路搶答器課程方案報告

個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用電子信息工程學(xué)院電子課程設(shè)計報告八路搶答器姓名：_____專業(yè)：______班級：______學(xué)號：_______同組人：_______指導(dǎo)教師：_______學(xué)校：日期：目錄個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用摘要---------------------------------------------------------------------------3前言---------------------------------------------------------------------------4第一章設(shè)計要求----------------------------------------------------------51.1基本要求-------------------------------------------------------------51.2提高要求-------------------------------------------------------------5第二章系統(tǒng)的組成及工作原理------------------------------------------62.1系統(tǒng)的組成框圖-----------------------------------------------------62.2系統(tǒng)的工作原理-----------------------------------------------------6第三章電路設(shè)計--------------------------------------------------------------73.1方案的選擇-----------------------------------------------------------73.1.1方案一----------------------------------------------------------73.1.2方案二----------------------------------------------------------83.1.3確定方案-------------------------------------------------------83.2單元電路設(shè)計--------------------------------------------------------93.2.1搶答電路的設(shè)計----------------------------------------------93.2.2定時電路的設(shè)計---------------------------------------------113.2.3報警電路的設(shè)計---------------------------------------------123.2.4時序電路的設(shè)計----------------------------------------------13第四章電路實驗與調(diào)試---------------------------------------------------154.1焊接--------------------------------------------------------------------154.2調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決-----------------------------------------15第五章設(shè)計總結(jié)-----------------------------------------------------------15參考文獻----------------------------------------------------------------------18附錄<元件清單）---------------------------------------19摘要個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用介紹了數(shù)碼顯示八路搶答器電路的組成、設(shè)計及功能，電路采用系列常用集成電路進行設(shè)計。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時、計時和報警功能。主持人通過時間預(yù)設(shè)開關(guān)預(yù)設(shè)供搶答的時間，系統(tǒng)將完成自動倒計時。若在規(guī)定的時間內(nèi)有人搶答，則計時將自動停止；若在規(guī)定的時間內(nèi)無人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響，提示主持人本輪搶答無效，實現(xiàn)報警功能，若超過搶答時間則搶答無效。該搶答器主要運用到了編碼器，譯碼器和鎖存器：它采用74LS148來實現(xiàn)搶答器的選號，采用 74LS279芯片實現(xiàn)對號碼的鎖存，采用74LS192實現(xiàn)十進制的減法計數(shù)，采用 555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號來共同實現(xiàn)倒計時功能，采用74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來實現(xiàn)報警信號的輸出。通過課程設(shè)計提高和鞏固了所學(xué)的專業(yè)知識，以及知識的綜合應(yīng)用和焊接技術(shù)。關(guān)鍵詞: 搶答器 編碼譯碼定時報警個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用前言進入21世紀越來越來多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學(xué)校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽,搶答記分器是必要設(shè)備。過去在舉行的各種競賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。人們于是開始尋求一種能不依人的主觀意愿來判斷的設(shè)備來規(guī)范比賽。