智力競賽搶答器課程設(shè)計

智力競賽搶答器智力競賽搶答器姓姓名：李兵權(quán)專業(yè)：自動化學(xué)號：班級：07級四班指導(dǎo)老師：謝東壘智力競賽搶答器內(nèi)容摘要當(dāng)今的社會競爭日益劇烈，選拔人才，評選優(yōu)勝，知識競賽之類的活動愈加頻繁，那么也就必然離不開搶答器。而現(xiàn)在的搶答器有著數(shù)字化，智能化的方向開展，這就必然提高了搶答器的本錢。鑒于現(xiàn)在小規(guī)模的知識競賽越來越多，操作簡單，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型搶答器必將大有市場。本搶答器通過十分巧妙的設(shè)計僅用兩塊數(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擬有分辨時間極短、結(jié)構(gòu)清晰，本錢低、制作方便等優(yōu)點(diǎn)，并且還有防作弊功能。因此，我們制作了這款簡易四路搶答器屏棄了本錢高，體積大，而且操作復(fù)雜。我們采用了數(shù)字顯示器直接指示，自動鎖存顯示結(jié)果，并自動復(fù)位的設(shè)計思想，因而本搶答器具有顯示直觀，不需要人干預(yù)的特點(diǎn)。而且在顯示時搶答器會發(fā)出叮咚聲使效果更為生動。工廠、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。在知識競賽中，特別是做搶答題時，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要有一個系統(tǒng)來完成這個任務(wù)。如果在搶答中，只靠人的視覺是很難判斷出哪組先答題。這次設(shè)計就是用幾個觸發(fā)器以及三極管巧妙的設(shè)計搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優(yōu)先答題。關(guān)鍵字：知識競賽;搶答器;數(shù)字顯示器；觸發(fā)器第一章：設(shè)計的任務(wù)與設(shè)計原理31.1任務(wù)要求31.2實(shí)驗(yàn)原理3第二章：方案論證與選擇42.1方案比擬：42.2方案論證及選擇5第三章：單元模塊設(shè)計63.1搶答器電路63.2計時器電路73.2.1555定時器8減法計數(shù)器93.2.3數(shù)字顯示器103.3計分器電路11第四章：元器件的選擇12第五章：心得體會13【參考文獻(xiàn)】14附錄15第一章：設(shè)計的任務(wù)與設(shè)計原理1.1任務(wù)要求1.四組參賽者在進(jìn)行搶答是，當(dāng)搶先者按下面前的按鈕時，搶答器能準(zhǔn)時地判斷出搶先者，并以聲光為標(biāo)志。要求聲響，光亮?xí)r間為9秒后自動熄滅。2.搶答器應(yīng)具有互鎖功能，某組搶答后能自動封鎖其他各組進(jìn)行搶答。3.搶答器應(yīng)具有限時功能。限時檔次分別為30秒，60秒，90秒；時間到時應(yīng)發(fā)出聲響。同時，時間數(shù)據(jù)要用數(shù)碼管顯示出來。4.搶答者犯規(guī)或違章時，應(yīng)自動發(fā)出警告信號，以提示燈光閃為標(biāo)志。5.系統(tǒng)應(yīng)具有一個總復(fù)位開關(guān)。1.2實(shí)驗(yàn)原理本課程設(shè)計的核心為搶答模塊，其有四個觸發(fā)器組成。搶答模塊的主要功能是互鎖，不管是搶答還是犯規(guī)，一旦一個選手先按下開關(guān)，其觸發(fā)器首先觸發(fā)，并且這個觸發(fā)器的輸出將其它三個觸發(fā)器CP脈沖輸入屏蔽掉，從而到達(dá)互鎖的目的。第二章：方案論證與選擇2.1方案比擬：以下設(shè)計的是智力搶答器的方案流程圖：

秒脈沖秒脈沖計時控制顯示搶答控制器聲光提示倒計時顯示主持人控制計分器圖2.1方案一流程搶答器主要是由四個三極管、和四個D觸發(fā)器以及四個或非門構(gòu)成，其中三極管是與主持人一起配合使用，用來控制是否開始搶答，當(dāng)主持人將開關(guān)接地時，三極管截至，此時三極管可以當(dāng)作一個二極管使用當(dāng)有選手搶答時就通過三極管將信號傳送給D觸發(fā)器，D觸發(fā)器在將信號傳送給或非門并將其他選手鎖存，同時將信號送給發(fā)光二極管與喇叭。

