五人智力搶答器

智力競(jìng)賽搶答器電子與信息工程學(xué)院姓名班級(jí)：學(xué)號(hào)：完成日期目錄一、設(shè)計(jì)題目 1二、設(shè)計(jì)任務(wù) 11、選題意義 12、設(shè)計(jì)目標(biāo) 13、設(shè)計(jì)要求 1三、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 11、程序結(jié)構(gòu) 12、搶答電路的設(shè)計(jì) 23、倒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì) 44、聲響電路的設(shè)計(jì) 55、總電路的設(shè)計(jì) 6四、設(shè)計(jì)難點(diǎn)與解決方法 7五、設(shè)計(jì)不足之處 7六、收獲與體會(huì) 8附錄1：程序使用說(shuō)明 8附錄2：文獻(xiàn)參考 8附錄3：總電路設(shè)計(jì)圖 9一、設(shè)計(jì)題目五人智力競(jìng)賽搶答器二、設(shè)計(jì)任務(wù)1、選題意義當(dāng)今的社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，選拔人才，評(píng)選優(yōu)勝，知識(shí)競(jìng)賽之類的活動(dòng)愈加頻繁，那么也就必然離不開(kāi)搶答器。本搶答器通過(guò)十分巧妙的設(shè)計(jì)僅用數(shù)字芯片便實(shí)現(xiàn)了數(shù)顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比較有分辨時(shí)間極短、結(jié)構(gòu)清晰、成本低、制作方便等優(yōu)點(diǎn)。本搶答器采用了數(shù)字顯示器直接指示剩余時(shí)間，自動(dòng)鎖存顯示結(jié)果的設(shè)計(jì)思想，因而本搶答器具有顯示直觀，不需要人干預(yù)的特點(diǎn)，而且在顯示時(shí)搶答器會(huì)發(fā)出聲響使效果更為生動(dòng)。2、設(shè)計(jì)目標(biāo)五路搶答器要具有主持人控制的功能，同時(shí)在搶答控制中將五個(gè)搶答輸入端與D觸發(fā)器的輸入端相接，在高電平時(shí)鐘信號(hào)的觸發(fā)下實(shí)現(xiàn)最先搶答者優(yōu)先通過(guò)，并在有人搶答后立刻屏蔽時(shí)鐘信號(hào)，是較晚的時(shí)鐘信號(hào)無(wú)效。此時(shí)，喇叭鳴響2秒，表示有人搶答成功。同時(shí)，倒計(jì)時(shí)電路啟動(dòng)，開(kāi)始進(jìn)行10秒回答倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)結(jié)束啟動(dòng)鳴響電路，使喇叭鳴響2秒，提示回答超時(shí)。在回答過(guò)程中，一旦搶答者回答完畢主持人可以按動(dòng)按鍵是倒計(jì)時(shí)結(jié)束，同時(shí)取消喇叭鳴響。另外，主持人還具有在任意時(shí)間停止搶答的功能。3、設(shè)計(jì)要求①五人參賽每人一個(gè)按鈕，主持人一個(gè)按鈕，按下就開(kāi)始；②每人一個(gè)發(fā)光二極管，搶中者燈亮；③有人搶答時(shí)，喇叭響；④答題時(shí)限為10秒鐘，從有人搶答開(kāi)始，用數(shù)碼管倒計(jì)時(shí)間，0、9、8…1、0；倒計(jì)時(shí)到0的時(shí)候，喇叭發(fā)出兩秒聲響。三、程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)1、程序結(jié)構(gòu)根據(jù)系統(tǒng)功能要求，須設(shè)計(jì)有搶答電路、譯碼顯示電路、主持人控制電路、定時(shí)電路、響鈴電路，各個(gè)電路都有其自己的功能。通過(guò)主持人控制按鍵，電路進(jìn)入就緒狀態(tài)，等待搶答。按下五個(gè)按鍵，程序就會(huì)判斷是誰(shuí)先按下的，然后從五個(gè)發(fā)光二極管輸出搶答功能，同時(shí)開(kāi)始回答計(jì)時(shí)。如果在設(shè)定的時(shí)間里沒(méi)有完成問(wèn)題的回答，一到時(shí)間，則產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)表示已經(jīng)超時(shí)。當(dāng)要進(jìn)行下一次搶答時(shí)，有主持人先打開(kāi)開(kāi)關(guān)，再閉合，即可實(shí)現(xiàn)電路復(fù)位，進(jìn)入下一次搶答的就緒狀態(tài)。根據(jù)系統(tǒng)的要求，可以得到系統(tǒng)的框圖如下：2、搶答電路的設(shè)計(jì)搶答電路采用D觸發(fā)器7474作為核心芯片，由一片觸發(fā)器組成矩形發(fā)生器，發(fā)出頻率為10KHZ，最大幅度為6V的脈沖信號(hào)作為D觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖。