四人智力競賽搶答器課程設(shè)計報告

1、<p><b>　　課 程 設(shè) 計</b></p><p>　　課程名稱_數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計 </p><p>　　題目名稱 四人智力競賽搶答器 </p><p>　　學(xué)生學(xué)院 </p><p>　　專業(yè)班級 </

2、p><p>　　學(xué) 號 </p><p>　　學(xué)生姓名__ _________ </p><p>　　指導(dǎo)教師 </p><p>　　2010 年 6 月 10 日</p><p>　　四人智力競賽搶答器課程設(shè)計

3、報告</p><p><b>　　一、設(shè)計題目</b></p><p>　　題目：四人智力競賽搶答器</p><p><b>　　二、設(shè)計任務(wù)和要求</b></p><p><b>　　1）設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計一臺可供4名選手參加比

4、賽的智力競賽搶答器。 用數(shù)字顯示搶答倒計時間，由“9”倒計到“0”時，無人搶答，蜂鳴器連續(xù)響1秒。選手搶答時，數(shù)碼顯示選手組號，同時蜂鳴器響1秒，倒計時停止。</p><p><b>　　2）設(shè)計要求</b></p><p>　　(1)4名選手編號為：1，2，3，4。各有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號對應(yīng)，也分別為1，2，3，4。</p><

5、p>　　(2)給主持人設(shè)置一個控制按鈕，用來控制系統(tǒng)清零（搶答顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。</p><p>　　(3)搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，該選手編號立即鎖存，并在搶答顯示器上顯示該編號，同時揚聲器給出音響提示，封鎖輸入編碼電路，禁止其他選手搶答。搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　　(4)搶答器具有定時（9

6、秒）搶答的功能。當(dāng)主持人按下開始按鈕后，定時器開始倒計時，定時顯示器顯示倒計時間，若無人搶答，倒計時結(jié)束時，揚聲器響，音響持續(xù)1秒。參賽選手在設(shè)定時間（9秒）內(nèi)搶答有效，搶答成功，揚聲器響，音響持續(xù)1秒，同時定時器停止倒計時，搶答顯示器上顯示選手的編號，定時顯示器上顯示剩余搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。</p><p>　　(5)如果搶答定時已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效。系統(tǒng)揚聲器報警（音響持續(xù)

7、1秒），并封鎖輸入編碼電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器顯示0。</p><p>　　(6)可用石英晶體振蕩器或者555定時器產(chǎn)生頻率為1Hz的脈沖信號，作為定時計數(shù)器的CP信號。</p><p>　　三、原理電路和程序設(shè)計</p><p>　　1．?dāng)?shù)字搶答器總體方框圖      如下圖所示為總體方框圖。電路主要

8、由脈沖產(chǎn)生電路、鎖存電路、編碼及顯示電路、倒計時電路和音響產(chǎn)生電路組成。當(dāng)有選手搶答時，優(yōu)先判斷，編號鎖存，阻止其他選手搶答，然后編碼，再將數(shù)字顯示在顯示器上同時產(chǎn)生音響。接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，而當(dāng)主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，即當(dāng)主持人宣布開始搶答時，倒計時電路啟動由9計到0，選手在定時時間內(nèi)搶答，如有選手搶答，倒計時停止。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示零

9、。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始"狀態(tài)開關(guān)。</p><p><b>　　2．方案選擇</b></p><p>　　方案一：電路大致可以由四個功能模塊組成：以鎖存器為中心的編碼顯示電路部分，脈沖產(chǎn)生電路部分，倒計時顯示電路部分，音響電路部分。在鎖存器為中心的編碼顯示電路部分中，由鎖存器74LS373，編碼器74

10、LS148，顯示器和門電路組成。使用74LS373作為鎖存電路，當(dāng)有人搶答時， 利用鎖存器的輸出信號號將時鐘脈沖置零，74LS373立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫1s，這時搶答無效，使用74LS148作為編碼器，對輸入的型號進行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入數(shù)碼管里顯示出搶答者的編號；在脈沖產(chǎn)生電路部分中，用555定時器予以實現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)電阻的阻值最后得到符合要求的脈沖，因為可以通過改變電阻電容微調(diào)頻率，取代了用分頻器對

11、高頻信號進行分頻，從而使電路簡單了；在倒計時顯示電路部分中，由計數(shù)器74LS190，顯示器組成。利用74LS190計數(shù)器作為倒計時的芯片，當(dāng)主持人按下?lián)尨鸢粹o時，74LS190被置九，同時將顯示上次搶到題目的選手編號的數(shù)碼管清零，并開始倒計時，，并通過74LS148編碼器將即時時間進行編碼，并送到數(shù)碼管，顯示此時的時間。假如在9秒內(nèi)有人搶答，則計數(shù)器停止倒計時，</p><p>　　方案二：電路大致可以由四個功能