其工作原理是當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_關(guān)時，選手能進(jìn)行搶答。當(dāng)有選手搶時，搶答信號就通過三極管傳入D觸發(fā)器，并且最先收到搶答信息的D觸發(fā)器送出一個反應(yīng)信號將其余三位選手的信號封鎖。中選手答復(fù)完畢問題時，主持人啟動計分器，并且給該選手加上或減去分?jǐn)?shù)。計分器通過譯碼器將信號傳送給一數(shù)碼管顯示出來。顯示分?jǐn)?shù)顯示分?jǐn)?shù)選手搶答按鍵計分器選手搶答按鍵計分器主持人控制主持人控制搶答控制器搶答控制器定時器倒計時器定時器倒計時器聲光提示顯示時間聲光提示顯示時間圖2.2方案二流程圖方案二的搶答器那么主要是由四個RS觸發(fā)器，一個74LS48以及一個優(yōu)先編碼器74LS148構(gòu)成，其中四個RS觸發(fā)器的輸出接74LS48，74LS48在接數(shù)碼管，R端接5V電源其如圖：RRSQQRSRSQRSQ5v.主持人.10kR圖2.3RS觸發(fā)器S端接74LS48連接選手的輸入信號，當(dāng)主持人將開關(guān)接通時，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端也全部為低電，選手不能搶答。當(dāng)斷開時，RS觸發(fā)器處于工作狀態(tài)中，當(dāng)有選手搶答時，信號輸入S端，并且鎖定其他選手。2.2方案論證及選擇通過以上兩種方案的比擬可知，方案一的設(shè)計是每當(dāng)有選手搶答成功時，都會有聲光伴隨，而且是具體到每一位，給人直觀的感覺。方案二的設(shè)計那么是用一個數(shù)碼顯示器顯示搶答成功者的號碼，與第一個相比顯得不能讓人一下就反映過來誰是搶答成功者；另外方案一更加的簡潔、易行，而且使用到的元器件也都是我們所常用到的一些元件比方：555，74LS148以及開關(guān)二極管電容電的電路與方案二比擬顯得更簡單、明了。

這樣就是就選擇第一種方案。

第三章：單元模塊設(shè)計此局部主要是詳細(xì)介紹該智力搶答器各個組成模塊，以及各模塊的器件組成以及相應(yīng)的功能。此智力競賽搶答器由三局部組成：搶答器、計時器以及計分器。下面就依次介紹各組成局部的設(shè)計方法，功能等。3.1搶答器電路這個搶答器設(shè)計成可供四個人搶答使用，它的組成器件有：四個三極管、四個D觸發(fā)器〔74LS74〕、四個或非門以及用于起提示作用的發(fā)光二極管和揚(yáng)聲器。電路圖如下：圖3.1搶答器

其工作原理如下：圖3.1搶答器當(dāng)主持人將開關(guān)撥至接通狀態(tài)時，這樣三極管處于截至狀態(tài)，使選手無法搶答，整個搶答器處于被鎖定狀態(tài)，當(dāng)主持人將開關(guān)斷開時，三極管的集電極接高電平，這樣三極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，中選手有搶答信號輸入時可以通過三極管將信號傳送給D觸發(fā)器，而D觸發(fā)器的作用那么是判斷選手的信號，并鎖住其他選手的信號傳入。

3.2計時器電路設(shè)計的該計時器主要是由三個局部組成，一個是555定時器用來提供脈沖，一個是由3個JK觸發(fā)器構(gòu)成的減法計數(shù)器，最后一個組成局部是有CD4511譯碼器和數(shù)碼管連接成的，用于顯示時間，器構(gòu)成圖如下：圖3.3計時器電路圖

下面分別介紹各個局部的組成器件以及功能：3.2.1555定時器555定時器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的簡化原理圖如下，它由3個阻值為5k的電阻組成的分壓器、兩個電壓比擬器C1和C2、根本RS觸發(fā)器、放電BJT以及緩沖器G組成。

定時器的主要功能取決于比擬器的輸出控制RS觸發(fā)器和放電BJTT的狀態(tài)。圖中Rd為復(fù)位輸入端，當(dāng)Rd為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出Vo為低電平。因此在正常工作時，應(yīng)將其接高電平。

