智力競賽搶答器課程設(shè)計

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

2、1. 設(shè)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(yīng)，分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。2. 節(jié)目主持人設(shè)置一個控制開關(guān),用來控制系統(tǒng)的復(fù)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(fù)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(shè)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(kuò)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(guān)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(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(yīng)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(fù)位按鈕后進(jìn)入正常工作狀態(tài),這時可以設(shè)定搶答倒計時間,只要按動10進(jìn)制編碼 按鈕分別對時間的十位和個位設(shè)定,設(shè)定的時間在數(shù)碼管上實時的顯示出來.設(shè)定的時間范圍為:030秒,設(shè)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(shè)定的時間進(jìn)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(fù)位鍵外,其他按鍵均無效,只有主持人按下復(fù)位鍵后,可以進(jìn)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(fù)位鍵外,其他鍵均無效, 只有主持人按下復(fù)位鍵后,可以進(jìn)入下一輪搶. 第二章 方案設(shè)計與論證一、各部分電路簡述1. 30秒定時器：可由兩片74LS192構(gòu)成，當(dāng)?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(dāng)?shù)褂嫊r為零時產(chǎn)生報警響聲。 二、設(shè)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(kuò)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(dāng)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(kuò)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(guān)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(dāng)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(dāng)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(jìn)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(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)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(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。第三章 系統(tǒng)分析與設(shè)計一、搶答器電路設(shè)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(dāng)主持人控制開關(guān)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(dāng)主持人開關(guān)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(dāng)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(dāng)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(zhǔn)確性。搶答完后主持人使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)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(yīng)全亮，否則說明顯示器件有故障。正常譯碼顯示時，應(yīng)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(dāng)=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(dāng)該端作為輸出端時是滅零輸出端，當(dāng)=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(dāng)=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(dāng)多個輸入信號請求編碼時,只對優(yōu)先級別高的信號進(jìn)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(shè)計1. 主持人設(shè)定搶答器時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供，可預(yù)置時間進(jìn)行倒計時電路選十進(jìn)制同步可逆，計數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)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(jìn)行設(shè)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(gòu)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(jìn)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(jìn)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(shè)計由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖所示。555定時器構(gòu)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(shè)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(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。 當(dāng)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(dāng)設(shè)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(jìn)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(guān)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(shè)計總結(jié)體會經(jīng)過兩周的課程設(shè)計,我學(xué)會了如何進(jìn)行電路設(shè)計及豐富了自己的理論知識和實踐實習(xí)能力,在設(shè)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(xué)過的知識得到了鞏固與復(fù)習(xí),在設(shè)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(rèn)識，既增強(qiáng)了我的理解能力,也使我能更好的運用所學(xué)的知識。在設(shè)計之初,并不明白如何用所學(xué)的器件來實現(xiàn)電路的功能,經(jīng)過老師諄諄教導(dǎo)和小組內(nèi)的激情討論,最終確定了答題的設(shè)計方案,在設(shè)計的過程中,不斷的發(fā)現(xiàn)和克服困難,使我明白了,學(xué)習(xí)并非上課認(rèn)真學(xué)習(xí)那么簡單,我深深的體會到了,要將所學(xué)的理論知識轉(zhuǎn)變成