數(shù)字電子競賽搶答器

1、智力競賽搶答器1 設計任務描述1.1 設計題目：競賽搶答器1.2 設計要求1.2.1 設計目的（1）掌握搶答器的構(gòu)成、原理與設計方法； （2）熟悉集成電路的使用方法。1.2.2 基本要求（1）要求實現(xiàn)四組搶答一組搶答后，其余三組搶答無效； （2）本組搶答后，各組獨立的燈光顯示。1.2.3 發(fā)揮部分（1）搶答定時電路； （2）搶答音響發(fā)聲；（3）裁判桌上公共組別顯示。- 1 -沈陽工程學院課程設計（論文）2 設計思路本周的課程設計我們小組選到的設計任務是設計一個智力競賽搶答器，這個電路的設計目的是讓我們掌握搶答器的構(gòu)成、原理與設計方法，并且能夠熟悉集成電路的使用方法。它的基本要求是讓我們實現(xiàn)四組

2、搶答，如果一組搶答以后其余三組搶答無效，并且本組搶答以后，各組獨立的燈光顯示。除了基本要求，這個設計項目還要求我們發(fā)揮一些特別的東西，例如設計一個搶答定時電路，在某人搶答以后，自動開始計時，在一定時間內(nèi)如果沒有回答，則視做自動棄權(quán)，另外可以設計一個搶答音響發(fā)聲，當某人搶答時，會有聲音提示，還可以設計各組的分數(shù)顯示，來顯示各組的得分情況等等。根據(jù)以上的要求，我對電路進行了深入的研究，該電路由4個D觸發(fā)器、74LS21與門、74LS32或門、7447七段顯示譯碼器、555振蕩器、顯示器、四位二進制減計數(shù)器、四位二進制同步計數(shù)器74LS161、以及十進制同步計數(shù)器等等元器件構(gòu)成。首先是用來判斷哪一個

3、預定狀態(tài)優(yōu)先發(fā)生的電路，是判斷知識競賽中誰先搶答。開關(guān)按鈕S1S4為搶答者按鈕，S5為主持人按鈕，當無人搶答時，S1S4均未被按下，由于D觸發(fā)器只能在CP脈沖的上升沿到來時接受數(shù)據(jù)的特點，所以在CP等于0時，無論輸入端D的狀態(tài)如何，觸發(fā)器都維持原狀態(tài)不變，對應的二極管就不能發(fā)光，顯示器顯示為零，同時也沒有響聲告知。當有人搶答時，例如S1最先按下，1D為高電平，在CP的上升沿到來時輸出端Q1翻轉(zhuǎn)為1，對應的LED發(fā)光二極管發(fā)光，通過譯碼器的編譯，顯示其相應的組別號，同時Q2Q4和Q1通過74LS21與門后輸出低電平，音響電路是低觸發(fā)有效的，所以喇叭發(fā)生告知，同時經(jīng)過74LS21輸出的低電平使CP

4、都為0，實現(xiàn)了信號的封鎖，各個觸發(fā)器的輸出不再變化，其它的搶答者再按下按鈕也不起作用，從而實現(xiàn)了優(yōu)先判決作用。第二部分則是當有人搶答以后的一個9秒倒計時計數(shù)器。例如，當S1按下時，1D使Q1輸出一個1信號，使發(fā)光二極管發(fā)光，同時，1信號經(jīng)過或門接到74LS192的LD低有效使它由減法器，并在輸入端置入1001，并且在CPD端接入555振蕩器給它提供一個CP信號，同時，并聯(lián)一個74LS161和74LS160串聯(lián)的16分頻器，給它一個秒脈沖，使它從燈亮的同時開始9秒倒計時，74LS192會輸出一個借位信號，使音響發(fā)聲，從而實現(xiàn)計時提示功能，若要開始下一輪的比賽，則由主持人按下復位按鈕即可。- 2

