智能搶答器論文

1、課 程 設(shè) 計(jì)題目：智能搶答器的設(shè)計(jì)與制作 姓 名 學(xué) 號 系（院）電子電氣工程學(xué)院 班 級 P11電氣三班 指導(dǎo)教師_ 職 稱_二O一三年 三 月 日目錄摘要 1第1章 課程設(shè)計(jì)目的 31.1 搶答器的特點(diǎn)及應(yīng)用 31.2 設(shè)計(jì)任務(wù) 31.3 主要參考器件 41.4 主要芯片介紹 4優(yōu)先編碼器 74LS148 51.4.2計(jì)數(shù)器74LS192 6第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和方案分析 62.1 電路組成原理 62.2 設(shè)計(jì)思路 72.3 設(shè)計(jì)方案 7第3章 硬件電路設(shè)計(jì)和仿真 83.1倒計(jì)時(shí)模塊 83.1.1秒時(shí)鐘 83.1.2 計(jì)數(shù)器 93.1.3 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示電路 93.2 搶答設(shè)計(jì)模塊 10

2、3.3 總電路圖仿真 11第4章 硬件調(diào)試過程及解決方法 12第5章 總結(jié) 13參考文獻(xiàn) 13 摘要隨著電子技術(shù)的發(fā)展，它在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用也越來越廣泛。人們對它的認(rèn)識也逐步加深。人們也利用了電子技術(shù)以及相關(guān)的知識解決了一些實(shí)際問題。如： 智能搶答器的設(shè)計(jì)與制作。搶答器是競賽問題中一種常用的必備裝置，從原理上講，它是一種典型的數(shù)字電路。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)的輸入信號在顯示器上輸出；主持人按開始按鈕示意開始，以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)過布線、焊接、調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成形。在搶答電路中利用一個(gè)優(yōu)先編碼器

3、譯出最先搶到答題權(quán)的選手的編號并經(jīng)LED 顯示器顯示出來，同時(shí)還要封鎖電路以防其他選手再搶答。當(dāng)選手答題完成后，主持人將系統(tǒng)恢復(fù)至零。關(guān)鍵詞：搶答,計(jì)時(shí),鎖存AbstractWith the development of electronic technology, its applications in various fields are more and more widely. People also gradually deepening understanding of it. It is also the use of

4、electronictechnology and related knowledge to solve some practical problems. Such as: smart Responder design and production.Responder is a common essential device contest problems, from the principle of speaking, it is a typical digital circuit. Digi

5、tal answering device extended from the main circuit and the circuit.Input signal priority coding circuit, latch, decoder circuit will be theteam in the display output; host press the start button to start,above the main circuit composed of

6、two parts. Through the timing circuit to realize the function of timing, expansion circuit. After wiring, welding, debugging work forming digital answering device.In answer circuit using a priority encoder can translate the answer

7、right to grab the number of players and the LED display, but also to the blockade to prevent other players then answer circuit.When a contestant answer is completed, the host system return tozero.Keywords: answer, t

8、iming, latch第1章 課程設(shè)計(jì)目的1.1計(jì)時(shí)器的特點(diǎn)及應(yīng)用在現(xiàn)在社會(huì)競爭日益激烈，選拔人才，評選優(yōu)勝，知識競賽之類的活動(dòng)愈加頻繁，那么也就必然離不開搶答器。而現(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向發(fā)展， 這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識競賽越來越多，操作簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型搶答器必將大有市場。本搶答器通過十分巧妙的設(shè)計(jì)僅用兩塊數(shù)字芯片便實(shí)現(xiàn)了數(shù)顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比較有分辨時(shí)間極短、結(jié)構(gòu)清晰，成本低、制作方便等優(yōu)點(diǎn)，并且還有防作弊功能。因此，我們制作了這款簡易四路搶答器屏棄了成本高，體積大，而且操作復(fù)雜。我們采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動(dòng)鎖存顯示結(jié)