在D觸發(fā)器的輸入端，根據(jù)五個(gè)按鍵的狀態(tài)決定D端得狀態(tài)。當(dāng)有一個(gè)D觸發(fā)器的輸入端為高電平時(shí)，就在時(shí)鐘信號(hào)的作用下將狀態(tài)傳遞到Q端。此時(shí)，與Q端相連接的發(fā)光二極管將Q端得狀態(tài)顯示出來(lái)。同時(shí)與Q端相連接門(mén)電路根據(jù)五個(gè)Q端的狀態(tài)判斷是否對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行屏蔽。即只要有一個(gè)Q端得狀態(tài)是高電平，則通過(guò)組合邏輯使輸入脈沖被禁止。從而實(shí)現(xiàn)了在有人搶答的第一時(shí)間顯示出搶答狀態(tài)，并對(duì)當(dāng)前狀態(tài)進(jìn)行保存，防止其他人的搶答對(duì)當(dāng)前狀態(tài)的影響。另外，將主持人的開(kāi)關(guān)與7474芯片的CLR端相連接，實(shí)現(xiàn)主持人對(duì)電路的可控性。當(dāng)CLR信號(hào)有效時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的清零;當(dāng)CLR信號(hào)無(wú)效時(shí)，即開(kāi)關(guān)閉合時(shí)候，允許進(jìn)行搶答。根據(jù)設(shè)計(jì)原理，使用multisim繪制電路圖如下：使用multisim對(duì)上面的電路進(jìn)行仿真，結(jié)果如下：①按下主持人按鍵，在無(wú)人搶答的時(shí)候，發(fā)光二極管不發(fā)生任何變化；②若主持人按鍵未按下，按動(dòng)選手搶答開(kāi)關(guān)，發(fā)光二極管狀態(tài)不發(fā)生變化；③當(dāng)按下主持人按鍵后，再按選手搶答按鍵，則相應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光；④當(dāng)有一個(gè)選手搶中時(shí)，再按其他選手的按鍵，發(fā)光二極管組的狀態(tài)不變，即實(shí)現(xiàn)了對(duì)最先搶答的判斷；⑤在二極管發(fā)光后，斷開(kāi)主持人開(kāi)關(guān)，發(fā)光的二極管熄滅，即實(shí)現(xiàn)了主持人對(duì)搶答的重置和控制。3、倒計(jì)時(shí)電路的設(shè)計(jì)為實(shí)現(xiàn)有人搶答后，系統(tǒng)開(kāi)始10秒回答問(wèn)題期限的倒計(jì)時(shí)，必須給出相應(yīng)的倒計(jì)時(shí)電路。其基本框圖如下：使用74LS190芯片的減一計(jì)數(shù)功能來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)間的遞減計(jì)數(shù)，并通過(guò)一個(gè)七段數(shù)碼管來(lái)顯示芯片的輸出狀態(tài)。為使顯示數(shù)字在計(jì)數(shù)結(jié)束后停止繼續(xù)計(jì)數(shù)，應(yīng)該在計(jì)數(shù)結(jié)束后對(duì)74LS190的輸出進(jìn)行鎖存。使用兩片74LS160芯片，實(shí)現(xiàn)當(dāng)兩片74LS160組成的計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)到達(dá)10時(shí)，即74LS190倒數(shù)計(jì)數(shù)達(dá)到0時(shí)，對(duì)74LS190的輸入時(shí)鐘信號(hào)進(jìn)行屏蔽，從而使74LS190芯片不再進(jìn)行倒數(shù)計(jì)數(shù)。具體方法如下：①當(dāng)兩片74LS160組成的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到10時(shí)，通過(guò)門(mén)電路生成置數(shù)信號(hào)接至74LS160芯片的置數(shù)端，使74LS160的下一狀態(tài)仍為10，即實(shí)現(xiàn)了到達(dá)10時(shí)對(duì)電路狀態(tài)的保存。②當(dāng)兩片74LS160組成的計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)達(dá)到10時(shí)，將信號(hào)以高電平的形式接到74LS190的CTEN端，使計(jì)數(shù)停止。由于當(dāng)?shù)竭_(dá)10是計(jì)數(shù)電路保存10的狀態(tài)，故實(shí)現(xiàn)了搶答開(kāi)始10秒后倒計(jì)時(shí)停止的功能。74LS160功能真值表：輸

入輸

