 開始。(3) 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，該選手

2、編號立即鎖存， 并在搶答顯示器上顯示該編號， 同時揚聲器給出音響提示， 封鎖輸入編碼電 路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。1 秒。(4) 搶答器具有定時( 9 秒)搶答的功能。當主持人按下開始按鈕后，定時器開始倒計 時，定時顯示器顯示倒計時間，若無人搶答，倒計時結束時，揚聲器響，音響持續(xù) 參賽選手在設定時間( 9 秒)內搶答有效，搶答成功，揚聲器響，音響持續(xù) 1 秒，同時定時 器停止倒計時， 搶答顯示器上顯示選手的編號， 定時顯示器上顯示剩余搶答時間， 并保持到 主持人將系統(tǒng)清零為止。如果搶答定時已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警(音響持續(xù)1

3、秒)，并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示(6)可用石英晶體振蕩器或者555定時器產(chǎn)生頻率為lHz的脈沖信號，作為定時計數(shù)器的CP信號。三、原理電路設計:1、方案比較;方案一:搶答電路：使用74ls175作為鎖存電路，當有人搶答時，利用鎖存器的輸 出信號號將時鐘脈沖置零，74ls175立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫 1s，這時搶答無效，使用74IS148作為編碼器，對輸入的型號進行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入共陰數(shù)碼管里顯示出搶答者的編號。主持人電路：；利用74IS190計數(shù)器作為倒計時的芯片，當主持人按下?lián)尨?按鈕時，74IS190被置九，同時將顯示上次搶

4、到題目的選手編號的數(shù)碼管清零,并開始倒計時，并通過74IS48編碼器將即時時間進行編碼，并送到7段共陰數(shù)碼管，顯示此時的時間。假如在9秒內有人搶答，則計數(shù)器停止倒計時，將鎖 存器鎖存，禁止選手搶答，蜂鳴器鳴叫一秒，停止倒計時。方案二:鎖存電路采用CD4042來觸發(fā)，如果用CD4042，則可以用低電平觸發(fā)，當 有人搶答時，利用鎖存器的輸出信號號將時鐘脈沖置零，CD4042立即被鎖存, 同時蜂鳴器鳴叫1S，這時搶答無效。此外當?shù)褂嫊r到 0時，利用借位RC0端來將鎖存器的信號置零。而不是像方案一那樣使用max/mi n端。對以上兩個方案進行比較可以發(fā)現(xiàn)，兩個方案均能理論上實現(xiàn)電路的功能,但是從實際情

5、況看，CD4042比較少見，很難買到這個芯片，而74IS175則很常見，比較容易買到。而在實際情況中，雖然74IS190的max/min端和RC0同 樣是借位端，當時 RC0只有半個周期的變化，并不能將時鐘信號置零，而 max/mi n 有一個周期的變化，所以用 max/mi n 比較合適。宗上所述，選擇第 一個方案比較合理。2、電路流程圖;整個電路如上圖所示，主要分為兩部分，一個是倒計時部分，一個是搶答電路, 其中搶答器電路由鎖存器電路，編碼器電路，譯碼器電路，數(shù)碼管顯示電路組成,其中鎖存器電路可用1khz脈沖電路作為其時鐘端輸入脈沖，倒計時電路由倒計時芯片，編碼器電路路，數(shù)碼管顯示電路，倒

6、計時采樣1hz的脈沖作為時鐘信號輸入端。單穩(wěn)態(tài)電路可以控制蜂鳴器鳴叫的時間，按要求可設置為1秒鐘。3、單元電路設計;(1 )、鎖存器電路的設計鎖存器電路采用以74IS175為中心的鎖存器系統(tǒng)，當4個搶答輸入端中出現(xiàn) 低電平輸入時信號時，鎖存器立即鎖存，禁止搶答，其原本為4個高電平的輸出 端也變成3高一低，可以利用一個4輸入與非門將其與非，再接一個非門后, 可以與74IS175的時鐘信號相與非，使得 CLK端的輸入信號為底電平，從而阻止其余選手的搶答，從而達到鎖存的目的74IS175的真值表如下:InputsOl/tpuLEClearClockQ tLXXLHHTHHLHtLLHHLXa可爲鎖存

