三人搶答器設(shè)計(jì)資料文檔

1、安徽工程大學(xué)機(jī)電學(xué)院課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書課程設(shè)計(jì)名稱：電子課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)題目：三人搶答器指導(dǎo)教師：郭慧專業(yè)班級(jí)：電氣2124班學(xué)生姓名：武云學(xué)號(hào)：312107040432起止日 期：2014/6/23 7/2課程設(shè)計(jì)任務(wù)書設(shè)計(jì)題目：三人搶答器功能描述：設(shè)計(jì)一個(gè)三人搶答器電路，分為搶答成功和失敗的情況；課程設(shè)計(jì)要求：1 .搶答成功：在主持人宣布開始搶答的前提下，當(dāng)有一個(gè)人在規(guī)定的時(shí)間內(nèi) 比其他兩個(gè)人先按下?lián)尨鸬陌粹o后，顯示器上顯示出搶答者的號(hào)碼，倒計(jì)時(shí)停止2 .搶答失?。涸诔^(guò)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，若有人按了搶答的按鈕，會(huì)發(fā)出警鳴聲。 若規(guī)定時(shí)間內(nèi)無(wú)人搶答，倒計(jì)時(shí)結(jié)束后蜂鳴器發(fā)出警鳴聲。3 .一次搶答完成后

2、，主持人按下復(fù)位鍵（即清零鍵）之后，才可以開始第二 次搶答。指導(dǎo)教師（簽名）：年 月 日刖百搶答器是一種應(yīng)用非常廣泛的設(shè)備，在競(jìng)爭(zhēng)日益激烈的當(dāng)今社會(huì)評(píng)選優(yōu)勝知 識(shí)競(jìng)賽類的活動(dòng)越來(lái)越多，針對(duì)主持人的各種提問(wèn)，如果只是讓搶答者用舉手等 原始的方法，在某種程度上難免會(huì)造成比賽的不公平性。 為了在比賽中更加準(zhǔn)確 公平的判斷出第一搶答者，搶答器就充當(dāng)了搶答比賽中必備的工具。在各種競(jìng)賽搶答場(chǎng)合中，搶答器可以迅速、充分客觀地分辨出最先獲得發(fā)言 權(quán)的選手。早期的搶答器只由幾個(gè)三極管、 可控硅發(fā)光管組成，現(xiàn)在大多搶答器 使用單片機(jī)或集成電路，并且增加了許多功能，可以顯示選手號(hào)碼、倒計(jì)時(shí)、報(bào) 警等功能。隨著科技的

3、發(fā)展，搶答器正向著數(shù)字化、智能化的方向發(fā)展，可是更加復(fù)雜 化的設(shè)計(jì)大大提高了生產(chǎn)成本。市面上的搶答器有的電路復(fù)雜不便于制作， 可靠 性不高，不易實(shí)現(xiàn)。有的使用專用集成塊制作，制作成本高昂。而數(shù)字邏輯電路 則很好地解決了這些問(wèn)題。目錄第一章概述51.1 設(shè)計(jì)題目51.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求5第二章系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì) 52.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方案52.2 硬件設(shè)計(jì)62.2.1 7 段顯示譯碼器 74LS48 62.2.2 優(yōu)先編碼器 74LS148 72.2.3 鎖存器 74LS279 92.2.4 計(jì)數(shù)器 74LS192 92.2.5 NE555 10第三章模塊電路原理設(shè)計(jì)113.1 搶答電路11

4、3.2 定時(shí)、報(bào)警電路133.3 時(shí)序控制電路13設(shè)計(jì)總結(jié)15參考文獻(xiàn)16附錄一元件清單列表17附錄二電路設(shè)計(jì)總圖18附錄三仿真電路圖19第一章概述1.1 設(shè)計(jì)題目三人搶答器1.2 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求(1)三個(gè)人參賽，編號(hào)分別為1,2,3 ,各控制一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào) 與選手的編號(hào)一致。給主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來(lái)控制系統(tǒng)的清零和搶答的 開始。(2)搶答器具有數(shù)字鎖存及顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動(dòng)搶答 按鈕，編號(hào)立即鎖定，在數(shù)碼管上顯示選手的編號(hào)，同時(shí)封鎖輸入電路，禁止其 他選手搶答。最先搶答的選手的編號(hào)一直保存到主持人將系統(tǒng)清零為止。(3)搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間