圖3.4555結(jié)構(gòu)原理圖

由圖可知，當(dāng)5腳懸空時，比擬器C1和C2的比擬電壓分別為2/3Vcc和1/3Vcc。

當(dāng)VI1>2/3Vcc，VI2>1/3Vcc時，比擬器C1輸出低電平，比擬器C2輸出高電平，根本RS觸發(fā)器被置0，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端Vo為低電平。當(dāng)VI1<2/3Vcc，VI2<1/3Vcc時，比擬器C1輸出高電平,比擬器C2輸出輸出低電平，根本RS觸發(fā)器被置1，放電三極管截止，輸出端Vo為高電平。當(dāng)VI1<2/3Vcc，VI2>1/3Vcc時，根本RS觸發(fā)器R=1、S=1，觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路以保持原狀態(tài)不變。

減法計數(shù)器圖3.5JK倒計時器電路圖

倒計時器的核心由該減法計數(shù)器構(gòu)成，而該減法計數(shù)器那么是由三個JK觸發(fā)器構(gòu)成的異步二進(jìn)制減法計數(shù)器。其中J、K端都是懸空〔相當(dāng)于J=1、K=1〕，該減法計數(shù)器是將前一個觸發(fā)器的端與下一個觸發(fā)器的CP端相連。計數(shù)器的工作過程分為兩步。第一步：計數(shù)器復(fù)位清零。在工作前應(yīng)先對計數(shù)器進(jìn)行復(fù)位清零。在復(fù)位控制端送一個負(fù)脈沖到各觸發(fā)器Rd端，觸發(fā)器狀態(tài)都變?yōu)椤?”，即Q1Q2Q3=000第二步：計數(shù)器開始計數(shù)。當(dāng)?shù)谝粋€時鐘脈沖的下降沿到觸發(fā)器Fo的CP端是，觸發(fā)器Fo開始工作，由于J=K=1，JK觸發(fā)器的功能是翻轉(zhuǎn)，觸發(fā)器Fo的狀態(tài)有“0”變?yōu)椤?”，即Q0=1，由“1”變?yōu)椤?”，這相當(dāng)于一個脈沖的下降沿，它送到觸發(fā)器F1的狀態(tài)有“0”變?yōu)椤?”，即=1，由“1”變?yōu)椤?”，它送到觸發(fā)器F2的CP端，觸發(fā)器F2的狀態(tài)有“0”變?yōu)椤?”，=1，三個觸發(fā)器的狀態(tài)均為“1”，計數(shù)器的輸出為。當(dāng)?shù)诙€時鐘脈沖的下降沿到觸發(fā)器Fo的CP端時，觸發(fā)器Fo狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，由“1”變?yōu)椤?”，那么由“0”變?yōu)椤?”，觸發(fā)器F1的狀態(tài)不變，觸發(fā)器F2的狀態(tài)也不變，計數(shù)器的輸出為。當(dāng)?shù)谌齻€時鐘脈沖下降沿到觸發(fā)器Fo的CP端時，F(xiàn)O觸發(fā)器狀態(tài)又翻轉(zhuǎn)，由“0”變?yōu)椤?”，那么由“1”變?yōu)椤?”〔相當(dāng)于脈沖的下降沿〕，它送到F1的CP端，觸發(fā)器F1狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，由“1”變?yōu)椤?”，由“0”變?yōu)椤?”，觸發(fā)器F2的狀態(tài)不變，計數(shù)器的輸出為101同樣道理，當(dāng)?shù)谒膥第七脈沖到來時，計數(shù)器的依次變?yōu)?00、011、010、001。表3.33位二進(jìn)制減法計數(shù)器狀態(tài)表輸入CP脈沖序號計數(shù)器狀態(tài)000011112110310141005011601070018000數(shù)字顯示器此局部由CC4511譯碼器以及共陰極數(shù)碼管組成，并且JK觸發(fā)器的輸出另接一個與非門，與非門再接一個發(fā)光二極管，用于提示作用。