5、-智力競賽搶答器3 設計方框圖- 3 -沈陽工程學院課程設計（論文）4 各部分電路設計及參數(shù)計算41搶答電路411搶答電路原理圖圖4.1 搶答電路原理圖- 4 -智力競賽搶答器412搶答電路電路介紹此部分電路是由主詞人按扭S5，4組搶答者按扭S1，S2，S3，S4，74LS74型D觸發(fā)器，74LS21與門電路構(gòu)成的，能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輸入，輸出，對數(shù)據(jù)進行鎖存的功能。通過與門的控制實現(xiàn)一組搶答其余3組無效的屏蔽功能。此電路是通過CP來控制D觸發(fā)器的開通和關(guān)斷的，當無人搶答時， Q1-Q4均輸出0，與其相反端輸出的是1，把Q1-Q4反相輸出端用一個與門相連，得到一個高電平，則當S1閉合，即第一組搶答，

6、與門S1通過把1送給CP，使觸發(fā)器工作，此時Q1輸出高電平，其反相輸出端輸出0，與Q2，Q3，Q4與之后得到低電平，使CP均為0，達到了一組搶答其余3組無效的屏蔽功能。42燈光顯示電路421燈光顯示電路原理圖圖4.2燈光顯示原理圖422燈光顯示電路電路分析此電路是實現(xiàn)各組獨立燈光顯示的電路，為四個發(fā)光二極管共陰極連接，當某一輸- 5 -沈陽工程學院課程設計（論文）出端向其輸出高電平，則該輸出端發(fā)光二極管發(fā)光。43組別顯示電路431組別顯示電路原理圖圖4.3組別顯示原理圖432組別顯示電路分析此部分電路是為了實現(xiàn)裁判桌上的分組顯示，由74LS32或門，7447譯碼器，330電阻網(wǎng)絡，七段顯示譯碼

7、管組成。A端出線的或門接Q1，Q3。B端出線端Q2，Q3。C端接Q4。當S1閉和，Q1=1，- 6 -智力競賽搶答器則DCBA=0001，所以顯示1。當Q2閉和，則DCBA=0010，顯示2。 Q3，Q4，同理。44 按鍵同時響鈴電路441 按鍵同時響鈴電路原理圖圖4.4同時響鈴原理圖442 按鍵同時響鈴電路分析該電路是為了實現(xiàn)搶答同時響鈴，這一功能。45 555多諧振蕩電路與分頻電路451 多諧振蕩電路與分頻- 7 - 路原理 電圖沈陽工程學院課程設計（論文）+5V圖4.5多諧振蕩與分頻電路原理圖452 多諧振蕩電路與分頻電路分析555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器，接通電源后，發(fā)出1000HZ的頻

8、率，我用3個十進制74H160使頻率將到1HZ來實現(xiàn)1秒鐘一跳。453 參數(shù)計算 F=1.43/（R1+2R2）C=1600令C=0.01UF 得令R1=19 R2=3546 計時顯示電路461 計時顯示電路原理圖- 8 -智力競賽搶答器圖4.6計數(shù)顯示電路原理圖462計時顯示電路分析當開關(guān)閉合前，74160置0，但當開關(guān)閉合后74160不再置數(shù)，而變?yōu)橛嫈?shù)器，倒計時，7448譯碼顯示器開始從0計時，到9時，喇叭響。5 工作過程分析該電路由兩部分組成，第一部分開關(guān)按鈕S1S4為搶答者按鈕，S5為主持人按鈕，當無人搶答時，S1S4均未被按下，由于D觸發(fā)器只能在CP脈沖的上升沿到來時接受數(shù)據(jù)的特點

9、，所以在CP等于0時，無論輸入端D的狀態(tài)如何，觸發(fā)器都維持原狀態(tài)不變，對應的二極管就不能發(fā)光，顯示器顯示為零，同時也沒有響聲告知。當有人搶答時，例如S1最先按下，1D為高電平，在CP的上升沿到來時輸出端Q1翻轉(zhuǎn)為1，對應的LED發(fā)光二極管發(fā)光，通過譯碼器的編譯，顯示其相應的組別號，同時Q2Q4和Q1通過74LS21與門后輸出低電平，音響電路是低觸發(fā)有效的，所以喇叭發(fā)生告知，同時經(jīng)過74LS21輸出的低電平使CP都為0，實現(xiàn)了信號的封鎖，各個觸發(fā)器的輸出不再變化，其它的搶答者- 9 -沈陽工程學院課程設計（論文）再按下按鈕也不起作用，從而實現(xiàn)了優(yōu)先判決作用。第二部分則是當有人搶答以后的一個9秒倒

