課程設(shè)計(jì)--- 多路搶答器的設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說(shuō) 明 書(shū)</p><p>　　課程名稱(chēng)：多 路 搶 答 器</p><p>　　專(zhuān)業(yè)班級(jí)：1 0 自 動(dòng) 化 3</p><p>　　學(xué) 號(hào)：20101547****</p><p>　　姓 名： ***Elena***</p><p><b>　　指導(dǎo)老師

2、： ***</b></p><p>　　2012 年 06 月 22 日</p><p><b>　　多路搶答器的設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　一 引言</b></p><p>　　當(dāng)今社會(huì)發(fā)展迅速，應(yīng)用于搶答節(jié)目的智能搶答器早就問(wèn)世。其功能的實(shí)現(xiàn)方式多種多樣，并逐漸趨向于可

3、靠性好、集成度高、制造費(fèi)用低、功能更加多樣話(huà)的一種高效能的產(chǎn)品。本次設(shè)計(jì)主要利用常見(jiàn)的74LS系列集成電路芯片和一些門(mén)電路，并通過(guò)劃分功能模塊進(jìn)行各個(gè)部分的設(shè)計(jì)，最后完成了八路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)。</p><p>　　二 設(shè)計(jì)任務(wù)分析及功能介紹</p><p><b>　?。ㄒ唬┗竟δ埽?lt;/b></p><p>　　（1）搶答器同時(shí)供8名參賽

4、選手使用，每個(gè)選手控制一個(gè)按鈕，用按動(dòng)按鈕的方式發(fā)出搶答信號(hào)；</p><p>　?。?）競(jìng)賽主持人另有一個(gè)按鈕，用于將電路啟動(dòng)和復(fù)位；</p><p>　?。?）搶答器具有鎖存與顯示功能。主持人啟動(dòng)開(kāi)關(guān)后，開(kāi)始搶答，當(dāng)搶答者按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，并在七段數(shù)碼管上顯示搶答者號(hào)碼。搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止（即按下“復(fù)位”后）。

5、</p><p><b>　?。ǘ┰O(shè)計(jì)思路：</b></p><p>　　搶答器使用74HC175(4D觸發(fā)器)記錄第一個(gè)搶答者的狀態(tài)</p><p>　　用74HC133（13輸入與非門(mén)）控制觸發(fā)器，使得第一個(gè)搶答者的狀態(tài)鎖定，其它搶答者搶答無(wú)效。</p><p>　　（3）由clock提供時(shí)鐘信號(hào)</p>

6、;<p>　　（4）用74HC148（優(yōu)先編碼器）編碼</p><p>　?。?）用74HC283（全加器）將編碼加1（0001），使得選手編號(hào)由0~7變?yōu)?~8（即由“0000~0111”到“0001~1000”）</p><p>　　用7448（BCD顯示譯碼器）驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示選手編號(hào)</p><p><b>　　三 設(shè)計(jì)過(guò)程</b

7、></p><p>　　1 總體框圖設(shè)計(jì) </p><p>　　搶答器的整體構(gòu)成框圖如圖3-1所示。</p><p>　　框圖說(shuō)明：當(dāng)選手開(kāi)始搶答，D觸發(fā)器會(huì)將第一個(gè)搶答者的信號(hào)鎖存，其它搶答者信號(hào)無(wú)效， 然 后編碼器開(kāi)始編碼，加法器對(duì)編碼加1，得到預(yù)期信號(hào)，顯示譯碼器顯示出信號(hào)。一次搶答結(jié)束后，主持人通過(guò)控制“清零端”使系統(tǒng)初始化。<

8、;/p><p><b>　　2 單元電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　2.1搶答電路</b></p><p><b>　　2.1.1電路簡(jiǎn)介</b></p><p>　　圖3-2-1所示為搶答電路，有搶答和清零的功能。J開(kāi)關(guān)由主持人控制，一端接地，一端接兩片觸發(fā)器74H