7、器的單元電路設計如下:UlOA74叮沏2 IkHZ3U11A£112Si3IKBO6產(chǎn)74 KMIJ574iS17i74L£2&5ToTlr#»4oa 1SNT4L5146 FUNCTION TABLEOUT PUTSihTPirrs(2 )、編碼器電路的設計編碼器采樣74IS148作為編碼芯片,將輸入的信號進行編碼，然后輸出 2進制碼，由于74IS175為優(yōu)先編碼其,Ell 01X X H H X X X X X X X X X X X X X L L HA X X A HXXXXXL HH HH MX XX XX LL MT MH HH HHIHHHH

8、MMHHHL r HH"IHHLLHMHL-IHL TL HH h h t- 卜H H h故需要將其未用到的高優(yōu)先級的端和74IS175的輸出的4與非端進行連接,免在無人搶答時輸出型號。74ls148的真值表如右圖:編碼器電路如下:(3 )、譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路的設計搶答部分和倒計時部分的譯碼器均采用74IS48芯片，而數(shù)碼管則選擇與之相對應的7段共陰數(shù)碼管搭配，為避免電路過小，可在譯碼器與數(shù)碼管間接上拉 電阻以增大電流，上拉電阻選用1k的9針排阻。譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路 設計如下:74ls48的真值表如下:ItemInputsOutputsRBID i cBAabcdef

9、g4.5 VCYD J GNDGND州oirrOUTOUTOUT4.SV ； GND ! GNDgJNi1 1 1 |>|OITT1 1WT； 1丄4.SV4.5V1 (43VINOUToilOUTow"OUTOUT1 m 1 CNDCWCOUToinOUTOUTOUTOUT(4 )、倒計時電路的設計倒計時電路采用74IS190作為倒計時芯片，并將其輸入端置九，clk信號輸 入端采樣1hz的信號輸入，同時可利用其借位輸出端 MAX'MIN 來控制搶答端, 并且可以讓電路在到零時保持。74IS190真值表如下:二 L*DHHH輸CFdoQA輸QB出QCQDd3輸入QCC/

10、QC0CP倒計時單元電路如下:(5 )、時鐘電路的設計在本電路中需要兩種時鐘脈沖，一種是給74IS175提供的1khz脈沖信號,另一種是給倒計時電路74IS190提供的1hz，根據(jù)555多諧振蕩器的頻率計算 公式:f (Ri 2R2)CI n21可以求得1hz的電路電阻均取47k ,電容取10uf，而1khz電路的電阻取4.7k，電容取 O.luf。H.TKIl I1J13RESETvrcTEJCjDE：HCj -THILD -ourCWLT -IKtZS0C IQjOltt 1J C2(6 )、單穩(wěn)態(tài)電路及蜂鳴器的設計EEEETlEJOTVCDECHG -TH0U> -COTCVOLT

11、 -GUE0rJ4 C4lOUT1二二二1應i55JIiD?iu F J ca為保證蜂鳴器鳴叫時間為一秒，可以使用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路來實現(xiàn)，單穩(wěn)態(tài)電路的芯片可以選擇74IS123。根據(jù)74IS123的暫穩(wěn)態(tài)計算公式:TW O.28RtCt(1 Rt我們可以選擇R為36k，C為lOOuf，則在誤差許可范圍內，鳴叫時間大約是 1 秒。74IS123INPUTSOUTPUTShRdnAnBnQnQLXXLHXHXUMheXXLLHHLTJIVHIH_RITTLHnIT的真值表如下:叫。蜂鳴器采用有源蜂鳴器，為避免單穩(wěn)態(tài)電路輸出端電流不足，可以使用一個NPN三極管來驅動蜂鳴器鳴單穩(wěn)態(tài)電路及蜂鳴器電路如下:

12、4、電路工作原理;搶答電路：使用74IS175作為鎖存電路，當有人搶答時，利用鎖存器的輸 出信號號將時鐘脈沖置零，74IS175立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫 1s，這時搶答無效，使用74IS148作為編碼器，對輸入的型號進行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入共陰數(shù)碼管里顯示出搶答者的編號。主持人電路：；利用74IS190計數(shù)器作為倒計時的芯片，當主持人按下?lián)尨?按鈕時，74IS190被置九，同時將顯示上次搶到題目的選手編號的數(shù)碼管清零,并開始倒計時，并通過74IS48編碼器將即時時間進行編碼，并送到7段共陰數(shù)碼管，顯示此時的時間。假如在9秒內有人搶答，則計數(shù)器停止倒計時，將鎖存器