10、計時計數(shù)器。例如，當S1按下時，1D使Q1輸出一個1信號，使發(fā)光二極管發(fā)光，同時，1信號經(jīng)過或門接到74HC160的LD低有效使它由減法器，并在輸入端置入0，并且在CPD端接入555振蕩器給它提供一個CP信號，同時，和三個74LS160串聯(lián)的16分頻器，給它一個秒脈沖，使它從燈亮的同時開始0到9秒計時，74HC160會輸出一個借位信號，使音響發(fā)聲，從而實現(xiàn)計時提示功能，若要開始下一輪的比賽，則由主持人按下復位按鈕即可。6 元器件清單- 10 -智力競賽搶答器71 D觸發(fā)器 7 主要元器件介紹- 11 - 、沈陽工程學院課程設計（論文）圖7.1管腳圖表7.1D觸發(fā)器真值表D觸發(fā)器的D代表延遲或數(shù)

11、據(jù)，它的輸出是發(fā)生在早于一個時鐘脈沖之前的D輸入的函數(shù)。維持阻塞D觸發(fā)器如圖7.1所示。在時鐘脈沖期間，在D輸入提供“1”會導致輸出變?yōu)?，否則輸出變?yōu)?。其真值表(表7.1)表明這種關(guān)系，其中Qn+1是時鐘脈沖以后的Q輸出，它取決于D的輸入狀態(tài)。 D Qn72 74LS160 十六進制計721 74LS160邏0 1 0 1 數(shù)器輯功能測試74LS160是中規(guī)模集成同步十進制加法計數(shù)器，具有異步清零和同步預置數(shù)的功能。使用74LS160通過置零法或置數(shù)法可以實現(xiàn)任意進制的計數(shù)器。圖7.2.1計數(shù)器74LS160的引腳圖計數(shù)器74LS160的功能如下:1清零：當清零端為低有效時，Q 0Q1Q2

12、Q30。2預置：當預置端為低有效時，在CP脈沖的上升沿作用下，計數(shù)器的輸出端仍然輸出預置的數(shù)據(jù)。3鎖存：當使能端為低有效時，計數(shù)器停止工作，為鎖存狀態(tài)。- 12 -智力競賽搶答器4計數(shù)：當使能端EPET1時，為計數(shù)狀態(tài)。圖7.2.2計數(shù)器74LS160的功能表圖7.2 74LS16073 74LS192十進制可逆計數(shù)器74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：- 13 -沈陽工程學院課程設計（論文）圖7.3 74LS192圖中：PL為置數(shù)端,低有效;CPU 為加計數(shù)端,高有效;CPD為減計數(shù)端，TCU為非同步進位輸出端，低有效

13、;TCD為非同步借位輸出端，也為低有效;P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，MR為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。 此圖為74LS192的功能表:74 7448七段顯示譯碼器7448七段顯示譯碼器輸出高電平有效，用以驅(qū)動共陰極顯示器。該集成顯示譯碼器設有多個輔助控制端，以增強器件的功能。 7448的功能表如表所示，它有3個輔助控制端LT、RBI、BI/RBO,現(xiàn)簡要說明如下： 1. 滅燈輸入BI/RBOBI/RBO是特殊控制端，有時作為輸入，有時作為輸出。當BI/RBO作輸入使用且BI0時，無論其它輸入端是什么電平，所有各段輸入ag均為0，所以字形熄滅。 2. 試燈輸入LT當LT

14、0時，BI/RBO是輸出端，且RBO1，此時無論其它輸入端是什么狀態(tài)，所有各段輸出ag均為1,顯示字形8。該輸入端常用于檢查7488本身及顯示器的好壞.- 14 -智力競賽搶答器圖7.4 7448小 結(jié)時光飛逝，一轉(zhuǎn)眼，一周的電子課程設計在緊張和忙碌的氣氛中悄然的結(jié)束了。但總的來說，這一周的課程設計使我叢中收益匪淺，除了讓我們更加理解了我們現(xiàn)在所學的課程以外，還讓我們有了可以深入去探討和研究的機會，使我們可以更好的去發(fā)展自我，戰(zhàn)士自我和檢查自我。- 15 -沈陽工程學院課程設計（論文）當老師拿著這次課程設計的十個題目讓我們選擇時，我們幾乎是毫無頭緒，到底應該選哪個呢？到最后，憑借著自己的興趣我