當(dāng)?shù)谝粋€脈沖到來時，JK觸發(fā)器輸出=111，數(shù)碼管上此時顯示為7，再來一個脈沖，JK觸發(fā)器又輸出為110，此時顯示6，依此類推，當(dāng)JK觸發(fā)器輸出為000時，此時與JK觸發(fā)器的輸出端相連的與非門輸出那么變?yōu)?，使得揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示選手搶答時間到了，不應(yīng)再搶答。同時主持人斷開倒計時器的開關(guān)停止計時。

3.3計分器電路計分器是用來記錄先手的得分情況，因此計分器在競賽中也顯得比擬重要。下面就就介紹該積分器的電路結(jié)構(gòu)以及工作原理。該計數(shù)器由兩個SN74190和一個D觸發(fā)器構(gòu)成，其圖如下：圖3.6計分器電路圖其中74190是一個加減計數(shù)器，其由控制端5管腳控制，當(dāng)5端口輸入為高電平時，工作狀態(tài)為一個減法器，當(dāng)5端口接低電平時，工作狀態(tài)為加法器。D觸發(fā)器主要是使個位顯示0.由于在開始搶答時，每位選手顯示分?jǐn)?shù)為100，因此百位的74190置數(shù)為1，十位置數(shù)為0其工作流程如下：假設(shè)開始搶答，當(dāng)有選手答題正確時，主持人將開關(guān)撥到加分端并按下脈沖開關(guān)時，U2接收一個脈沖〔因?yàn)閁2的預(yù)置端置數(shù)為0即Q1Q2Q3Q4=0000〕，此時輸出變?yōu)镼1Q2Q3Q4=0001,即相當(dāng)與給選手加上十分，當(dāng)該選手再次答題正確時，主持人又按下脈沖開關(guān)送出一個脈沖，U2接收到一個脈沖，輸出又變?yōu)镼1Q2Q3Q4=0010即又給選手加上十分即顯示為120，依此類推。當(dāng)?shù)谑畟€脈沖到來時，U2的輸出端Q1Q2Q3Q4輸出1010，同時與Q0Q2相連的與門將接收一個低電平信號輸入到管腳11使置數(shù)從新變?yōu)?開始計數(shù)即輸出又從零開始。與此同時進(jìn)位端13腳將產(chǎn)生一個進(jìn)位脈沖，輸入給U1中，此時U1的輸出端將輸出0010，即使百位的數(shù)碼管顯示為2。此時該選手的得分即為200。減法的工作方式和加法相似，這里就不再說了。

第四章：元器件的選擇在這次設(shè)計的用于競賽的搶答器，電路圖時很簡單，組成器件應(yīng)該說都是數(shù)電和模電中很常見的。關(guān)于模電中用到的器件主要是三極管、發(fā)光二極管以及電容等。在模電中主要學(xué)習(xí)了三極管的放大功能和開關(guān)作用，而在這次設(shè)計的電路中，主要是運(yùn)用了三極管的開關(guān)作用。這次主要用到的器件都是來自數(shù)電中，比方：觸發(fā)器、邏輯門、譯碼器、數(shù)碼管以及555定時器等。而在使用中各個器件也不是獨(dú)立工作。綜上所述可知在本次設(shè)計的電路中，RS邊沿D觸發(fā)器有四個，其作用是用來鎖存非最先搶答者的搶答信號。而三個JK觸發(fā)器那么是構(gòu)成了一個減法計數(shù)器且和555定時器一起使用，形成一個倒計時器，555是為JK觸發(fā)器定時提供提夠脈沖，使JK觸發(fā)器工作。4511譯碼器將JK觸發(fā)器輸出的信號轉(zhuǎn)換成能夠在數(shù)碼管上顯示的有效信號。還有就是74190可逆計數(shù)器，主要是用來計算選手得分情況。

第五章：心得體會在這次電子技術(shù)課程設(shè)計中，讓我受益匪淺。1.首先是對數(shù)字電子計數(shù)課程的一次穩(wěn)固和提高，讓我提高自主思考問題的興趣和能力，比方在做數(shù)字顯示電子鐘的過程中需要用到一些課本上沒有學(xué)到的芯片級元件，這就需要我自己去圖書館借書查閱或是上網(wǎng)搜索，然后再分析其作用、功能、接線等。2.然后在作圖的過程中也讓我掌握了對Visio軟件的使用，以前作圖是CAD或是Protel,這次又認(rèn)識了一種作圖的挺好用的工具。在一切分析工作做完后，在做一個標(biāo)準(zhǔn)的報告