因此，為了克服這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利用各種資源和條件設(shè)計出很多的搶答器，從最初的簡單搶答按鈕，到后來的顯示選手號的搶答器，再到現(xiàn)在的數(shù)顯搶答器，其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計時搶答，還兼具報警，計分顯示等等功能，有了這些更準確地儀器使得我們的競賽變得更加精彩紛呈，也使比賽更突顯其公平公正的原則。今天隨著科技的不斷進步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費很多元件僅來實現(xiàn)用指示燈和一些電路來實現(xiàn)簡單的搶答功能，使第一個搶答的參賽者的編號能通過指示燈顯示出來，避免不合理的現(xiàn)象發(fā)生。但這種電路不易于擴展，而且當有更高要求是酒無法實現(xiàn)，例如參賽人數(shù)的增加。隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)字搶答器誕生了，它易于擴展，可靠性好，集成度高，而且費用低，功能更加多樣話，是一種高效能的產(chǎn)品。而如今在市場上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機技術(shù)進行設(shè)計，本次設(shè)計主要利用常見的 74LS系列集成電路芯片和 555芯片，并通過劃分功能模塊進行各個部分的設(shè)計，最后完成了八路智力競賽搶答器的設(shè)計。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第一章設(shè)計要求1.1基本要求<1） 搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用 8個按鈕S0 ~ S7表示。<2） 設(shè)置一個系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) S，該開關(guān)由主持人控制。<3）搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在數(shù)碼管上顯示選手號碼。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。1.2提高要求<1） 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定<如30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時。同時揚聲器發(fā)出短暫的響聲，響聲持續(xù) 0.5秒左右。發(fā)光二極管燈亮。<2） 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，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的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。（3） 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示 00。<4） 按鈕到控制中心的距離為 20M。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第二章系統(tǒng)的組成及工作原理2.1系統(tǒng)的組成框圖：圖2.1系統(tǒng)組成框圖2.2系統(tǒng)的工作原理：定時搶答器的總體框圖如下圖 2.2：圖2.2搶答器工作框圖個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用如圖所示電路包括主體電路和擴展電路兩部分。其中主體電路完成基本的搶答功能，即主持人按下控制開關(guān)后，當選手按動搶答鍵時，數(shù)碼管顯示選手編號，同時封鎖輸入電路，其他選手搶答無效。擴展電路完成定時搶答的功能以及報警功能。圖2.2所示電路的工作過程是：接通電源后，主持人將控制開關(guān)置于“清除”處，此時搶答器處于禁止狀態(tài)，選手不能進行搶答，定時顯示器顯示設(shè)定的時間<30s），當主持人將控制開關(guān)置于“開始”時，揚聲器發(fā)出聲響，搶答器處于工作狀態(tài)，同時定時器開始倒計時。當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，電路要完成以下功能：<1）優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后通過譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號；<2）揚聲器發(fā)出短暫聲響；<3）控制電路對其余輸入編碼進行封鎖，禁止其他選手進行搶答；<4）控制電路要使定時器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時間，當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)進行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)將報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第三章 電路設(shè)計3.1方案的選擇：3.1.1【方案一】原理：在選手搶答前，“清除/起始”開關(guān)S使基本RS觸發(fā)器輸出端Q為0，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器禁止；當主持人按下“清除/起始”開關(guān)S時，基本RS觸發(fā)器輸出端Q為1，與優(yōu)先擴展輸出端Yex共同作用，使集成8線-3線優(yōu)先編碼器選通輸入端ST為0，允許編碼，等待數(shù)據(jù)輸入。此時優(yōu)先按動序號的組號立即通過編碼器按BCD421碼輸出，經(jīng)RS鎖存器74LS279將該數(shù)碼鎖存到LED顯示器上。與此同時，Yex<引腳為14）由1翻轉(zhuǎn)為0，與非門G1輸出為1，選通輸入端ST為1，編碼器被禁止。此外，在Yex由1翻轉(zhuǎn)為0時，還驅(qū)動報警電路工作，發(fā)出聲音。BusBus46選手控制開關(guān)&5G1GFEDCBAVCC74LS00D5V1415910111213OOOOOOOGFEDCBAU1_74LS247D8x10kohmQ~BIQ/DCBA~L74LS00D674LS00DT~RBIRBO36217354&&5432132101111VCC12455V基本RS觸發(fā)器R1主持人開關(guān)控制3kohm2 1 開始1

