智力競賽搶答器課程設計

1、數(shù)字電路課程設計八路智力搶答器學校: 河南大學院系: 計算機與信息工程學院姓名: 班級: 07自動化學號: 時間: 2009-12-24目錄 第一章 引言 31.1 設計要求 .3 1.2 功能要求 .31.3 摘要 .3第二章 方案設計與論證 32.1 各部分電路簡述 .32.2 設計方案簡述 .4第三章 系統(tǒng)分析與設計 43.1 搶答器電路設計與相關元器件 .43.2 定時電路設計與相關元器件 .63.3 報警電路設計與相關元器件 .83.4 時序電路與相關元器件 .83.5 智力搶答器電路原理圖 .93.6 元器件清單 10設計總結體會 .11參考文獻 .11第一章 引言 一、設計要求

2、1. 設計一個智力搶答器,可同時供8名選手或8個代表隊參加比賽. 他們的編號分別是1、2、3、4、5、6、7、8，各用一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應，分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。2. 節(jié)目主持人設置一個控制開關,用來控制系統(tǒng)的復位和搶答開始.3. 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能.搶答開始后,若有選手按動搶答按鈕,編號立即鎖存,并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號,同時揚聲器發(fā)出聲音提示.此外封鎖輸入電路,禁止其它選手搶答.優(yōu)先搶答的選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)復位為止.二、功能要求1. ”開始”鍵后,要求定時器立即開始減計時,并用顯示器顯示,同時揚聲器發(fā)出

3、短暫的聲響,聲響持續(xù)時間0.5S左右.2. 參賽選手在設定的時間內(nèi)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時刻的時間,并保持到主持人將系統(tǒng)消零為止.3. 如果定時搶答器時間已到,卻沒有選手搶答時,本次搶答無效,系統(tǒng)短暫報警,并封鎖輸入電路,禁止選手超時后搶答,時間顯示器顯示00.三、摘要1. 數(shù)字搶答器由主體電路與擴張電路組成.優(yōu)先編碼電路,鎖存器,譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出:用控制電路和主持人的開關啟動報警電路,以上兩部分組成主體電路.通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能,構成擴展電路.經(jīng)過布線,焊接,調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成型

4、.2. 搶答器四周有安裝孔,可以方便的安裝在操作臺上,外接搶答按鈕接入相應的接線端子,如果需要外接電鈴或指示燈,則接入繼電器端子,安裝完畢后就可以上電了,搶答器的電流輸入為5V直流輸入.3. 搶答器通上電后,蜂鳴器響,三個數(shù)碼管都顯示0,按下復位按鈕后進入正常工作狀態(tài),這時可以設定搶答倒計時間,只要按動10進制編碼 按鈕分別對時間的十位和個位設定,設定的時間在數(shù)碼管上實時的顯示出來.設定的時間范圍為:030秒,設定完時間后,就可以按動開始按鈕,表示搶答開始,這時蜂鳴器響0.1秒,提示各位選手,搶答已經(jīng)開始,同時倒計時器開始從設定的時間進行倒計時.4. 若在搶答時間內(nèi)有人搶答,則第三個數(shù)碼管立即

5、顯示搶答位號,倒計時間停止倒計時,所用掉的時間就是搶答的時間,同時蜂鳴器響2秒,繼電器吸合2秒,表示有人搶答,在這個按鍵之后按下的按鍵除了復位鍵外,其他按鍵均無效,只有主持人按下復位鍵后,可以進入下一輪搶答.5. 若在搶答時間內(nèi)均無人搶答,則在倒計時器計數(shù)到0的時候,第三個數(shù)碼管顯示0,表示無人搶答,蜂鳴器響2秒,繼電器吸合2秒,這時除了復位鍵外,其他鍵均無效, 只有主持人按下復位鍵后,可以進入下一輪搶. 第二章 方案設計與論證一、各部分電路簡述1. 30秒定時器：可由兩片74LS192構成，當?shù)谝黄瑸榱慵摧敵鰹?111是通過74LS20將脈沖信號截止，使其顯示為00.2. 搶答器部分：由一7

6、4LS148優(yōu)先編碼器實現(xiàn)搶答功能，用74LS279將選手代碼鎖存直到主持人消零為止，然后用七段譯碼器顯示選手代碼。3. 脈沖產(chǎn)生電路：可由一74LS121來產(chǎn)生，提供給定時電路及聲響電路。4. 報警部分：由一NE555定時器來控制，當?shù)褂嫊r為零時產(chǎn)生報警響聲。 二、設計方案簡述：1. 定時搶答器的總體框圖如下圖所示，它由主體電路和擴展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答，擴展電路完成定時搶答的功能。2. 定時搶答器的工作過程是：接通電源時，節(jié)目主持人將開關置于“消除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，

7、編號顯示器滅燈，定時器倒計時，當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，搶答器要完成以下四項工作：優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；揚聲器發(fā)出短暫的聲響，提醒節(jié)目主持人注意；控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖，避免其他選手再次進行搶答；控制電路要使定時器停止工作，時間顯示器上顯示剩余的搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)消零為止，當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關，使系統(tǒng)回復到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。第三章 系統(tǒng)分析與設計一、搶答器電路設計 1. 搶答電路的功能有兩個：