9、C175的清零端，當(dāng)J閉合后，CLR端接地，觸發(fā)器復(fù)位清零。J1~J8為八位選手對(duì)應(yīng)的搶答開(kāi)關(guān)，LED1~LED8為相應(yīng)八位選手的顯示燈，沒(méi)有搶答時(shí)八個(gè)LED均保持熄滅狀態(tài)。</p><p>　　2.1.2工作原理 </p><p>　　搶答電路利用了觸發(fā)器的工作原理：如果沒(méi)有一定頻率的時(shí)鐘信號(hào)輸入，D觸發(fā)器74HC175就不能正常工作。電路中將觸發(fā)器輸出的八個(gè)結(jié)果同時(shí)鐘信號(hào)一起接入十三

10、與非門(mén)74HC133中，多余的引腳接高電平。沒(méi)有搶答時(shí)LED的陽(yáng)極為低電平，保持熄滅狀態(tài)，此時(shí)74HC133輸出端與時(shí)鐘信號(hào)同步，比賽開(kāi)始前，當(dāng)主持人將J開(kāi)關(guān)閉合，觸發(fā)器均清零，指示燈不亮，當(dāng)有人搶答時(shí)，八個(gè)LED燈有一個(gè)亮，74HC133一輸入端變成低電平，使輸出端變?yōu)椤?”，時(shí)鐘信號(hào)不能輸入，相應(yīng)的觸發(fā)器不能繼續(xù)正常工作，其他人搶答無(wú)效。 </p><p>　　2.1.3集成電路邏輯分析</p>

11、;<p><b>　?。?）觸發(fā)器</b></p><p>　　真值表如表2-1-3所示</p><p><b>　　表2-1-3</b></p><p>　　備注：第一片74HC175的輸出對(duì)應(yīng)1Q~4Q,第二片74HC175的輸出對(duì)應(yīng)5Q~8Q</p><p>　　74HC175的

12、相應(yīng)邏輯電路圖和功能表如下圖2-1-3所示。</p><p>　　分析真值表可知，八個(gè)輸入狀態(tài)沒(méi)有優(yōu)先級(jí)之分，且輸出高低電平要保存下來(lái)。這里就要用到觸發(fā)器。由上面的真值表分析可知選用D觸發(fā)器74HC175可以滿(mǎn)足要求</p><p>　　(2)74HC133十三與非門(mén)</p><p>　　當(dāng)電路中沒(méi)有搶答信號(hào)時(shí)，十三輸入與非門(mén)74HC133的選手信號(hào)輸入端都為高電平

13、。時(shí)鐘信號(hào)輸入端為500kHZ的方波，有效電壓為5V。多余的三個(gè)輸入端連接5V電源，作為閑置端。</p><p>　　當(dāng)沒(méi)有搶答信號(hào)時(shí)，輸出為Q。</p><p>　　Q=（1Q'2Q'3Q'4Q'5Q'6Q'7Q'8Q'（Clk））'=Clk</p><p>　　在t'時(shí)刻加入搶答信號(hào)

14、后輸出為Q*。例如當(dāng)四號(hào)選手第一個(gè)搶答時(shí)，1Q'=0</p><p>　　Q*=（1Q'2Q'3Q'4Q'5Q'6Q'7Q'8Q'（Clk））'= 1</p><p>　　2.2 聲音提示電路</p><p><b>　　2.2.1電路圖</b></p>

15、<p>　　工作電路如圖2-2-1所示</p><p><b>　　2.2.2工作原理</b></p><p>　　當(dāng)電路中沒(méi)有搶答信號(hào)時(shí)，十三輸入與非門(mén)74HC133的選手信號(hào)輸入端都為高電平。時(shí)鐘信號(hào)輸入端為1kHZ的方波，有效電壓為5V。多余的三個(gè)輸入端連接5V電源，作為閑置端，揚(yáng)聲器不發(fā)出聲音。當(dāng)電路中有搶答信號(hào)時(shí)，十三輸入與非門(mén)74HC133的