5、為9秒，當(dāng)主持人啟 動(dòng)開始鍵后，計(jì)時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)，并用顯示器顯示。(4)參賽選手在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)搶答有效，其余均視為無(wú)效。(5)確定設(shè)計(jì)方案，按功能模塊的劃分選擇元器件和中小規(guī)模集成電路， 設(shè)計(jì)分電路，畫出總體電路原理圖，闡述基本原理。系統(tǒng)總體方案及硬件設(shè)計(jì)2.1系統(tǒng)設(shè)計(jì)總體方2裳9 *jr13H*/圖(1)系統(tǒng)總體方案工作原理：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器燈滅，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)設(shè)置“開始” 狀態(tài)，宣布“開始”搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。 當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，禁止選手超時(shí)后搶答。當(dāng)選手

6、在 設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成以下四項(xiàng)工作：(1)優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后 由譯碼器顯示編號(hào)(2)揚(yáng)聲器暫停聲響，提醒主持人注意(3)控制電路要對(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手進(jìn)行搶答(4)控制電路要使定時(shí)器停止工作，當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢時(shí)，主持人操 控開關(guān)，使系統(tǒng)清除禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。2.2硬件設(shè)計(jì)本課程設(shè)計(jì)，采用集成電路 74LS14& 74LS279, 74LS48, 74LS192, NE555 定時(shí)器和其他器件，實(shí)現(xiàn)定時(shí)搶答功能。2.2.1 7 段顯示譯碼器74LS48命, 工作電壓 :5V圖(2) 74LS48/S

7、N74LS48 弓 I腳功能圖74LS48除了有實(shí)現(xiàn)7段顯示譯碼器基本功能的輸入(DCBA和輸出(Ya Yg)端外，7448還引入了燈測(cè)試輸入端(LT)和動(dòng)態(tài)滅零輸入端(RBI),以及 既有輸入功能又有輸出功能的消隱輸入/動(dòng)態(tài)滅零輸出(BI/RBO)端。由7448真值表可獲知7448所具有的邏輯功能：(1) 7 段譯碼功能(LT=1, RBI=1)在燈測(cè)試輸入端（LT）和動(dòng)態(tài)滅零輸入端（RBI）都接無(wú)效電平時(shí)，輸入DCBA 經(jīng)7448譯碼，輸出高電平有效的7段字符顯示器的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，顯示相應(yīng)字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低電平，見(jiàn)表 1中116行。（2）消隱功能（BI=0）此時(shí)

8、BI/RBO端作為輸入端，該端輸入低電平信號(hào)時(shí)，表 1倒數(shù)第3行，無(wú) 論LT和RBI輸入什么電平信號(hào)，不管輸入DCB朋什么狀態(tài)，輸出全為“0” , 7段顯示器熄滅。該功能主要用于多顯示器的動(dòng)態(tài)顯示。表1: 74LS48真值表輸A輸出曰-* 山小DCBA反B字符i1000011J11110cL ioo al-io,T"oT1iX00 10I1101101ei¥00 11111110013iX0 J.a01011001tsiX0 101d1c11c1iiX0 1. 1 01cc1i11ibiX0 11111110000!|iX1G001111111I8iX10011111001

9、1qiX10 1010001101ciX10111uQ11001niy11001口11D011ui年110 111001011ci%111010001111ti1111101100c0X¥xxxx00000000i0cooo000000QuMl0X11111111白 I:2.2.2 優(yōu)先編碼器74LS14874LS148為8線3線優(yōu)先編碼器。它允許多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)有效，但只對(duì) 一個(gè)優(yōu)先級(jí)最高的輸入信號(hào)進(jìn)行編碼。K- 國(guó)后13 人 同小 阿小 n"l /v叵幾11 .，MIj ,/稻叵 74 LSMHt ； M) K圖(3) 74LS148管腳圖表2: 74LS148 8線一