8、一是分辨選手按鍵的先后，并鎖存搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是是其他選手的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器,74LS138,74LS279可完成上述功能。譯碼電路選用74LS48芯片具體電路如圖1所示，其工作原理為：2. 當主持人控制開關處于“清除”位置時，RS觸發(fā)器R為低電平，輸出端（4Q1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0,顯示器滅燈；74LS148的選通輸入ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時鎖存器電路不工作。當主持人開關撥到開“始位”置，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時開始工作，等待輸入信號I7，···，I0。當有選手按

9、下鍵時，74LS148的輸出Y2Y1Y0=010,Yex=0。經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1,BI=1，74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101。經(jīng)過74LS48譯碼后，顯示器顯示選手編號。此外，CTR=1，是74LS148的ST為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其他選手按鍵的輸入。當按下的鍵松開后，74LS148的Yes為高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其他選手的輸入不會被接收，保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。搶答完后主持人使搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。電路圖如圖所示:3. 七段數(shù)碼管顯示器74LS48測試燈輸入端。

10、=0（低電平有效）且=1時，Ya-Yg輸出均為1，顯示器七段應全亮，否則說明顯示器件有故障。正常譯碼顯示時，應處于高電平，即=1。雙重功能端。此端可作為輸入信號端又可以作為輸出信號端。作為輸入端時是熄滅信號輸入端，利用端可按照需要控制數(shù)碼管顯示或不顯示。當=0時（低電平有效），無論A3A2A1A0狀態(tài)如何，Ya-Yg均為0，數(shù)碼管不顯示。當該端作為輸出端時是滅零輸出端，當=0，且A3A2A1A0=0000時，=0。滅零輸入端。該端的作用是將數(shù)碼管顯示的數(shù)字O熄滅。當=0（低電平有效）、且A3A2A1A0=0000時，Ya-Yg均輸出0，數(shù)碼管不顯示。 其功能和引腳如圖所示:4. 74LS148

11、優(yōu)先編碼器功能優(yōu)先編碼器在同一時間內(nèi),當多個輸入信號請求編碼時,只對優(yōu)先級別高的信號進行編碼的邏輯電路,常用的集成優(yōu)先編碼器有74LS148(8線-3線)其原理圖和功能真值表如圖:二、定時電路設計1. 主持人設定搶答器時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供，可預置時間進行倒計時電路選十進制同步可逆，計數(shù)器74LS192進行設計，倒計時到零時，定時電路輸出低電平有效的“定時到信號 ”。如圖所示為八路智力競賽搶答器的定時電路單元圖。 同步加減計數(shù)器74LS192進行設計，具體電路如圖所示。 該倒計時顯示電路由兩個74LS192及兩個譯碼器及七段顯示器構成,高位片置

12、數(shù)1,低位片置數(shù)5,down端接555輸出的脈沖,從而實現(xiàn)30秒倒計時.2. 74LS192引腳圖管腳及功能表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：圖5-4  74LS192的引腳排列及邏輯符號               （a）引腳排列           

13、0;           (b) 邏輯符號圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)端，為減計數(shù)端，為非同步進位輸出端，為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。              輸入     輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 1 ×&#

14、160;× ×××××0000 0 0× ×dcbadcba 0 1 1××××    加計數(shù) 0 1 1 ××××    減計數(shù)其功能表如下: 表5-2  74LS192的功能表三、報警電路設計由555定時器和三極管構成的報警電路如圖所示。555定時器構成多

15、諧振蕩器，振蕩頻率f=1.43/(R1+2R2)C。其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器，PR為高電平時多諧振蕩器工作，否則振蕩器停振。 四、時序控制電路 搶答器控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下三項功能：主持人將控制開關撥到“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。五、搶答器電路原理圖六、元器件清單序號名 稱型 號數(shù)量備 注1七段譯碼器74LS4832十進制加減計數(shù)器74LS19223555定時器CB55524優(yōu)先編碼器74HC

16、14815單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS12116RS鎖存器74LS279 17與非門74LS20 1每個芯片有4個兩輸入端的與非門8與非門74LS031每個芯片有4個三輸入端的與非門9反向器74LS04 1每個芯片有6個非門10三極管SDG130111電阻ROHM 1100K12電阻ROHM 215K13電阻ROHM 910K14電阻ROHM 268K15電阻ROHM 21K16電阻ROHM 351017電容16CE470AX 1100uF18電容16CE470AX 210uF20電容16CE470AX 10.01uF19揚聲器SP10119開關AZD1169120共陰極顯示器321搶答按扭SB 82

17、2發(fā)光二極管A694B 223LED 顯示器8 24譯碼器74LS1381設計總結體會經(jīng)過兩周的課程設計,我學會了如何進行電路設計及豐富了自己的理論知識和實踐實習能力,在設計過程中,加深了對組合和時序邏輯電路的掌握情況,同時也使得學過的知識得到了鞏固與復習,在設計搶答器、報警器、定時器的過程中，通過翻閱資料，上網(wǎng)搜索等，我對各電路器件（如：與非門，555定時器和LED顯像管等）及原理有了更深一層次的認識，既增強了我的理解能力,也使我能更好的運用所學的知識。在設計之初,并不明白如何用所學的器件來實現(xiàn)電路的功能,經(jīng)過老師諄諄教導和小組內(nèi)的激情討論,最終確定了答題的設計方案,在設計的過程中,不斷的發(fā)現(xiàn)和克服困難,使我明白了,學習并非上課認真學習那么簡單,我深深的體會到了,要將所學的理論知識轉變成