12、模塊組成：以鎖存器為中心的編碼顯示電路部分，脈沖產(chǎn)生電路部分，倒計時顯示電路部分，音響電路部分。在鎖存器為中心的編碼顯示電路部分中，由鎖存器74LS373，編碼器74LS148，顯示器和門電路組成。使用74LS373作為鎖存電路，當(dāng)有人搶答時， 利用鎖存器的輸出信號號將時鐘脈沖置零，74LS373立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫1s，這時搶答無效，使用74LS148作為編碼器，對輸入的型號進行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入

13、數(shù)碼管里顯示出搶答者的編號；在脈沖產(chǎn)生電路部分中，用石英晶體振蕩器予以實現(xiàn)，由于石英晶體的穩(wěn)定性和精確性比較高，所以用其產(chǎn)生的脈沖信號更加穩(wěn)定，同時在顯示更能接近預(yù)定的值，受外界環(huán)境的干擾較少；在倒計時顯示電路部分中，由計數(shù)器74LS190，顯示器組成。利用74LS190計數(shù)器作為倒計時的芯片，當(dāng)主持人按下?lián)尨鸢粹o時，74LS190被置九，同時將顯示上次搶到題目的選手編號的數(shù)碼管清零，并開始倒計時，，并通過74LS148編碼器將即時時間

14、進行編碼，并送到數(shù)碼管，顯示此時的時間。假如在9秒內(nèi)有人搶答，則計數(shù)器停止倒計時，將鎖存器</p><p>　　選擇結(jié)果：方案一。原因：雖然用555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的穩(wěn)定性和精確性沒有石英晶體振蕩器高，但由于前者設(shè)計方便，操作簡單，成為了設(shè)計時的首選。</p><p><b>　　3．單元電路設(shè)計</b></p><p>　　1）以鎖存器

15、為中心的編碼顯示電路</p><p>　　該單元電路可以分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時顯示器顯示相應(yīng)的編號，并且可以禁止其他選手搶答。電路原理：首先使鎖存器74LS373的三態(tài)允許控制端OC為低電平, 即使其處于正常邏輯狀態(tài)；當(dāng)鎖存允許端ENG為高電平時，Q隨數(shù)據(jù)D而變，當(dāng)ENG為低電平時Q被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)單刀雙置開關(guān)置于“開始”端時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時（假

16、如四號手），即把單刀雙置開關(guān)置于“清除”端時，觸發(fā)器74LS373的數(shù)據(jù)輸入端4D輸入低電平，相應(yīng)地，觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸出端4Q置０。鎖存器鎖存四號選手的輸入的信號，并且阻止其他選手信號的輸入。同時使８線－３線優(yōu)先編碼器74LS148的EI處于低電平，使之處于工作狀態(tài)。低電平信號經(jīng)由編碼器74LS148編碼成相對應(yīng)的二制數(shù)，然后在顯示器顯示“4”，該搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)74LS148的輸入端EI =1時，使74L

17、S148處于禁止狀態(tài)，確保不會出現(xiàn)二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將開關(guān)重新置“清除”端后方可進行下一輪搶答。</p><p>　　鎖存器74LS373的真值表如下：</p><p>　　L--低電平；H--高電平；X--不定態(tài)；Q0--建立穩(wěn)態(tài)前Q的電平；</p><p>　　OE--使能端，接地。</p><p

18、>　　當(dāng)G=“1”時，74LS373輸出端1Q-8Q與輸入端1D-8D相同；</p><p>　　當(dāng)G為下降沿時，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。</p><p>　?。妇€－３線優(yōu)先編碼器74LS148的真值表如下：</p><p>　　D0-D7是輸入信號，A2,A1,A0為三位二進制編碼輸出信號，EI是使能輸入端，EO是使能輸出端，GS為優(yōu)先編碼輸出端。</p>

19、;<p>　　當(dāng)輸入EI=1時，禁止編碼，輸出（反碼）；A2,A1,A0全為1；</p><p>　　當(dāng)輸入EI=0時，允許編碼，在D0-D7輸入中，D7優(yōu)先級最高，其余依此為D6,D5,D4,D3,D2,D1,D0。</p><p>　　以鎖存器為中心的編碼顯示電路如下：</p><p><b>　　2）脈沖產(chǎn)生電路：</b>&

20、lt;/p><p>　　該單元電路由555定時器和電阻電容接合成多諧振蕩器，產(chǎn)生所需要的脈沖。根據(jù)555多諧振蕩器的頻率計算公式：</p><p>　　可以求得1hz的電路電阻均取470k，電容取10uf。</p><p><b>　　脈沖產(chǎn)生電路如下：</b></p><p>　　3）倒計時顯示電路：</p>

21、<p>　　該電路采用十進制同步減計數(shù)器74LS190，主持人宣布開始時，按下按鈕，同時使計數(shù)器置數(shù)為“9”，并在脈沖作用下開始倒計時并在顯示器上顯示，到零時停止。</p><p>　　計數(shù)器74LS90的真值表如下：</p><p>　　CLK時鐘輸入端（上升沿有效） CTEN計數(shù)控制端（低電平有效） A～D并行數(shù)據(jù)輸入端 QA～QD 輸出端