9、果，并自動(dòng)復(fù)位的設(shè)計(jì)思想，因而本搶答器具有顯示直觀，不需要人干預(yù)的特點(diǎn)。而且在顯示時(shí)搶答器會(huì)發(fā)出叮咚聲使效果更為生動(dòng)。工廠、學(xué)校和電視臺(tái)等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答記分器是必要設(shè)備。1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)一臺(tái)可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器.4名選手編號為；1，2，3，4。各有一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應(yīng)，也分別為1，2，3，4。給主持人設(shè)置一個(gè)控制按鈕，用來控制系統(tǒng)清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。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(dòng)搶答按鈕，相應(yīng)二極管發(fā)光，改選手編號立即鎖存，并在編號顯示器上顯示該編號，同時(shí)封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)

10、先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(shí)（9秒）搶答的功能。當(dāng)主持人按下開始按鈕后，要求定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，并用定時(shí)顯示器顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間。參賽選手在設(shè)定時(shí)間（9秒）內(nèi)搶答，搶答有效，同時(shí)定時(shí)器停止倒計(jì)時(shí)，編號顯示器上顯示選手的編號，定時(shí)顯示器上顯示剩余搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。如果定時(shí)搶答時(shí)間已到，卻沒有選手搶答時(shí)，本次搶答無效。并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器顯示0。 1.3 主要參考器件表1 使用器件序號器件名稱數(shù)量備注174LS279D1D觸發(fā)器274LS192D1同步減法計(jì)數(shù)器3555定時(shí)器1連接成多諧振蕩與秒時(shí)鐘脈沖474LS08D

11、1與門574LS00D1與非門674LS48D2七段顯示譯碼器774LS148D18 線3 線優(yōu)先編碼器8開關(guān)按鈕19搶答按鈕410BCD七段顯示器2共陰極11電容312電阻71.4主要芯片介紹 1.4.1 優(yōu)先編碼器 74LS14874LS148為8線3線優(yōu)先編碼器，芯片功能圖如圖2所示。圖2 74LS148管腳圖 表3 74LS148 8線3線二進(jìn)制編碼器真值表74LS148工作原理如下： 該編碼器有8個(gè)信號輸入端，3個(gè)二進(jìn)制碼輸出端。此外，電路還設(shè)置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS。 當(dāng)EI=0時(shí)，編碼器工作；而當(dāng)EI=1時(shí)，則不論8個(gè)輸入端為何種狀態(tài)，3個(gè)輸出

12、端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端和輸出使能端均為高電平，編碼器處于非工作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出也為低電來有效的情況。當(dāng)EI為0，且至少有一個(gè)輸入端有編碼請求信號（邏輯0）時(shí)，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS為0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為1。由功能表可知，在8個(gè)輸入端均無低電平輸入信號和只有輸入0端（優(yōu)先級別最低位）有低電平輸入時(shí)，A2A1A0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由GS的狀態(tài)加以區(qū)別，當(dāng)GS1時(shí)，表示8個(gè)輸入端均無低電平輸入，此時(shí)A2A1A0=111為非編碼輸出；GS0時(shí)，A2A1A0=111表示響應(yīng)輸入0端為低電平時(shí)的輸出代碼（編碼輸出）。EO只有

13、在EI為0，且所有輸入端都為1時(shí)，輸出為0，它可與另一片同樣器件的EI連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編碼器。 從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級別的次為7，6，0。輸入有效信號為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端無低電平輸入時(shí)，輸出端才輸出相對應(yīng)的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級別比它高的輸入6和輸入7均為1時(shí)，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理1.4.2 計(jì)數(shù)器74LS19274LS192具有下述功能： 異步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 異步置數(shù)：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,

14、Q3Q2Q1Q0保持原態(tài) 加計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計(jì)數(shù) 減計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計(jì)數(shù)74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。 CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。 CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。 CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出 BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。2圖4 74LS192管腳引線圖第2章 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理和方案分析2.1 電路組成原理基于這個(gè)設(shè)計(jì)的上述要求，根據(jù)功能要求，須設(shè)計(jì)有搶答電路、

