數(shù)電課程設計多路智能競賽搶答器設計

多路智能競賽搶答器設計摘要搶答器作為一種工具，已廣泛應用于各種智力和知識競賽場合。在競賽、文體娛樂活動〔搶答活動〕中，能準確、公正、直觀地判斷出搶答者的機器。通過搶答者的指示燈顯示、數(shù)碼顯示和警示顯示等手段指示出第一搶答者。搶答器多向著數(shù)字智能化開展。數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路兩大局部組成：優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將輸入信號顯示；用控制電路和開關啟動報警電路，以上兩局部組成主體電路；通過定時電路和譯碼電路將脈沖信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構成擴展電路。搶答器除具有根本的搶答功能外，還具有定時、計時和報警多重功能。主持人通過時間預設開關預設供搶答的時間，系統(tǒng)將完成自動倒計時。關鍵字：搶答器鎖存器報警電路譯碼電路AbstractViestoanswerfirstdeviceasatool,hasbeenwidelyappliedinallkindsofintelligenceandknowledgecompetitionsituation.Inthecompetition,entertainmentactivities(viestoanswerfirstactivities),canaccurate,objective,intuitivetodiagnosetheviestoanswerfirstthemachine.Throughthedisplay,theindicatorofviestoanswerfirstdigitaldisplayandalarmdisplay,andothermeanstoindicatethefirstviestoanswerfirst.Themoretowarddigitalintelligentviestoanswerfirst.Themaincircuitbydigitalviestoanswerfirstandexpandingthecircuittwomaincomponents:prioritycodingcircuit,latches,decodercircuitwillinputsignaldisplay;Usethecontrolcircuitandtheswitchalarmcircuit,theabovetwopartssubjectcircuit;Wheninthecircuitanddecodethecircuitwillpulsesignalonadisplayoutputoftimingfunction,constituteexpansioncircuit.Inadditiontobasictheviestoanswerfirstviestoanswerfirstfunctionoutside,stillhavetiming,timingandalarmmultiplefunctions.Bythetimethedefaultdefaultforviestoanswerfirstthetimeswitch,thesystemwillcompleteautomaticcountdown.Keyword:viestoanswerfirstthelatchesalarmcircuitdecodercircuit目錄TOC\o"1-3"\h\u2357多路智能競賽搶答器設計 12506摘要 130651Abstract 228617一、工作原理 5202661、原理框圖 5293992、主要芯片介紹 614615三、電路設計 9118921、主體電路設計 987562、擴展電路 111757〔1〕定時電路 119947〔2〕時序控制電路 13(296693〕控制電路和報警電路 13(2334〕參考原理及簡要說明 1619433四、仿真圖形 1726992五、心得與小結 1922323七、參考文獻: 21緒論：設計目的：1.熟悉智力競賽搶答器的工作原理，掌握搶答電路、優(yōu)先編碼電路、鎖存電路、定時電路、報警電路、時序控制電路、譯碼電路、顯示電路及報警電路的設計方法。2.結合課程中所學的理論知識，獨立設計方案，到達學有所用的目的。3.學會查閱相關手冊與資料，進一步熟悉常用的電子器件類型與特性，并掌握合理選用的原那么，培養(yǎng)獨立分析和解決問題的能力。實驗要求：1.