13、鎖存，禁止選手搶答，蜂鳴器鳴叫一秒，停止倒計時。5、整體電路。（具體清晰電路請詳見附件）- A|1UU|UU3hS.b_1Rate1JIA.ss=31I rib札1.Ilk IHl-tanu-M EF5'liu<1電路元件清單:名稱及標號型號及大小封裝形式數(shù)量鎖存器74IS175DIP 161個編碼器74IS148DIP 161個譯碼器74IS48DIP 162個計數(shù)器74IS190DIP 161個4與非門74IS20DIP 142個2與非門74IS00DIP 141個非門74IS04DIP 141個556NE556NDIP 141個單穩(wěn)觸發(fā)器74IS123DIP 141個復位開

14、關SW-PBSW-PB5個電阻200 QAXIA L-0.35個47kAXIA L-0.32個35kAXIA L-0.31個4.7kAXIA L-0.32個10kAXIA L-0.31個10 QAXIA L-0.31個電容100ufRB.3/.61個10ufRB.2/.4一個104RAD-0.21個103RAD-0.12個九針排阻1kSI P92個7段共陰數(shù)碼管2個NPN三極管8050T092-A2個蜂鳴器1個四、電路和程序調試過程與結果:先按照設計圖各個單元電路進行仿真，并對各個電路的性能及波形進行測試，發(fā)現(xiàn)電路的缺點和不足之處，例如74IS190的借位輸出端RC0端雖然在倒計時到0時有低電

15、平出現(xiàn)，但是時間只有半個周期，無法與信號與非，故不能用 來和鎖存觸發(fā)器，必須用 maxmi n代替。當調試好各個單元電路時，對各個電路進行連接組裝，連接好后對電路總的性能進行調試，看各部分的功能能達到要 求。本電路在連接后，經(jīng)測試，各部分的功能均能實現(xiàn)，顯示正確五、總結本電路使用了鎖存器，編碼器，譯碼器數(shù)碼管等構成倒計時電路使用了74IS190等電路實現(xiàn)倒計時，并利用使能端及門電路，實現(xiàn)各項鎖存，鳴叫，清零等功能，總結如下:優(yōu)點：電路功能原理清晰，各項功能均達到了要求，顯示準確，反應靈敏, 無競爭冒險現(xiàn)象，基本滿足了普通競賽的搶答要求。缺點：如果長按住按鈕不放，主持人清零后將能獲得搶答權，且由

16、于編碼器電路是優(yōu)先編碼器，所以如果兩人搶答時間間隔在1ms以內，將出現(xiàn)編號靠前的選手獲得搶答權的情況。改進：可以更改促發(fā)器的類型，如使用jk觸發(fā)器代替，則長按無效，或者在搶答端添加一個發(fā)光二極管， 當有人作弊， 二極管就會亮， 從而阻止選手長按 按鈕的缺陷。心得體會 ：通過這次課程設計， 我對于數(shù)字電路知識有了更深的了解， 尤其是對數(shù)字邏輯芯片的性能和使用方面的知識有了進一步的研究。同時實物的制作也提升了我的動手能力，實踐能力得到了一定的鍛煉， 加深了我對數(shù)字電路設計方面的興趣。 理論與實踐得到了 很好的結合。一，搶答器介紹：還可以接搶答器適用于各類知識競賽， 文娛綜藝節(jié)目， 尤其是各類知識競

17、賽， 除了了可以把各搶答組 號，違例組號， 搶答規(guī)定時限， 大體時間倒計時等在儀器等在儀器面板上顯示外， 大屏幕顯示屏顯給觀眾，既可以活躍現(xiàn)場氣氛，又便于監(jiān)督，做到公平競爭。例如：三星智 力快車等大家耳熟能詳?shù)墓?jié)目。二，功能要求：1) 本例中的搶答器最多可供 4 名參賽選手使用， 編號為 14 號，各隊分別用一個按鈕S，分別為 S1S4 )控制，并設置一個由主持人控制的系統(tǒng)清零，加分控制開關倒計時開關。2 ) 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能，并將鎖存數(shù)據(jù)用 LED 數(shù)碼管顯示出來，同時蜂鳴器發(fā)出聲響，主持人清零后，聲音提示停止。搶答器先后的分辨率為 1ms.開關 S 作為清零及搶答器控制開關，當開關S