16、選手信號(hào)輸入端有低電平。經(jīng)過(guò)十三輸入與非門(mén)，得到高電平，在時(shí)鐘信號(hào)輸入端為1kHZ脈沖作用下，經(jīng)過(guò)74HC00，使得揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。</p><p><b>　　2.3譯碼顯示電路</b></p><p><b>　　2.3.1電路圖</b></p><p><b>　　如圖2-3-1所示</b>&l

17、t;/p><p>　　2.3.2電路設(shè)計(jì)分析</p><p>　　為了將鎖存的信號(hào)顯示在數(shù)碼管上，需要先將8個(gè)高低電平信號(hào)編譯成二進(jìn)制碼，再通過(guò)顯示譯碼器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示?？紤]到經(jīng)過(guò)觸發(fā)器后信號(hào)不受優(yōu)先級(jí)的影響，可以利用優(yōu)先編碼器74HC148對(duì)1Q'~8Q'進(jìn)行編碼。74HC148的功能表如下表所示：</p><p>　　選用顯示譯碼器74LS48作為數(shù)

18、碼管驅(qū)動(dòng)，相應(yīng)的真值表如下表所示，A~D為二進(jìn)制譯碼輸入端，OA~OG為譯碼輸出端，直接連接共陰極數(shù)碼管的對(duì)應(yīng)管腳。 </p><p>　　帶有進(jìn)位端的編碼器74HC148編碼出的二進(jìn)制碼與譯碼器74LS48的輸入相差“0001”，因此采用全加器74HC283將編碼的二進(jìn)制數(shù)同“0001”相加，從而得到合適的二進(jìn)制碼。</p><p>　　74HC283的功能表如下表所示：</p&g

19、t;<p><b>　　3.元器件清單</b></p><p>　　4總體聯(lián)調(diào)（完整電路原理圖）</p><p><b>　　四 總結(jié)</b></p><p>　　1.總結(jié)與體會(huì) </p><p>　　通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)會(huì)了許多課本上學(xué)不到的東西，同時(shí)也加強(qiáng)了我的思考和解決問(wèn)題

20、的能力，受益匪淺。在課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我覺(jué)得是對(duì)課本知識(shí)的鞏固和加強(qiáng)，由于課本上的知識(shí)太多，同時(shí)平時(shí)課間又沒(méi)有好好的運(yùn)用額理解個(gè)個(gè)元件的功能，而且考試的內(nèi)容有限，所以在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我了解很多元件的功能，對(duì)其在電路中的使用有更多的認(rèn)識(shí)。從前的學(xué)習(xí)過(guò)程過(guò)于浮淺，只是流于表面的理解，而現(xiàn)在要做課程設(shè)計(jì)，就不得不要求我們對(duì)所用到的知識(shí)有更深層次的理解。因?yàn)檎n程設(shè)計(jì)的內(nèi)容比及書(shū)本中的理論知識(shí)而言，更接近于現(xiàn)實(shí)生活，而理論到實(shí)踐的轉(zhuǎn)化往往

21、是一個(gè)艱難的過(guò)程.</p><p>　　在本次課程設(shè)計(jì)中，我初步接觸、了解、并學(xué)會(huì)使用了仿真軟件Multisim10.0的部分功能，此軟件結(jié)合了直觀(guān)的捕捉和功能強(qiáng)大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。憑借 Multisim，我們可以立即創(chuàng)建具有完整組件庫(kù)的電路圖，并進(jìn)行模擬仿真。為今后的進(jìn)一步學(xué)習(xí)打下一定的基礎(chǔ)。 </p><p><b>　　2.參考資料<

22、;/b></p><p>　　《數(shù)字電路技術(shù)基礎(chǔ)》（第五版）閻石 高等教育出版社</p><p>　　《電工電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)》北京工業(yè)大學(xué)出版社</p><p><b>　　74系列芯片資料</b></p><p><b>　　學(xué)生：</b></p><p>　?。ㄊ謱?xiě)