22、 LOAD異步并行置入控制端（低電平有效 ） U /D 加/減計數(shù)方式控制端</p><p>　　倒計時顯示電路如下：</p><p><b>　　4）音響電路</b></p><p>　　該單元電路由555定時器

23、和電阻電容接合成多諧振蕩器，產(chǎn)生所需要的脈沖，然后接入蜂鳴器構(gòu)成。音響電路如下：</p><p><b>　　5）整個電路：</b></p><p>　　由以上幾個單元電路就構(gòu)成了所需功能的完整電路圖如下：</p><p>　　4．555多諧振蕩器的脈沖波形圖：</p><p><b>　　5．電路元件選擇：&

24、lt;/b></p><p><b>　　四.工作原理</b></p><p>　　搶答電路:當(dāng)鎖存器74LS373有信號輸入時，通過與門74LS21將信號反饋回鎖存器74LS373的使能端ENG,此時74LS3737立即被鎖存，同時蜂鳴器鳴叫1s，停止工作，這時搶答無效。同時將低電平信號反饋回74LS190的倒計時輸入端，使其停止工作，保持剩余搶答時間。當(dāng)?shù)褂?/p>

25、時為零時，通過或門74LS32將信號反饋回編碼器74LS148的使能端ENG，此時編碼器74LS148停止工作，禁止有選手超時搶答。停止倒計時，主持人通過單刀雙置開關(guān)對鎖存器74LS373和編碼器74LS148的使能端的控制來清除鎖存信號,從而使得搶答器繼續(xù)工作。當(dāng)無選手搶答時,倒計時直到倒計為零為止,此時到零點的信號反饋回編碼器74LS148，使其停止工作,此時選手再搶答無效,只有當(dāng)主持人清零后再置為開始狀態(tài),才可以繼續(xù)搶答。然后使用

26、74LS148作為編碼器，對輸入的型號進行編碼，輸出4位的BCD碼，再將這四位的BCD碼輸入數(shù)碼管顯示出搶答者的編號。</p><p>　　主持人電路：采用計數(shù)器74LS190作為倒計時的芯片，當(dāng)主持人按下按鈕時，將74LS190的load輸入端先置為高電平，將其置為1001，再通過開關(guān)，將load輸入端置為低電平，使其開始倒計時。當(dāng)主持人按下開始按鈕時,蜂鳴器響，選手開始搶答,并且倒計時開始倒計, 假如在9秒內(nèi)

27、有人搶答，則計數(shù)器停止倒計時，將鎖存器鎖存，其他選手搶答無效，蜂鳴器鳴叫一秒，數(shù)碼管顯示剩余時間和選手的編碼。相反，假如在9秒內(nèi)無人搶答時，倒計時數(shù)碼管顯示為0，蜂鳴器響，禁止選手搶答。只有主持人再置為開始狀態(tài)時,才可以繼續(xù)搶答,倒計時從新工作,進入下一輪搶答。</p><p><b>　　五．總結(jié)</b></p><p><b>　　對該電路總結(jié)如下：&l

28、t;/b></p><p>　　優(yōu)點：電路清晰，簡單易懂，各功能模塊基本上達到了要求，顯示準確，反應(yīng)靈敏，基本滿足了四人智力競賽搶答器的要求。</p><p>　　缺點：因為缺少某些芯片而不得不用其他的芯片稍作改變充當(dāng)相似的功能，也許這樣做，可以基本滿足要求，但是沒有達到最好的效果。其次，因為對理論知識沒有透徹掌握和對仿真軟件的不完全熟悉操作，以至于電路沒有出現(xiàn)預(yù)期的效果，雖然基本上

29、達到所要求的效果，但是還有一些地方?jīng)]有達到，這是美中不足的地方，可是以目前的水平，只能這樣了，有待以后改進。</p><p>　　改進：第一，盡量用到適合的芯片 ；第二，使整體布局更加合理、明確、美觀；第三，盡量做到使所有功能模塊都達到所要求的那樣，產(chǎn)生預(yù)期的效果。</p><p>　　心得體會：通過這次課程設(shè)計：首先，加深了我對數(shù)字電路知識的了解，尤其是數(shù)字芯片的性能和使用。其次，使我對

30、數(shù)字電路設(shè)計更感興趣，原來它是很奧秘的，一些電子功能可以通過組合各種各樣的元器件，從而產(chǎn)生想要實現(xiàn)的功能，關(guān)鍵在于能夠設(shè)計出符合要求的電路。再次，使我對課本知識得到鞏固和加強，畢竟課本知識是抽象的，只有真正在實踐中利用它，做到學(xué)以致用，才能加深對它的理解，所以設(shè)計出這個題目后，我發(fā)現(xiàn)以前對課本有疑問的地方都隨著在課程設(shè)計中豁然開朗了。最后，加強了我思考和解決問題的能力。由于知識水平的局限，該課程設(shè)計有一些不足的地方，真誠地希望老師給予批