出CLKENPENTQ××0××置零↑01××預(yù)置數(shù)據(jù)↑1111計(jì)數(shù)×110×保持×11×0保持使用multisim繪制倒計(jì)時(shí)電路原理圖如下：當(dāng)仿真開(kāi)始時(shí)，7段譯碼管依次顯示0、9、8、7、6、5、4、3、2、1、0并停止計(jì)數(shù)，可見(jiàn)，本電路很好的實(shí)現(xiàn)了既定的功能。4、聲響電路的設(shè)計(jì)為了使搶答者和主持人能夠知道搶答成功或者搶答超時(shí)，故應(yīng)該有一個(gè)聲響電路來(lái)提示當(dāng)前的狀態(tài)。本設(shè)計(jì)在有人搶答成功和回答超時(shí)的時(shí)候都會(huì)發(fā)出2秒的聲響。為了實(shí)現(xiàn)本功能，系統(tǒng)使用一片74LS160計(jì)數(shù)芯片，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到2時(shí)對(duì)輸出進(jìn)行鎖存，并通過(guò)門(mén)電路，使74LS160芯片輸出的二進(jìn)制數(shù)為0000和0001時(shí)接通喇叭，發(fā)出長(zhǎng)為2秒的聲響。當(dāng)2秒時(shí)間過(guò)去后，輸出端狀態(tài)保持為0010，門(mén)電路此時(shí)給喇叭的信號(hào)為低電平，便實(shí)現(xiàn)了鳴響的結(jié)束。使用multisim繪制聲響電路原理圖如下：當(dāng)仿真開(kāi)始時(shí)，七段數(shù)碼管顯示為0，同時(shí)替代喇叭進(jìn)行仿真的燈泡發(fā)光，隨后顯示1，然后顯示2，并在顯示2的同時(shí)熄滅燈泡?？梢?jiàn)，本電路很好的實(shí)現(xiàn)了控制聲響（燈泡發(fā)光）的作用。5、總電路的設(shè)計(jì)將上面設(shè)計(jì)的各個(gè)模塊相互連接起來(lái)，組成總電路，方法如下：①只有在有人搶答成功時(shí)候才啟動(dòng)倒計(jì)時(shí)電路，故將有人搶答成功的信號(hào)通過(guò)一個(gè)與門(mén)與1HZ的時(shí)鐘信號(hào)作與運(yùn)算后接到74LS190的CLK端，即實(shí)現(xiàn)在有人搶答成功后，才允許CLK信號(hào)輸入74LS190芯片。②由于鳴響電路也是在有人搶答成功才啟動(dòng)，故其CLK端采用與74LS190芯片相同的接法。③對(duì)于74LS190芯片，由于在期接通和完成一個(gè)以10為周期的計(jì)數(shù)后，都會(huì)在RCO端給出一個(gè)低電平脈沖。為完成鳴響的目標(biāo)，將RCO端接至鳴響電路的74LS160芯片的CLR端。即每當(dāng)有低電平脈沖發(fā)來(lái)（有人搶答成功和倒計(jì)時(shí)結(jié)束）便將計(jì)數(shù)器置零，使其重新計(jì)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)了2秒的鳴響。在multisim環(huán)境下仿真總電路如下：四、設(shè)計(jì)難點(diǎn)與解決方法設(shè)計(jì)難點(diǎn)：設(shè)計(jì)搶答電路時(shí)主持人開(kāi)關(guān)的控制問(wèn)題？解決方法：將主持人的開(kāi)關(guān)與7474芯片的CLR端相連接，實(shí)現(xiàn)主持人對(duì)電路的可控性。當(dāng)CLR信號(hào)有效時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的清零;當(dāng)CLR信號(hào)無(wú)效時(shí)，即開(kāi)關(guān)閉合時(shí)候，允許進(jìn)行搶答。五、設(shè)計(jì)不足之處智力競(jìng)賽搶答器在搶答過(guò)程中，主持人在選手同時(shí)搶答時(shí)，不能中斷選手的搶答，以至于競(jìng)賽搶答器不是很完美。六、收獲和體會(huì)通過(guò)兩個(gè)多星期的課程設(shè)計(jì)，我們掌握了書(shū)本以外的電子技術(shù)知識(shí)，進(jìn)一步了解有關(guān)集成電路的功能和使用方法。熟悉數(shù)字電路系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真設(shè)計(jì)方法及調(diào)試技術(shù)，培養(yǎng)了專心致志的工作學(xué)習(xí)習(xí)慣，懂得了相互之間的理解與體諒，可謂獲益匪淺。該五路智力競(jìng)賽搶答器具有電路簡(jiǎn)單、成本低廉、操作方便等優(yōu)點(diǎn)。附錄1：程序使用說(shuō)明為了使用者能夠獲得正確的程序運(yùn)行結(jié)果，防止未按設(shè)計(jì)者要求輸入，導(dǎo)致程序退出，現(xiàn)在說(shuō)明內(nèi)容如下：程序運(yùn)行環(huán)境：計(jì)算機(jī)，multisim.10軟件文件組成說(shuō)明：文件由三個(gè)模塊電路和一個(gè)總電路組成。實(shí)驗(yàn)器材：74LS190、74LS160、7474、觸發(fā)器、門(mén)電路、數(shù)碼管、發(fā)光