三人智力搶答計(jì)時(shí)器設(shè)計(jì)

一、摘要智力競(jìng)賽搶答計(jì)時(shí)器是一名公正的裁判員，它的任務(wù)是從若干名參賽者中確定出最先的搶答者，并要求參賽者在規(guī)定的時(shí)間里回答完問題。這好比一名公正的裁判員，它的任務(wù)是從若干名參賽者中確定出最先的搶答者，并要求參賽者在規(guī)定的時(shí)間里回答完問題。本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的是三路搶答，其具有搶答,倒計(jì)時(shí)功能。它在娛樂、競(jìng)賽中起著重要的作用，它體現(xiàn)出公平性、準(zhǔn)確性。它替代人們的肉眼觀察，主觀判斷。在公正的比賽中，智力搶答記時(shí)器是不可或缺的。二、電路的組成及工作原理根據(jù)上面所說的功能要求，智力競(jìng)賽搶答計(jì)事系統(tǒng)的組成框圖如下圖所示。它主要有六部分組成：顯示聲響電路顯示聲響電路計(jì)時(shí)聲響電路清零裝置搶答器計(jì)時(shí)聲響電路清零裝置搶答器振蕩電路搶答控制電路振蕩電路搶答控制電路圖1智力競(jìng)賽搶答計(jì)時(shí)器系統(tǒng)組成框圖1、搶答器——是智力競(jìng)賽搶答器的核心。當(dāng)參賽者的任意一位首先按下?lián)尨痖_關(guān)時(shí)，搶答器即刻接受該信號(hào)，指使相應(yīng)發(fā)光極管亮（或音響電路發(fā)出聲音），與此同時(shí)，封鎖住其他參賽者的輸入信號(hào)。2、清零裝置——供比賽開始前裁判員使用。它能保證比賽前觸發(fā)器統(tǒng)一清零，避免電路的誤動(dòng)作和搶答過程的不公平。 3、顯示聲響電路——比賽開始，當(dāng)某一參賽者按下?lián)尨鹌鏖_關(guān)時(shí)，觸發(fā)器接受該信號(hào)，在封鎖其他搶答信號(hào)的同時(shí)，使該路的發(fā)光二極管發(fā)出亮光和蜂鳴器發(fā)出聲響，以引起人們的注意。4、計(jì)時(shí)聲響電路——是對(duì)搶答者回答問題時(shí)間進(jìn)行控制電路。若規(guī)定回答為的時(shí)間小于100秒（顯示為0~99），那么顯示裝置應(yīng)該是一個(gè)二位數(shù)字顯示的計(jì)數(shù)系統(tǒng)。5、搶答控制器——由三個(gè)開關(guān)組成。三名參賽者各控制一個(gè)，撥動(dòng)開關(guān)使相應(yīng)控制端的信號(hào)為高電平或低電平。6、振蕩電路——它應(yīng)該提供給搶答器、計(jì)時(shí)系統(tǒng)和聲響電路工作的控制脈沖。三、設(shè)計(jì)步驟及方法圖2為三人智力競(jìng)賽搶答計(jì)時(shí)系統(tǒng)的原理圖：圖2搶答控制電路該系統(tǒng)由開關(guān)A，B，C組成，分別由三名參賽者控制。常時(shí)態(tài)時(shí)開關(guān)接地，比賽時(shí)，按下開關(guān)使該端為高電平。為試驗(yàn)方便，搶答開關(guān)也可利用試驗(yàn)箱上電平輸出開關(guān)。撥動(dòng)邏輯開關(guān)，相當(dāng)于輸出高電平。二、搶答器搶答器是由三個(gè)D型觸發(fā)器和一個(gè)與非門組成。它的工作原理是這樣的：如果參賽者A首先按下開關(guān)，使該端的輸入信號(hào)為高電平，觸發(fā)器1的輸入端D接收該信號(hào)使輸出Q為高電平，相應(yīng)的為低電平，這個(gè)低電平信號(hào)同時(shí)送到與非門G1的輸入端，與非門G1被封鎖，使觸發(fā)器的控制脈沖CP信號(hào)由于與非門G1封鎖而被拒之門外，觸發(fā)器FB和FC因?yàn)椴痪邆銫P脈沖信號(hào)而不接收開關(guān)B和C控制端送入的信號(hào)（其他兩種情況類同）。因?yàn)樵撾娐分唤邮盏谝粋€(gè)輸入信號(hào)，即使此時(shí)其他參賽者也按下開關(guān)，但由于與非門已被封鎖，信號(hào)是輸入不進(jìn)去的。此部分使用芯片雙D觸發(fā)器74LS74，其引腳圖及功能表如下:引腳圖：功能表：三、清零裝置為了保證電路正常工作，比賽開始前，裁判員都要將各觸發(fā)器的狀態(tài)統(tǒng)一清零。本系統(tǒng)利用D觸發(fā)器的異步復(fù)位端來實(shí)現(xiàn)清零功能。