設計一個智力競賽搶答器，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0、1、2、3、4、5、6、7，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So、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。2.給節(jié)目主持人一個控制開關，實現(xiàn)系統(tǒng)清零和搶答的開始。具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能。搶答開始后，如果有選手按下?lián)尨鸢存I，其編號立即鎖存并顯示在LED上，同時揚聲器報警。此外，禁止其他選手再次搶答。選手編號一直保存到主持人去除。擴展功能：1.具有定時搶答功能，可由主持人設定搶答時間。當搶答開始后，定時器開始倒計時，并顯示在LED上，同時揚聲器發(fā)聲提醒。2.選手在規(guī)定時間內(nèi)搶答有效，停止倒計時，并將倒計時時間顯示在LED上，同時報警。3.在規(guī)定時間內(nèi)，無人搶答時，電路報警提醒主持人，次后的搶答按鍵無效。一、工作原理1、原理框圖圖一定時搶答器的總體框圖原理簡述：實際進行智力競賽時，參賽者分為假設干組，搶答時能判定出優(yōu)先搶答者，并予以顯示組號或鳴叫。答復下列問題有時間限制，到時要告警，主持人根據(jù)問題正確與否給予加分或減分。因此要完成智力競賽搶答器的電路至少應包括幾個局部：其一、判斷競賽者組號并顯示出來。其二、規(guī)定答題的時間并顯示出來。其三、定時控制和告警等。定時搶答器的總體框圖如上圖所示，它由主體電路和擴展電路兩局部組成。主體電路：完成根本的搶答功能，即開始搶答后，中選手按動搶答鍵時，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。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“去除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，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。中選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，搶答器要完成以下四項工作：①優(yōu)先緞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；②揚聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；③控制電路要對輸入編碼電路進行封鎖，防止其他選手再次進行搶答；④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)清零為止。中選手將問題答復完畢，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。2、主要芯片介紹(1)74LS4874LS148是輸出高電平有效的中規(guī)模集成BCD七段顯示頁碼驅動器，功能簡圖與管腳引線圖如下列圖所示。圖二74LS48管腳引線圖〔2〕74LS14874LS148是8-3線優(yōu)先編碼器。它允許多個輸入信號同時有效，但只對一個優(yōu)先級最高的輸入信號進行編碼。圖三74LS148引腳圖(3)74LS192十進制可逆計數(shù)器74LS192引腳圖管腳及功能表74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有下述功能：異步清零：CR=1,Q3Q2Q1Q0=0000;異步置數(shù)：CR=0,Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0;保持:CR=0,LD-1,CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài)；加計數(shù)：CR=0,LD=1,CPU=CP,CPD=1,Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計數(shù);減計數(shù)：CR=0,LD=1,CPU=1,CPD=CP,Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計數(shù);圖四74LS192引腳排列圖和邏輯符號圖中：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，為去除端，Q0,Q1,Q2,Q3為數(shù)據(jù)輸出端。