10、3線二進(jìn)制編碼器真值表輸A輸出行甌w麗A國(guó)師至叫耳月兄1惠X寓KXX111110111L1111111C_0_«XKXKX000C010XKXKX01Q01口10XXXK011口1C口10工XX0111口11010KK0111110001D氏K0111111010100111111110010011111111110174LS148工作原理如下：該編碼器有8個(gè)信號(hào)輸入端，3個(gè)二進(jìn)制碼輸出端。止匕外，電路還設(shè)置了輸 入使能端ST非，輸出使能端YS和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志YEX非。當(dāng)ST非=0時(shí)，編碼器工作；而當(dāng)ST非=1時(shí)，則不論8個(gè)輸入端為何種狀 態(tài)，3個(gè)輸出端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端

11、和輸出使能端均為高電平，編碼器處 于非工作狀態(tài)。這種情況被稱為輸入低電平有效，輸出也為低電來(lái)有效的情況。當(dāng)ST非為0,且至少有一個(gè)輸入端有編碼請(qǐng)求信號(hào)（邏輯 0）時(shí)，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志YEX非為00表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為 1。從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級(jí)別的次序?yàn)?, 6,，0o輸入有效信號(hào)為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級(jí)別高的輸入端無(wú)低電平輸 入時(shí)，輸出端才輸出相對(duì)應(yīng)的輸入端的代碼。例如 5為0。且優(yōu)先級(jí)別比它高的 輸入6和輸入7均為1時(shí)，輸出代碼為010,這就是優(yōu)先編碼器的工作原理。2.2.3 鎖存器 74LS279每片74LS279中包含四個(gè)獨(dú)立的用與非門組成的

12、基本 RS觸發(fā)器。其中第一個(gè)和第三個(gè)觸發(fā)器各有兩個(gè) Rd輸入端（S1和S3）,在任一輸入端上加入低電平均能將觸發(fā)器置1;每個(gè)觸發(fā)器只有一個(gè)Rd輸入端（R）IRC isl匚 1S2CIQ匚 水匚 2SC 2QE GNDC VCC 4S3 4R 4Q 3S2 3SJ 3R 3Q圖（4） 74LS279弓I腳圖2.2.4 計(jì)數(shù)器 74LS19274LS192具有下述功能：異步清零：CR=1 Q3Q2Q1Q0=0000異步置數(shù)：CR=0 LD=Q Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0保持：CR=0, LD=1, CPU=CPD=1,Q3Q2Q1®0原態(tài)加計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1, CPU=C

13、PCPD=1 Q3Q2Q1Q0加法規(guī)律計(jì)數(shù)減計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1, CPU=1 CPD= CP Q3Q2Q1Q0減法規(guī)律計(jì)數(shù)74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。CPlfe加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPM減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步消除。CO為進(jìn)位卒&出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出BO為借位/&出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出Vqc Pq MR TCo TCy PL P2 P3 詞同網(wǎng)同向nn同7Pl Qi Qq CPq CP(j Q2 Q3 GND圖（5） 74LS192管腳圖2.2.5 NE555"I匚二匚圖

14、（6） 555定時(shí)器外引腳圖555定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制RS觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng)5腳懸空時(shí)則電壓比較器 C1的反向輸入端電壓為2VCC/3 C2的同相輸入端電壓為VCC/3若觸發(fā)輸入端 TR的電壓小于VCC/3則比較器C2的輸出為1,可使RS觸發(fā)器置1,使輸出端 OUT=0如果閾值輸入端TH的電壓大于2VCC/3同時(shí)TR端的電壓大于VCC/3則 C1的輸出為1, C2的輸出為0,可將RS觸發(fā)器置0,使輸出為低電平。綜上所述可知，555定時(shí)器不僅提供了一個(gè)復(fù)位電平為 2VCC/3置位電平為 VCC/3,且可通過(guò)下端直接從外部進(jìn)行置0

15、的基本RS觸發(fā)器，而且還給出了一個(gè) 狀態(tài)受該觸發(fā)器Q端控制的晶體管開關(guān)，因此使用起來(lái)極為靈活。第三章模塊電路原理設(shè)計(jì)3.1 搶答電路圖（7）搶答電路圖如圖（7）,這個(gè)電路的工作原理過(guò)程：當(dāng)主持人控制開關(guān)S置于“清零”端時(shí)， RS觸發(fā)器的R非端均為0, 4個(gè)觸發(fā)器輸出（Q4-Q1）全部置0,使74LS48的 BI的非=0,顯示器燈滅；74LS148的選通輸入端ST的非=0,使之處于工作狀 態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人把開關(guān)S置于“開始"時(shí)，優(yōu)先編碼器和鎖存 電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端的信號(hào)輸入， 當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下 S2）, 74LS148的