18、 被按下時，搶答電路清零，松開后則 允許搶答。輸入搶答信號由搶答按鈕開關 S1S4 實現(xiàn)。5）有搶答器信號輸入 （開關 S1S4 中任意一個開關被按下） 時，顯示出對應的組別號碼，此時再按下其他任何一個開關無效，指示燈依舊“保持”第一開關按下時所對 應的狀態(tài)不變。加分電路由主持人控制，每次加分為一分，如果一人答錯，則由剩下的人再搶答， 直至回答正確為止，倒計時電路是 20 秒倒計時電路。三，總電路：VCK1'sue1.5 VilV *Key 7 A :104lOJMlloi他lOE=10-T0=I«-laiflzcurpjjj|rp.:DCLHt孟I -a9: I I - I

19、 -X3T3lf- lOL：TDt<- J2 . qLabgdAiU10-'-012=s'J3陽英：J4K鐘=fttoillOIFDCCDCD HEXgJfflLudLaiilu- shenoyiTi-1 L i- F *S'bscnaxiansKidianLci；.：/.：.：；- 1 J -J 1. . 1. . 1.r - I 1 F r - p p * oX" . . . I ' j - A'':DCD_HEX財MJ1iDir- - - PM101lOferozelOiS- - - -lOHJ9 bey - Space&#

20、39; :-d»o ji*hidiuiLn四，使用說明:在總電路中，為了方便看圖，我只畫出了一號的號碼顯示電路，計分電路，聲音發(fā)生電路。二號，三號，四號，可以同理畫出。KeyA, KeyB, KeyC, KeyD分別表示四個選手臺上的搶答按鈕，KeyE表示由主持人控制的清零按鈕。X9為號碼顯示電路，X6為聲音發(fā)生電路。在X1的下面是計分電路，四個按鈕也是由主持人控制的，每按下一次加一分。最下面是倒 計時電路。游戲規(guī)則是：主持人說出題目后，按下倒計時電路，四位選手搶答，當某位選手按下按鈕，其前面的燈亮起，并發(fā)出報警聲，松開開關報警聲停止，但燈繼續(xù)亮著。選手要在規(guī)定時間內回答出答案，當回

21、答完畢后，主持人按下KeyE，清零，燈滅。五，各部分電路具體分析:A:20秒倒計時電路上:；I 5V- - -ZOZ«aE3i 口 口02 .0.31:；LF2kr葩-ILMIto卜九妙I y/HMBN74L&lfi9H - '，晦亠刊 J-cw=5Lire :：;：;7iL£32N-A'汁曰uec:4LS0IllltJC 74LS32N理 .> : 嚴.-. 匪'筆'阿 峙一'<«云7 % 174L5169H'GG:場：如艙7 . . .1032.-I-O -OHD .:5>Q»

22、D : 本電路用二片74169可逆計數(shù)器級聯(lián)而成，通過ABCD引腳可以設定幾秒計時, 再通過數(shù)碼顯示管顯示出數(shù)字。當 QA,QB,QC,QD都為0時，計數(shù)器重置再次進行計數(shù)。B:聲音發(fā)生電路tinJ - - ill- -35 近timer_MTED"VCC'R2TBUKSG1WuFBUZZER1012745 HztorrI0t3當開關不閉合時，555電路不起振，沒有矩形波產(chǎn)生，揚聲器不發(fā)聲；當開關閉 合時，555電路RST端口處于高電平，555電路起振，產(chǎn)生矩形波，揚聲器發(fā) 聲，修改U11的頻率可以改變矩形波的頻率，聽到的聲音會不一樣。數(shù)顯搶答器由觸發(fā)器，顯示譯碼器，清零電路

23、等組成，用二級管顯示搶答器燈的亮滅，有人搶答后控制 D觸發(fā)器時鐘信號自動閉鎖其他人的信號傳送，使其他組再按開關時失去作用。不同的組對應燈的顏色，按下按鈕則對應的燈亮起。D :選手號碼顯示電路IOa©33Sie33IpU15VVGG -MLSigN74192的預置數(shù)控制端實現(xiàn)預置數(shù)。E:選手計分電路lOMTJ&TOl JrnusA . l74LS0aDvcc74LS161NA BE上T旳內 EEU7A :7IJ.304NueA : 744_SOOD-CT.P 74LS1S1N101023a XV:用二片74161實現(xiàn)從099的計數(shù)功能。六：問題做課程設計時，對芯片的功能大多忘了

