畢業(yè)論文--數(shù)字搶答電路課程設(shè)計

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計</b></p><p>　　課題： 數(shù)字搶答電路課程設(shè)計</p><p>　　班級： 信息1031</p><p>　　專 業(yè)： 信息工程</p><p><b>　　姓 名： </b></p><

2、;p>　　2012年 09月 12日</p><p><b>　　【摘要】</b></p><p>　　隨著我國經(jīng)濟和文化事業(yè)的發(fā)展，在很多競爭場合要求有快速公正的競爭裁決，例如證券、股票交易以及各種智力競賽等。在現(xiàn)代社會生活中，智力競賽更是作為一種生動活潑的教育形式和方法能夠引起觀眾極大地興趣。而在競賽中往往分為幾組參加，這是針對主持人提出的問題，各組

3、一般要進行必答和搶答，對必答一般有時間限制，倒是有聲響提示；對于搶答，要判定哪組先按鍵，為了公正，就要有一種邏輯電路搶答器作為裁判員。本文介紹了一種利用數(shù)字電路實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)，具有很強的實用性。</p><p>　　數(shù)字搶答器有主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽組的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示功能。搶答開始后

4、，若有選手安東強大按鈕，編號立即鎖存，并數(shù)碼管上顯示選手的編號，同時揚聲器給出聲音提示；同時封鎖輸入電路，禁止其它選手搶答。優(yōu)先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>　　【關(guān)鍵詞】智力搶答，數(shù)字搶答器，鎖存器</p><p>　　The "Summary" as the cause of our economic and cultural de

5、velopment, compete in many occasions require a quick and fair competition decisions, such as securities, stock trading, as well as various intellectual competitions and so on. In modern life, lively quiz is as a form of

6、education and methods can cause greatly interested the audience. Often divided into several groups in the competition to participate in, this is in response to questions raised by the moderator, each group generally mand

7、at</p><p>　　"Key words" Intelligence Res digital vie, latch</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　緒論1</b></p><p>　　一、設(shè)計任務(wù)和要求1</p>&l

8、t;p>　　1.1 設(shè)計任務(wù)：1</p><p>　　1.2 設(shè)計要求：1</p><p>　　二、方案設(shè)計與論證1</p><p>　　2.1 搶答器的基本工作原理：1</p><p>　　2.2 系統(tǒng)框圖1</p><p>　　2.3 方案比較：2</p><p>　　三、

9、 單元電路設(shè)計2</p><p>　　3.1 搶答器控制電路2</p><p>　　3.2 編碼器電路的設(shè)計3</p><p>　　3.3 定時電路4</p><p>　　3.4 復(fù)位電路5</p><p>　　3.5 譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計6</p><p>　

10、　四、總電路工作原理及元器件清單7</p><p>　　4.1 總電路原理圖：7</p><p>　　4.2 元件清單7</p><p>　　五、硬件電路的調(diào)試8</p><p>　　5.1 仿真軟件簡介8</p><p>　　5.2仿真結(jié)果：8</p><p><b>　

11、　六、結(jié)論與心得9</b></p><p><b>　　七、參考文獻9</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p>　　基于數(shù)字電子技術(shù)的設(shè)計創(chuàng)新和產(chǎn)品創(chuàng)新看起來似乎永無止境，而且它們也的的確確在方方面面日益完善和豐富著我們每個人的日常生活和工作。隨著科技的進步和社會的發(fā)展，現(xiàn)代電子產(chǎn)

12、品設(shè)計越來越注重產(chǎn)品的易使用型，人機界面一定要良好。聲音、圖象等作為人類交往的最重要手段，也被體現(xiàn)在電子產(chǎn)品設(shè)計中。采用一顆語音芯片，讓產(chǎn)品開口說話，可以起到強化宣傳品牌、指導(dǎo)用戶使用、故障緊急提示、娛樂等功能，使產(chǎn)品設(shè)計新穎實用、先聲奪人、出奇制勝。</p><p><b>　　一、設(shè)計任務(wù)和要求</b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計任務(wù)<