16、輸出Y2Y1Y0I勺非=110, YEX勺非 =0,經(jīng) RS鎖存后，CTR=1 BI 的非=1,74LS279處于工作狀態(tài)，Q4Q3Q=010,74LS48 處于工作狀態(tài)，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示為"2"。止匕外，CTR=1使74LS148 的ST的非為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按 鍵松開即按下時(shí)，74LS148的YEX勺非為高電平，但由于CTR隹持高電平不變， 所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出現(xiàn)二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)， 保證了搶答 者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新復(fù)位3.2 定時(shí)、報(bào)警電

17、路減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和1個(gè)7段數(shù)碼管及相關(guān)電路組成。具體電路 如圖所示。一塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過(guò)譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上， 其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。 主持人打開控制開關(guān)，倒計(jì)時(shí)8秒開始，當(dāng)有 人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間； 如果沒(méi)有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間 到時(shí)，輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制 74LS48顯示0并保持，蜂鳴器報(bào)警， 同時(shí)此后選手搶答視為無(wú)效。3.3 時(shí)序控制電路時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，因?yàn)樗瓿梢韵氯?xiàng)功能：(1)主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí) 電路進(jìn)人正常搶答工作狀態(tài)。(2)當(dāng)參賽

18、選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器停止發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停 止工作。(3)當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定 時(shí)電路停止工作。圖(9)時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)總結(jié)隨著我國(guó)搶答器市場(chǎng)的迅猛發(fā)展，與之相關(guān)的核心生產(chǎn)技術(shù)應(yīng)用與研發(fā)必將 成為業(yè)內(nèi)企業(yè)關(guān)注的焦點(diǎn)，作為一種廣泛應(yīng)用于各知識(shí)競(jìng)賽場(chǎng)合的實(shí)用性電子產(chǎn) 品，更低成本的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)對(duì)業(yè)內(nèi)企業(yè)的發(fā)展具有十分重要的意義。在本次設(shè)計(jì)中，如何讓搶答器在接受一位選手的搶答后不再響應(yīng)其他選手的 操作是搶答器功能的關(guān)鍵所在，設(shè)計(jì)時(shí)鎖存與譯碼電路的組合保證了搶答功能的 可靠性。相較于傳統(tǒng)亮燈指示搶答選手的設(shè)計(jì)， 本次設(shè)計(jì)中采用了數(shù)碼管顯示搶 答選手號(hào)碼

19、的方式，顯示結(jié)果更加直觀。搶答電路中還加入了計(jì)時(shí)模塊與報(bào)警模 塊，在主持人宣布搶答開始打開搶答計(jì)時(shí)開關(guān)的同時(shí)， 計(jì)時(shí)數(shù)碼管顯示剩余搶答 時(shí)間并伴有蜂鳴器提示音，若倒計(jì)時(shí)結(jié)束仍無(wú)人搶答，報(bào)警器響起提示主持人時(shí) 問(wèn)到本題作廢。這些設(shè)計(jì)都提高了搶答效率，方便了主持人的操作。當(dāng)然，在設(shè)計(jì)中由于存在缺乏經(jīng)驗(yàn)和有限的知識(shí)面等問(wèn)題， 本次設(shè)計(jì)還存在 一些問(wèn)題。如電路布局不夠合理連線較亂的問(wèn)題， 由于仿真軟件的數(shù)據(jù)記憶等限 制，一次搶答結(jié)束必須重啟搶答系統(tǒng)否則無(wú)法再次正常搶答的問(wèn)題 （真實(shí)電路設(shè) 計(jì)時(shí)可以通過(guò)芯片電源開關(guān)的控制解決）。對(duì)于本次搶答器的設(shè)計(jì)，我認(rèn)為還可以加入計(jì)分、答題計(jì)時(shí)等設(shè)計(jì)來(lái)豐富其 功能。但由于目前知識(shí)技能的匱乏，現(xiàn)階段的知識(shí)儲(chǔ)備還無(wú)法完成更多功能的設(shè) 計(jì)