異步級聯(lián)方式的特點是：用前級計數(shù)器的輸出作為后級計數(shù)器的時鐘信號。如圖：用兩片74LS129構成M=100的計數(shù)器。圖五中規(guī)模集成計數(shù)器的異步級聯(lián)(4〕74LS27974LS279集成電路如圖R=1,S=0時，Qn+1=1,觸發(fā)器置1狀態(tài)R=0,S=1時，Qn+1=0,觸發(fā)器置0狀態(tài)R=1,S=1時，Qn+1=Qn,觸發(fā)器保持原來狀態(tài)R=1,S=0時，觸發(fā)器狀態(tài)不穩(wěn)〔不允許這種輸入存在〕圖六74LS279引腳圖(5)74LS12174LS121是具有施密特觸發(fā)器輸入的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，有較高的抗干擾度且內(nèi)部有鎖存電路。其引腳圖和功能表如下。圖六74LS121引腳圖和功能表三、電路設計1、主體電路設計主體電路完成搶答器的根本功能。根據(jù)根本功能要求考慮組成該電路的集成芯片。選擇帶有選通端和編碼輸出標志端的優(yōu)先編碼器74LS148做為輸入編碼電路，用四個RS觸發(fā)器可以完成對編碼三個輸出端的鎖存和譯碼器的滅燈〔〕控制。選擇74LS279〔四個RS觸發(fā)器〕比擬適宜。譯碼器顯示電路選74LS48，配共陰極數(shù)碼管〔LED〕。主體電路參考圖，如下圖。圖七搶答器原理框圖當節(jié)目主持人控制鍵在“清零”位置時，RS觸發(fā)器的端為低電平，譯碼器的C=B=A=0，且74LS48的＝0，使顯示器滅燈，同時使編碼器74LS148的選通端=0，使74LS148處于工作狀態(tài)，此時鎖存器不工作。當節(jié)目主持人控制按鈕處于“開始”位置時，優(yōu)先編碼器、鎖存器均處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待搶答者搶答，等待輸入端，…，輸入信號。假設有先答復者如S2(S2閉合)，那么74LS148編碼輸出，=101，=0，使74LS279的輸出4Q3Q2Q=010,1Q=1,＝1，那么譯碼器74LS48工作，顯示器顯示搶答者的編號為2，同時使74LS148的=1，Q=1,使編碼器不工作，停止編碼，封鎖其它選手按鍵送出的搶答信號，并發(fā)出光電報警。當S2放開后，，但1Q仍鎖存為1，74LS148仍處于禁止狀態(tài)。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。當搶答器答復完問題后，由主持人操作控制開關S，使搶答電路復位，以便進行下一輪搶答。圖八搶答器電路圖2、擴展電路主體電路組成簡易搶答器，再配以定時電路和時序控制便構成功能完善的智力競賽搶答器?！?〕定時電路定時電路的功能是節(jié)目主持人根據(jù)需要設定搶答時間，實際上就是一個能予置數(shù)的遞減十進制計數(shù)器，配以譯碼顯示電路。其計數(shù)脈沖由秒信號發(fā)生器提供。只要選擇具有可予置數(shù)的可逆8421BCD碼十進制計數(shù)器芯片，就可完成計數(shù)器任務，選用74LS192，配以74LS48和共陰極的LED數(shù)碼管。由于對秒信號不是要求太精確，所以用555定時器，組成秒信號產(chǎn)生器.圖九定時器電路電路框圖圖十定時器電路〔2〕時序控制電路功能是用以控制各局部按功能要求協(xié)調(diào)工作，它要完成如下工作：①節(jié)目主持人將控制開關扳向“去除位置”時，搶答編號顯示滅燈，搶答定時器予置數(shù)，顯示定時時間。開關扳向“開始”位置時，揚聲器發(fā)出聲響〔1S左右〕，搶答電路進入正常工作狀態(tài)，定時器開始倒計時。②中選手按動搶答按鈕時，揚聲器發(fā)出聲響，搶答電路和定時器停止工作。③當設定定時時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)出聲響，同時搶答電路和定時器停止工作。從上述功能要求看，控制聲響局部的信號有三個，它們分別是：主持人開關S=1代表開始；有搶答時的搶答輸出狀態(tài)=0；定時時間到無人搶答(即計數(shù)器74LS192(2)的=)?？刂坡曧憰r間為1S左右，由集成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121來完成。另外對編碼和定時計數(shù)脈沖還要加以控制，由集成邏輯門電路去控制。圖十一定時器和報警電路框圖(3)控制電路和報警電路：