該觸發(fā)器的異步復(fù)位端為,低電平用一個(gè)開關(guān)J控制，正常比賽時(shí)，使，均處于高電平，用＝０實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。四、計(jì)時(shí)顯示聲響電路計(jì)時(shí)電路采用倒計(jì)時(shí)方法，最大顯示為99秒。當(dāng)裁判員給出“請(qǐng)回答”指令后，開始倒計(jì)時(shí)，當(dāng)計(jì)時(shí)“00”是，可驅(qū)動(dòng)電路發(fā)出聲響。倒計(jì)時(shí)器選用可預(yù)置數(shù)二-十進(jìn)制同步可逆計(jì)數(shù)器（雙時(shí)鐘型）74LS192。74LS192的引腳圖和功能表如下：引腳圖：功能表：下圖是用兩片74LS192組成的一百進(jìn)制減法計(jì)數(shù)器電路。由功能表可以看出，要使電路實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)（減法）功能，應(yīng)使CR=0，PE非=1，CP+=1，CP-=CP?？捎肅R端接電平開關(guān)來控制計(jì)時(shí)器的工作與否。聲響顯示電路需要在兩種情況下做出反應(yīng)：一種是當(dāng)有參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時(shí)，相應(yīng)電路的發(fā)光二極管亮，同時(shí)推動(dòng)輸出級(jí)的蜂鳴器發(fā)出聲響；第二種情況是當(dāng)裁判員給出“請(qǐng)回答”指令后，計(jì)時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，若回答問題時(shí)間到達(dá)限定的時(shí)間，蜂鳴器發(fā)出聲響。顯示電路由發(fā)光二極管與電阻串聯(lián)而成，發(fā)光二極管正極接電源端，負(fù)極接D觸發(fā)器的Q非端。當(dāng)某參賽者按下開關(guān)，該觸發(fā)器接受該信號(hào)使其輸出Q端的狀態(tài)為高電平，相應(yīng)的Q非端為低電平，就有電流流過發(fā)光二極管是它發(fā)亮。計(jì)時(shí)系統(tǒng)的驅(qū)動(dòng)顯示電路選用BCD-7段鎖存譯碼器7448和共陰極七段數(shù)碼管顯示器BS201組成。聲響電路由兩部分組成：一是由門電路組成的控制電路，二是三極管驅(qū)動(dòng)電路。門控電路主要由或門組成，它的兩個(gè)輸入，一個(gè)來自搶答電路各觸發(fā)器輸出Q非的與非，他說明只要有一Q非為低電平，就使該與非門輸出為高電平通過或門電路驅(qū)動(dòng)蜂鳴發(fā)生器；另一個(gè)來自計(jì)時(shí)系統(tǒng)高位計(jì)數(shù)器的借位信號(hào)QB，它說明計(jì)時(shí)電路在99秒向98秒，97秒，……2秒，1秒，0秒倒計(jì)時(shí)再向99秒轉(zhuǎn)化時(shí)向高位借位時(shí)給出一個(gè)負(fù)脈沖經(jīng)反相器得到一個(gè)高電平。這個(gè)高電平信號(hào)也能使蜂鳴器發(fā)聲，為了保證電路的可靠工作，也可采用與非門構(gòu)成的基本RS觸發(fā)器驅(qū)動(dòng)。五、振蕩電路本系統(tǒng)需要產(chǎn)生三種頻率的脈沖信號(hào)，一種是頻率為1KHZ的脈沖信號(hào)，用于聲響電路；一種是頻率為500KHZ的脈沖信號(hào)，用于觸發(fā)器的CP信號(hào)。第三中頻率為1HZ信號(hào)用于計(jì)時(shí)電路。以上電路可用555定時(shí)器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過分頻得到。555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖3所示，多諧振蕩器的振蕩頻率可由式（1）估算。CC7555單定時(shí)器的外部引線排列見圖4所示四、安裝與調(diào)試一、搶答顯示功能測(cè)試按有關(guān)部分在實(shí)驗(yàn)箱上連線，將開關(guān)A，B，C，全部處于低電平。首先撥動(dòng)開關(guān)A，該端發(fā)光二極管亮，此時(shí)再撥動(dòng)開關(guān)B或C，觀察其他發(fā)光二極管的情況。