15、譯碼顯示電路、主持人控制電路、定時(shí)電路，各個(gè)電路都有其自己的功能。通過復(fù)位按鍵S，電路進(jìn)入就緒狀態(tài)，等待搶答。首先由主持人發(fā)布搶答命令（按下S按鍵）同時(shí)發(fā)光二極管隨即變亮，當(dāng)看到二極管亮，進(jìn)入倒計(jì)時(shí)狀態(tài)和搶答狀態(tài)。在電路中“S4-S7”為4路搶答器的4個(gè)按鍵，如果有人按下按鍵，程序就會(huì)判斷是誰先按下的，然后從P2口輸出搶答者號碼的七段碼值，經(jīng)GAL16V8驅(qū)動(dòng)，送到碼管顯示，并封鎖鍵盤，保持剛才按鍵按下時(shí)刻的時(shí)間，禁止其他人按鍵的輸入，從而實(shí)現(xiàn)了搶答的功能。如果在設(shè)定的時(shí)間中沒有一個(gè)人按下按鍵，一到時(shí)間，不可以搶答。當(dāng)要進(jìn)行下一次的搶答時(shí)，由主持人先按一下復(fù)位按鍵S，電路復(fù)位，進(jìn)入下一次搶答的

16、就緒狀態(tài)。12.2 設(shè)計(jì)思路 電路由脈沖產(chǎn)生電路，鎖存電路，編碼及譯碼顯示電路和倒計(jì)時(shí)電路組成。當(dāng)有選手搶答時(shí)，首先鎖存，阻止其他選手搶答，然后編碼，再經(jīng)4線7段譯碼器將數(shù)字顯示在顯示器上同時(shí)數(shù)碼管發(fā)光，主持人開始時(shí)，倒計(jì)時(shí)電路啟動(dòng)由9計(jì)到0，如有選手搶答，倒計(jì)時(shí)停止。32.3 設(shè)計(jì)方案 （1）主持人有開始鍵和復(fù)位鍵，按下開始鍵后才能開始搶答，否則犯規(guī)。（2）用數(shù)碼管顯示，正常搶答后顯示搶到的隊(duì)號。（3）如果10秒內(nèi)沒有搶答，則說明該題超時(shí)作廢，用0表示。（4）復(fù)位鍵用于恢復(fù)犯規(guī)或超時(shí)狀態(tài)振蕩器顯示器譯碼器計(jì)時(shí)器 主持人 編碼轉(zhuǎn)換電路譯碼器鎖存器顯示器選手 圖5 電路設(shè)計(jì)總體方框圖如圖5所示為

17、總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清零"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置;開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。4第3章 硬件電路設(shè)計(jì)和仿真3.1倒計(jì)時(shí)模塊3.1.1秒時(shí)鐘該電路是由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，使其產(chǎn)生需要的方波作為觸發(fā)器和計(jì)

18、數(shù)器的CP脈沖，由于電路對脈沖的精確度要求不是很高而晶體振蕩需要分頻，所以采用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器，電路及波形如下圖所示：圖6 555秒脈沖發(fā)生器電路圖圖7 555秒脈沖發(fā)生的波形圖3.1.2計(jì)數(shù)器該電路使用了十進(jìn)制同步減計(jì)數(shù)器74LS192D，主持人宣布開始時(shí)，按下按鈕，同時(shí)使計(jì)數(shù)器置數(shù)為“9”，并在脈沖作用下開始倒計(jì)時(shí)并在顯示器上顯示，到零時(shí)停止。 圖8 減計(jì)數(shù)器74LS192D的電路圖如圖8所示，當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)輸出不為零時(shí)，“或”門輸出為“1”，與脈沖同時(shí)輸入到“與”門中，使脈沖可以送給計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)器輸出為零時(shí)，“或”門輸出為“0”，使脈沖不能輸入到計(jì)數(shù)器中，從而使計(jì)數(shù)器停在“0”。