由555芯片構成多諧振蕩電路,555的輸出信號再經(jīng)或門控制顯示閃爍。控制電路包括時序和報警兩個電路,如下圖?？刂齐娐沸杈哂幸韵聨讉€功能：主持人閉合開關,多路搶答器電路和計時電路進入正常狀態(tài);參賽者按鍵時,搶答電路和計時電路停止工作;搶答時間到,無人搶答,0閃爍,搶答電路和計時電路停止工作。

由功能表可以看出，要使電路實現(xiàn)倒計時〔減法〕功能，應使CR=0，PE非=1，CP+=1，CP-=CP?？捎肅R端接電平開關來控制計時器的工作與否。

閃爍顯示電路需要在一種情況下做出反響當裁判員給出“請答復”指令后，計時器開始倒計時，假設答復下列問題時間到達限定的時間，閃爍。閃爍電路由兩局部組成：一是由門電路組成的控制電路，二是74LS192驅動電路。門控電路主要由或門組成，它的兩個輸入，一個來自由555芯片構成多諧振蕩電路，另一個來自計時系統(tǒng)高位計數(shù)器的借位信號QB，它說明計時電路在3秒，2秒，1秒，0秒倒計時再向9秒轉化時向高位借位時給出一個負脈沖經(jīng)反相器得到一個高電平。這個高電平信號或上方波信號就使顯示器閃爍。

圖十二報警電路的控制信號產(chǎn)生電路圖十三搶答與定時電路的時序控制電路報警電路：由555定時器和三極管構成，如下列圖所示。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；當PR為低電平時，電路停振。圖十四聲響報警電路振蕩電路：本競賽搶答器需要產(chǎn)生頻率為500KHZ的脈沖信號，用于觸發(fā)器的CP信號，及頻率為1HZ信號用于計時電路。以上電路可用555定時器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過分頻得到。其中555定時器構成多諧振蕩器，振蕩周期為：T=0.7[(R1+2R2)C]=987msR1=47KR2=47KC=10uF圖十五振蕩電路圖(4)參考原理及簡要說明圖十六多路搶答器總電路圖節(jié)目主持人將開關S置去除位置，搶答器禁止工作，編號顯示器滅燈，定時顯示器〔由74LS192等組成〕同時顯示設定時間，當主持人宣布搶答題目后，，將控制開關置開始位置，搶答開始，揚聲器發(fā)出聲響提示，由于＝0，所以搶答器處于工作狀態(tài)，定時器開始倒計時，假設定時時間到，沒有人搶答時，報警聲響，并且使＝1禁止選手超時搶答。假設在規(guī)定時間內(nèi)〔定時內(nèi)〕有選手按搶答按鈕時，搶答器要完成以下工作：編碼電路立即找出搶答者的編號，并加以鎖存后送入譯碼顯示電路顯示出該編號，同時揚聲器發(fā)出短暫聲響提醒主持人，控制電路封鎖編碼器防止其它選手再搶答，即只允許一次只有一個先搶答者。同時定時器停止工作，顯示當前的時間，中選手問題答復完畢時，主持人操作控制開關，使搶答器回到禁止工作狀態(tài)，準備下一輪搶答。四、仿真圖形五、心得與小結持續(xù)近一個星期的課程設計結束了，我的設計雖然有一些小毛病，但總體上還是很成功的。一周的時間雖然很短暫，但從中獲益匪淺.畢竟在課堂上學習的內(nèi)容真真正正能用到實際是有點超乎我的想象，而且要把理論知識付諸實踐確實非一件易事。我從最初的設想設計一個什么樣的數(shù)字電路到繪制電路圖，然后打印排版，最后校正設計中的漏洞與缺乏。整個過程中我翻閱大量資料，上網(wǎng)查找有關內(nèi)容，馬不停蹄思考如何繪制電路，并和周圍同學進行著一遍又一遍的交流與設計思想。首先對數(shù)字電路這門課程有了更深的了解，因為課程設計本身要求將以前所學的理論知識運用到實際的電路設計當中去，在電路的設計過程中，無形中便加深了對數(shù)字電路的了解及運用能力，對課本以及以前學過的知識有了一個更好的總結與理解；以前的數(shù)字實驗只是針對某一個小的功能設計，而課程設計對我們的總體電路的設計的要求更嚴格，需要通過翻閱復習以前學過的知識確立了實驗總體設計方案，然后逐步細化進行各模塊的設計。例如：555定時器的使用原理和作用，用它構成觸發(fā)器和振蕩器的方法，還有一個難題就是怎么來選擇我所需要的芯片，從而實現(xiàn)我所想實現(xiàn)的功能。其次，以前沒有接觸過仿真軟件，這次審計要使用仿真軟件，所以學會了multisim軟件的根本應用，這對我以后的工作和學習的幫助都很有用處。但