二、清零功能測(cè)試在以上實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將74LS74的所有R端連在一起通過開關(guān)J控制。由此可以看出，74LS74的異步控制信號(hào)高電平有效，因此可用R=1實(shí)現(xiàn)復(fù)位功能。開關(guān)J可以利用實(shí)驗(yàn)箱上的電平開關(guān)。常態(tài)時(shí)，它處于低電平。撥動(dòng)開關(guān)J，觀察二極管是否全滅。三、倒計(jì)時(shí)功能測(cè)試電路在實(shí)驗(yàn)箱上連線，計(jì)數(shù)器的輸出可接發(fā)光二極管，在CP作用下，觀察發(fā)光二極管顯示情況。通過控制CR端的狀態(tài)，在觀察發(fā)光二極管顯示情況。五、遇到問題及解決方法eq\o\ac(○,1)元件連接問題。有些元件錯(cuò)誤連接導(dǎo)致電路不能正常工作。信號(hào)源的連接方法：正端連接芯片的CP端，負(fù)端接地。蜂鳴器：一端接入電路，而另一端接地。eq\o\ac(○,2)元件選擇問題。開關(guān)：本系統(tǒng)中所需要的開關(guān)均是按下之后需要恢復(fù)的開關(guān)，因此要選擇復(fù)位開關(guān)。電阻：為了使二極管正常發(fā)光或熄滅，以及引腳正確呈現(xiàn)高低電平，需要使用合適的電阻。這里，與二級(jí)管相連的電阻選擇1千歐，與開關(guān)相連的電阻選擇3千歐。eq\o\ac(○,3)參數(shù)設(shè)定問題。信號(hào)源頻率設(shè)定：倒計(jì)時(shí)電路中需要1秒倒計(jì)時(shí)倒計(jì)一次，因此信號(hào)設(shè)定為1HZ；在搶答電路中則需要較高頻率，因此設(shè)定為50KHZ。電源均設(shè)定為5V。eq\o\ac(○,4)線路連接問題。再調(diào)試過程中遇到功能不顯現(xiàn)的情況時(shí)，在電路元件連接完好，參數(shù)設(shè)定正確的情況下，很有可能是由線路連接不牢固或者連接不符合規(guī)則造成的，因此在連接線路時(shí)一定要頭腦清晰，連接條理清晰。六、元件明細(xì)表74LS74四D觸發(fā)器1個(gè)74LS192同步十進(jìn)制雙時(shí)鐘可逆計(jì)數(shù)器2個(gè)74LS20雙4輸入與非門2個(gè)74LS32四2輸入或門1個(gè)74LS08四2輸入與門1個(gè)LED發(fā)光二級(jí)管3個(gè)BCD-七段顯示譯碼器74482個(gè)共陰極七段數(shù)碼管顯示器BS2012個(gè)開關(guān)3個(gè)三極管1個(gè)蜂鳴器1個(gè)5V電源、接地裝置電阻：1KΩ*35.1KΩ*13KΩ*3七、設(shè)計(jì)心得和體會(huì)通過本次課程設(shè)計(jì)我收獲良多，使我認(rèn)識(shí)到了自己所學(xué)的專業(yè)知識(shí)的實(shí)用性和重要性。本次設(shè)計(jì)使我對(duì)課本上的知識(shí)進(jìn)行了復(fù)習(xí)和運(yùn)用。但在起初不知該如何下手，后來通過上網(wǎng)查詢和查閱相關(guān)書籍資料，總算是有點(diǎn)眉目了。知道了如何下手，后面的工作相對(duì)就容易一些了。埋頭苦干的過程是苦澀的，在書山中查找資料的過程是疲倦的，但當(dāng)課程設(shè)計(jì)完成時(shí)，收獲的感覺是甜蜜的。沒有耕耘，哪來的收獲的喜悅，不懂的付出怎么能知道回報(bào)的快樂，一份耕耘一份收獲，有付出才有回報(bào)，就在這樣的痛苦與快樂的交換中，我學(xué)到了知識(shí)，學(xué)到了做人的道理，收獲了一份珍貴的財(cái)富。這次實(shí)踐使我認(rèn)識(shí)到了我現(xiàn)在所學(xué)的知識(shí)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，在實(shí)際操作應(yīng)用過程中還有些問題不能獨(dú)立解決，所以我會(huì)在今后的學(xué)習(xí)中更加努力學(xué)習(xí)，學(xué)號(hào)自己的專業(yè)知識(shí)，來發(fā)展迅速的現(xiàn)代社會(huì)。在此次設(shè)計(jì)中我非常感謝李老師，我在