8I765432101E3V~974176543210U21111111174LS148DQQU3BQQU3A2174LS279D2174LS279D10S20SRSSRSRSSRAAAGE542106532179451174LS04D 清除個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖3.1.2【方案二】該方案即為筆者所采用的方案，它采用了74LS148來實現(xiàn)搶答器的選號，采用了74LS279芯片實現(xiàn)對號碼的鎖存，采用了74LS192實現(xiàn)十進制的減法計數(shù)，555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號來共同實現(xiàn)倒計時，采用了74LS121單穩(wěn)態(tài)芯片來實現(xiàn)報警信號的輸出。3.1.3 確定方案在方案一中，主要多了一個基本RS觸發(fā)器，以及相對的74LS148引腳與74LS279之間連線的相應(yīng)改變，這又涉及到之后的提高方案中的連線的改變。它有自身的優(yōu)點，即基本 RS觸發(fā)器又相當一鎖存器<74LS279），它可以對主持人的指令進行進一步的鎖存，這樣就可以增強它的抗干擾能力，但其線路過于復(fù)雜，另外此次實驗所用的電路板對電路設(shè)計的大小要求很高，而且在布局和焊接上要越精練越好，所以它不是首選方案。而由于方案二已能滿足基本設(shè)計和提高設(shè)計的要求，而且它的原理更簡單易懂，直觀明了，元件更少，連線更方便，焊接更可靠，且比較容易實現(xiàn)，所以最終選用了方案二 。3.2單元電路設(shè)計3.2.1搶答電路的設(shè)計搶答電路的功能有兩個：一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無效。選用優(yōu)先編碼 74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能，其電路組成如圖 3-1所示：個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用圖3.2.1搶答電路其工作原理是：當主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端<4Q～1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。當主持人將開關(guān)撥到“開始”位置時，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，既搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號，當有選手將鍵按下時<如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0，經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用封鎖了其它按鍵的輸入。當按下的鍵松開后， 74LS148的YEX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)，其它按鍵的輸入信號仍不會被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。當優(yōu)先搶答者回答完問題后，主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進行下一輪搶答。3.2.2定時電路的設(shè)計74LS48的7，6，2，3引腳接受來自74LS192的輸出信號并把它譯碼顯示在數(shù)碼管上。74LS192的9，10，11，15引腳完成時間設(shè)定功能，本設(shè)計要求定時 30秒，所以把左邊的芯片的 1，15引腳接高電位，期于的全接低位，使的初始時間設(shè)定為 30秒。555芯片完成產(chǎn)生秒脈沖的功能。工作過程為：搶答開始前，74LS192的置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為30，5引腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖沖推動右邊的芯片開始倒記時，同時右邊芯片產(chǎn)生的信號做為左邊芯片的CP信號推動左邊的芯片倒記時，完成十進制的倒記時功能。當有人搶答后1Q的輸出為1，經(jīng)過非門后變?yōu)?，通過與門屏蔽了秒信號，停止記時，完成顯示搶答時間的功能。當記到了 30秒時，左邊的芯片產(chǎn)生的定時到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使得數(shù)碼管顯示為00。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用ABCDEFG ABCDEFG32109543210954111111111111ABCDEFGABCDEFGOOOOOOOU3OOOOOOOU4VCCO74LS247DO74LS247DBITBITRR/BL/BL5VR~ABCDR~ABCDBB~~~~453712645371262332672332671111OOABCDOOABCDQQQQQQQQCBU5CB~~ND~~NDU674LS192DWW74LS192DR3OAOARPORPODDLULLUL10kohmC~ABCDC~ABCD541510954151094411111111控制開關(guān)預(yù)置數(shù)據(jù)端預(yù)置數(shù)據(jù)端R18U74VCC15kohm1RST12732&OUT6DIS13R22THRBus1268kohmTRI74LS15D15BusCON74LS04DGNDC211Q10uF0.1uF555_VIRTUAL定時到信號圖3.2.2定時電路3.2.3報警電路的設(shè)計由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖 3-3所示：個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用VCC 5VVCC5VR48R11kohmU115kohm4RSTVCCQ1R2BJT_NPN_VIRTUAL7DISOUT3R36510ohm68kohm2THRC2TRI5U2CONR5C1GND100uF510ohm0.1uF1555_VIRTUAL200Hz圖3.2.3報警電路其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：f0=1/(R1+2R>*C*ln2=1.43/(R1+2R>*C其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。3.2.4時序電路的設(shè)計時序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：①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入正常搶答工作狀態(tài)，②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。③當設(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。根據(jù)上面的功能要求以及圖 3.2.1 和圖3.2.2，設(shè)計的時序控制個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用電路如圖3.2.4所示：圖3.2.4(A> 搶答與定時電路的時序控制電路圖3.2.4(B> 報警電路的時序控制電路圖中，門G1的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸入使能端ST。圖3-4<a）的工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清零”位置撥到“開始”位置時，來自于圖3-1中的74LS279的輸出CTR=0，經(jīng)G3反相，A=1，則從555輸出端來的時鐘信號CP能夠加到74LS192的CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時，在定時時間未到時，來自于圖 3-2 的74LS192的借位輸出端個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用BO2=1，門G2的輸出ST=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能①的要求；當選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，