24、，因為分了好多模塊，單個模塊仿真時沒 問題，但是放在一起仿真時就有問題了，就說那個倒計時電路，在一起仿真時, 開關閉合后，數(shù)字顯示不能自動倒計時，查了書，自己摸索，然后發(fā)現(xiàn)這個跟頻 率有關，頻率高是計數(shù)器能自動計數(shù)，當頻率低時，只有當開關閉合一次，數(shù)字 才跳轉一次。七：設計感想這次課程設計歷時一個月，通過運用 EDA 設計四路搶答器程設計，發(fā)現(xiàn)自己的 很多不足，自己知識的很多漏洞，看到了自己的實踐經(jīng)驗還是比較缺乏，理論聯(lián) 系實際的能力還急需提高。在這個過程中，我也曾經(jīng)因為實踐經(jīng)驗的缺乏失落過，也曾經(jīng)仿真成功而熱情高 漲。生活就是這樣，汗水預示著結果也見證著收獲。勞動是人類生存生活永恒不 變的話

25、題。雖然這只是一次的極簡單的課程制作 （四路搶答器），可是平心而論， 也耗費了我不少的時間和精力， 通過這次課程設計 ，我想說：為完成這次課程設計我確實很辛苦 ，但苦中仍有樂。當我遇到不會的時候就查書，詢問同學，一起討論，最終把問題解決。這個是最 重要的。當我制作成功的時候，當我連好線，按下按鈕， LED 亮了起來，喇叭響 起的是我一生以來最好聽的聲音，我的心中就不免興奮，不免激動。以前種種艱 辛這時就變成了最甜美的回憶！對我而言，知識上的收獲重要，精神上的豐收更加可喜。讓我知道了學無止 境的道理。我們每一個人永遠不能滿足于現(xiàn)有的成就，人生就像在爬山，一座山 峰的后面還有更高的山峰在等著你。挫

26、折是一份財富，經(jīng)歷是一份擁有。這次課 程設計必將成為我人生旅途上一個非常美好的回憶！四人智力搶答電路、設計任務與要求1.設計任務設計一臺可供 4 名選手參加比賽的智力競賽搶答器。 用數(shù)字顯示搶答倒計 時間，由“ 9”倒計到“ 0 ”時，無人搶答，蜂鳴器鳴響。選手搶答時，數(shù)碼顯 示選手組號，同時蜂鳴器鳴響，倒計時停止。2.設計要求（1）4 名選手編號為： 1，2，3， 4。各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選 手的編號對應，也分別為 1，2，3，4 。（2）給主持人設置一個控制按鈕， 用來控制系統(tǒng)清零 （搶答顯示數(shù)碼管滅燈） 和搶答的開始。（ 3）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。 搶答開始后， 若有

27、選手按動搶答按 鈕，該選手編號立即鎖存， 并在搶答顯示器上顯示該編號， 同時揚聲器給出音響 提示，封鎖輸入編碼電路， 禁止其他選手搶答。 搶答選手的編號一直保持到主持 人將系統(tǒng)清零為止。搶答器具有定時搶答的功能。（ 4）當主持人按下開始按鈕后， 定時器開始倒計時， 定時顯示器顯示倒計時 間，若無人搶答，倒計時結束時，揚聲器響。參賽選手在設定時間（ 10 秒）內 搶答有效，搶答成功，揚聲器響，同時定時器停止倒計時，搶答顯示器上顯示選 手的編號，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。0。（5）如果搶答定時已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警，并封鎖輸入編碼電路

28、，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示二、總體方案1.工作原理：本電路圖是用 D 觸發(fā)器和與非門組成的，555 電路提供 CP 脈沖，主要提供Space 按鈕為主持人復位按鈕。這時芯片雖然有連續(xù)脈沖輸入 ,但給倒計時的脈沖。 1,2,3,4 按鈕為搶答者按鈕， 當沒有人搶答時，按鈕 1,2,3,4 均為高電平，74LS373 的輸出端 Q1-Q4 均為 1 ，發(fā)光二極管不亮，蜂鳴器輸入端為高電平， 所以發(fā)聲。當有人搶答時，例如1鍵被按下時，在CP脈沖作用下，Q1立即變 為 0，發(fā)光二極管被點亮，同時蜂鳴器發(fā)聲，在經(jīng)反向后，控制脈沖不能再作用到觸發(fā)器， 即使其他搶答者按下按鈕也將不起作用。 倒計時結束