19、3.1.3 數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)顯示電路74LS48輸入信號為BCD碼，輸出端為a、b、c、d、e、f、g共7線，另有3條控制線、。端為測試端。在端接高電平的條件下，當(dāng)=0時(shí)，無論輸入端A、B、C、D為何值，ag輸出全為高電平，使7段顯示器件顯示“8”字型，此功能用于測試器件。端為滅零輸入端。在=1，條件下，當(dāng)輸入A、B、C、D=0000時(shí)，輸出ag全為低電平，可使共陰LED顯示器熄滅。但當(dāng)輸入A、B、C、D不全為零時(shí)，仍能正常譯碼輸出，使顯示器正常顯示。端為消隱輸入端。該輸入端具有最高級別的控制權(quán)，當(dāng)該端為低電平時(shí)，不管其他輸入端為何值，輸出端ag均為低電平，這可使共陰顯示器熄滅。另外，該端還有第二功

20、能滅零信號輸出端，記為。當(dāng)該位輸入的A、B、C、D=0000且時(shí)，此時(shí)輸出低電平；若該位輸入的A、B、C、D不等于零，則輸出高電平。若將與配合使用，很容易實(shí)現(xiàn)多位數(shù)碼顯示時(shí)的滅零控制。例如對整數(shù)部分，將最高位的接地，這樣當(dāng)最高位為零時(shí)“滅零”，同時(shí)該位輸出低電平，使下一位的為低電平，故也具有“滅零”功能；而對于小數(shù)部分, 應(yīng)將最低位的接地，個(gè)位的端懸空或接高電平，低位的接至高位的。74LS48可直接驅(qū)動(dòng)共陰極LED數(shù)碼管而不需外接限流電阻。此處要是保持?jǐn)?shù)碼管不黑屏就將BI/RB0，RBI置1就可以了，LT是檢查數(shù)碼管的好壞的，如果不需要的話直接接高電平。其他端口按照abcdefg的對應(yīng)關(guān)系連接

21、好以保證顯示正確，確保接地成功。43.2搶答設(shè)計(jì)模塊電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148D 和鎖存器 74LS279D 來完成。該電路主要完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)J5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74LS148D的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)J5斷開，J6置于"開始"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J2），7

22、4LS148D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=010,經(jīng)譯碼顯示為“2”。此外，CTR1，使74LS148D 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中2號端）1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS14D8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74LS148D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，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將J5開關(guān)重新置“清除”然后才可能進(jìn)行。1 圖9 搶答模塊電路圖3.3 總電路圖仿真圖10 智能搶答器總電路圖圖11 智能搶答器總電路仿真圖第4

23、章 硬件調(diào)試過程及解決方法這次設(shè)計(jì)的搶答器電路圖簡單，很多芯片的邏輯功能也都很清楚所以在調(diào)試時(shí)可以前判斷該電路會(huì)是怎樣的結(jié)果，對于這個(gè)搶答器,它涉及的大多都是數(shù)字電路的問題.所需要調(diào)試的值并不多.首先將各個(gè)模塊連接到一起后,注意檢查各個(gè)部分是否連接正確, 還得仔細(xì)地看一下所用器件的型號是不是我們要的那種,在確保連接無誤的情況下.那就能將整個(gè)電路進(jìn)行防真了。按動(dòng)各個(gè)按鍵，看看各管腳的電平變化是不是正確的，同時(shí)觀察各個(gè)集成器件的各個(gè)管腳的電平變化情況，以及數(shù)碼顯示器的顯示是否正確.如有不正確的就將其逐個(gè)問題解決了再進(jìn)行后面的調(diào)試，直到所有問題都解決了為止。1.當(dāng)連接好所有電路后，我們小組幾個(gè)人一起，讓一個(gè)人當(dāng)主持人，另外幾個(gè)當(dāng)選手