15、選擇了“智力競賽槍答器”這個設計題目。但當看到要求時，我的頭腦再一次的一片空白，感覺到了這個項目將會是一個很大的工程。在這次課程設計的同時，我們又面臨著下周的期末考試，在這樣的雙重壓力下，我真的感覺到更加疲憊，但是問題總會有解決的辦法的，路都是人走出來的，所以我決定用積極的態(tài)度來面對這次挑戰(zhàn)，超越自己的極限。首先我們小組對這次課程設計的要求進行了深入的探討，并很快都有了自己的基本方案，然后，該論到了實行階段，但是我們又再一次陷入了沉思，到底該怎么實現(xiàn)課程設計上的要求呢？又該去怎樣去選擇器件和把他們組裝到一起的呢？后來，我們在老師的提示下去圖書館查閱了大量的相關(guān)資料，或是復印，或是手抄，然后將他

16、們整理到一起，接下來，我們又去上網(wǎng)吧查找了書上沒有找到的器件，和器件功能，最后在大家的努力之下，基本上對搶答器的原理有了一個大概的了解和思路，接下來的任務就是連線，但這是我們這時又無從下手，許多現(xiàn)實問題又一次擺在了我們面前，例如：如何實現(xiàn)再一組搶答以后，其余三組搶答無效，即如何實現(xiàn)這樣一個屏蔽？有通過什么去給以個脈沖，來實現(xiàn)定時搶答電路，還有就是用什么來做倒計時功能計數(shù)器？隨著這些問題，我們又進入了新一輪的討論之中。終于，我們把謎團一個一個解開了，接下來的任務就是畫圖了，我不斷的看著各種器件的功能，不斷的嘗試著去搭接電路，遇到看不懂的地方就去查書或請求老師或同學幫忙，最終在我的斷嘗試和失敗中，

17、完成了一張邏輯接線圖的草圖，但當我拿給老師時，仍然出現(xiàn)了一個很明顯的錯誤，我感覺有點失望，但俗話說好事多磨，于是我滿懷信心的進行下一項工作，接下來是用電腦制圖，面對一個一個器件，我們需要一個一個畫出來，并且標住好每一的管腳，最后再按照接線圖把每一個管腳都接好，這樣我感到了另一種挑戰(zhàn)，一種考驗耐心的挑戰(zhàn)，要設計一個電路必須要有一顆細膩的心和堅強的毅力，我深刻的感覺到這一點的重要性，最終在我的不斷努力和老師的耐心指導幫助下，我成功的完成了整個設計，看著自己在電腦上畫出的接線圖，我雖然很疲憊，但我更多的感覺到的是快樂，是一種超越自我極限的快樂。通過這次課程設計，我從中學到了不少東西，我也深深的感受到

18、所學知識的有限性，明白了所學的課本知識是遠遠不夠的，懂得了課程設計不僅考查了你所學的知識，還考查了在設計過程中查閱資料的能力，獲取信息的能力，雖然自己的設計并不那么完美，但是在老師和同學的幫助下，都能順利通過，我還懂得在設計過程中，要反復思考設計的思路，此時，更需要靜下心來，查找原因，努力聯(lián)系所學的知識，聯(lián)系實際，以達到學以致用，盡量選用知識點多的器件，且保證電路的簡明新穎和實用！本次實習是我收獲最大的一次實習，設計是我們將來必須的技能，這次實習也恰恰給我們提供了一個應用所學理論的機會，同時，我和我的組員始終團結(jié)在一起，我們互相討論設計方案，互相探討錯誤的根源所在，然后在老師的指導下順利完成了。再這段日子里，我還深刻體會到了團結(jié)的重要性，所有的這些都是對以后的學習和工作有很大幫助的，最后，衷心的感謝老師和同學在這次實習中對我的幫助！- 16 -智力競賽搶答器致 謝在本次設計中，老師和同學都給了我莫大的幫助，我要真心說一句：“感謝你們?！?我首先要感謝我們