CTR=1，經(jīng)

G3

反相，A=0，封鎖

CP信號，定時器處于保持狀態(tài)，門

G2的輸出

ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能②的要求；當定時時間到時，來自于圖 3-2的74LS192的借位輸出端 BO2=0，門G2的輸出ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答，門 G1同時處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 CP信號，使定時電路為 00狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能③的要求，74LS121用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第四章 電路實驗與調(diào)試4.1焊接通過實驗原理圖進行實物焊接，焊接時能深刻體會到焊接工藝的重要性：各個芯片的引腳功能不能混淆，必須了解各個芯片的使用方法，內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及使用時的注意事項，該接電源的一定要接電源，該接地的一定要接地，且不能有懸空。同時在電路板上要預(yù)先確定電源的正負端，便于區(qū)分及焊接。正確焊接各芯片個管腳連接必須查閱各種資料并記錄，以確保在焊接過程和調(diào)試過程中芯片不被燒壞，同時確保整個電路的正確性。在焊接完后每塊芯片都用萬用表檢測，看是否有短接等，還有焊接時要盡量使布線規(guī)范清晰明了，這樣才有利于在調(diào)試過程中檢查電路。4.2調(diào)試中出現(xiàn)的問題及解決方法<1）顯示電路不穩(wěn)定問題在完成電路的焊接進入調(diào)試階段時發(fā)現(xiàn)搶答器數(shù)碼管顯示選手編號不穩(wěn)定。主要表現(xiàn)在單選手按下?lián)尨疰I后數(shù)碼管顯示的不是選手當前號碼。因此著手對電路進食檢查，首先檢查數(shù)碼管看是否是關(guān)節(jié)焊接錯誤，后又檢查電路各個芯片管腳接錯均未發(fā)現(xiàn)問題，最后發(fā)現(xiàn)當觸動某按鍵連線時顯示正常由此判斷可能是因為出現(xiàn)了虛焊，遂將電路各焊點又仔細焊接了一遍，此時電路顯示正常。<2）控制開關(guān)無法控制電路在調(diào)試是發(fā)現(xiàn)當按下主持人開關(guān)時電路斷電，當松開后數(shù)碼管顯示始終為7，經(jīng)過一個多小時對電路用萬用表逐個檢查，發(fā)現(xiàn)是開關(guān)觸焊接錯誤，通過改正焊接后電路能正常工作。<3）數(shù)碼管不能正常倒計時在進入定時電路調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管不能正常倒計時，出現(xiàn)亂碼。對這問題我們檢查了芯片是否完好，電路界限是否正確均未發(fā)現(xiàn)問題，后發(fā)現(xiàn)是由于在焊接時焊線有些地方出現(xiàn)部分短接，于是就將焊線重新理清，數(shù)碼管也能正常工作了。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用第五章設(shè)計總結(jié)本次電子課程設(shè)計實習(xí)將理論與實踐有機地結(jié)合，既考查了同學(xué)對理論知識的掌握程度，由反映了實際動手能力，更主要的是考查了同學(xué)對知識的綜合運用以及創(chuàng)新設(shè)計思維能力，為今后的發(fā)展提供了一次良好的學(xué)習(xí)環(huán)境。針對課設(shè)題目八路搶答器，一開始還沒有頭緒，不會運用所學(xué)知識進行有效設(shè)計，但通過上網(wǎng)查閱各種類似的設(shè)計，去圖書館翻閱相關(guān)設(shè)計書籍，查閱所提供的芯片功能，確定基本設(shè)計方案，又通過仿真驗證實驗方案的可實行性，雖說比較煩雜但卻對設(shè)計一個電路有了基本的經(jīng)驗。同時也使自己認識到：1、設(shè)計思路是整個設(shè)計的靈魂拿下每個課題能有一個非常清晰的設(shè)計思路是至關(guān)重要的。只有對課題的充分理解，對各種器件的熟練掌握，勾畫出基本的設(shè)計圖是成功的關(guān)鍵，，必須多花時間在設(shè)計上才能為后續(xù)工作提供更扎實的基礎(chǔ)。翻閱各種資料，上網(wǎng)查詢填補所需知識的空白是必要的。2、焊接制作必須精益求精焊接必須精益求精，一絲不茍，一點的差錯都可能導(dǎo)致實驗結(jié)果錯誤，因此必須準確無誤還要工整，這樣才能在調(diào)試中能比較輕松進行，也是整個電路可看性更好。3、調(diào)試調(diào)試工作是個精細工作。在調(diào)試過程中，有些問題是芯片本身損壞引起的，也有些是因為焊接問題引起的等因此排查過程需要特別有耐心，通過對芯片功能的檢驗，對焊點的檢查最后檢查出問題所在。當最后解決問題時，電路的正確是非常振奮，也很有成就感和滿足感。個人資料整理 僅限學(xué)習(xí)使用4、建議設(shè)計的作品主要是用74系列集成芯片來完成的，