13、;/b></p><p>　　設(shè)計一臺可供4名選手參加比賽的智力競賽搶答器。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求</b></p><p>　　1) 四組參賽者進行搶答，當(dāng)搶答組按下?lián)尨鸢粹o時，搶答器能準(zhǔn)確的判</p><p><b>　　出搶答者。</b></p>&l

14、t;p>　　2）搶答器應(yīng)具有互鎖功能，即某組搶答后能自動封鎖其他各組進行搶答。</p><p>　　3）搶答器應(yīng)具有限時功能，即限制搶答時間、答題時間等，要求顯示時間</p><p><b>　　數(shù)據(jù)。</b></p><p>　　4）系統(tǒng)具有一個總的復(fù)位開關(guān)。</p><p><b>　　二、方案設(shè)計與

15、論證</b></p><p>　　2.1 搶答器的基本工作原理</p><p>　　整個電路框圖如上圖所示，主要分為兩部分，一個是計時部分，一個是搶答電路，其中搶答器電路由，編碼器電路，RS觸發(fā)電路，譯碼器電路，數(shù)碼管顯示電路組成，封鎖電路由三個或門組成，其作用是只讓先按下的有效，而后按下的無效，主持人按鈕用來將電路復(fù)位，并將輸出清零和編碼電路解除封鎖，譯碼電路用來譯出編碼，數(shù)

16、碼顯示部分用來顯示按下的選手號碼，556定時電路用來定答題的時間。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)框圖 </p><p>　　當(dāng)主持人宣布開始，定時電路開始秒脈沖電路的作用而進行倒記時，并通過譯碼器在顯示器中顯示。報警電路給出聲音提示。當(dāng)選手首先按某一開關(guān)鍵時，可通過觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)并鎖存，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電平信息，同時為防止其它開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂，最先產(chǎn)生的輸出電平變化又

17、反過來將觸發(fā)電路鎖定。然后在譯碼器中譯碼，將觸發(fā)器輸出的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為數(shù)碼管需要的邏輯狀態(tài)。最后在顯示電路中顯示出所按鍵選手的號碼。若有多個開關(guān)同時按下時，則在它們之間存在著隨機競爭的問題，結(jié)果可能是它們中的任一個產(chǎn)生有效輸出。如圖2.1</p><p><b>　　圖2.1系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　1、當(dāng)主持人按下“開關(guān)”按鈕后，選手可以通過按按鈕的快慢來決

18、定由誰來回答，按得快的選手的編號顯示在電子顯示管上。</p><p>　　2、此后選手輸入被鎖住，如果主持人按下復(fù)位鍵則編號顯示處不作任何顯示。</p><p>　　3、然后選手開始作答，作答的時間少于30秒，以倒數(shù)的方式進行，而且通過顯示屏把時間顯示出來。</p><p>　　4、主持人按下開關(guān)，所有的顯示及工作狀態(tài)回到初始狀態(tài)以便進行下一次答題。</p&g

19、t;<p><b>　　2.3 方案比較</b></p><p>　　方案1：采用CD4511芯片作為搶答信號的觸發(fā)、鎖存和譯碼輸出。這樣雖然比較簡便，但實際在實現(xiàn)鎖存功能時比較繁瑣難實現(xiàn)。</p><p>　　方案2：采用JK觸發(fā)器和譯碼器來完成搶答部分。雖然元件較多，但在實現(xiàn)鎖存功能時可以簡單的實現(xiàn)。</p><p>　　經(jīng)過

20、對比兩方案的優(yōu)缺點，決定采用搶答信號鎖存簡單實現(xiàn)的方案2。然后利用軟件proteus來進行仿真調(diào)試，再進行逐步改進。</p><p><b>　　單元電路設(shè)計</b></p><p>　　3.1 搶答器控制電路</p><p>　　搶答器控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下功能：</p><p>　?。?）當(dāng)參賽選手

21、按動搶答鍵時，燈泡發(fā)光，并顯示相應(yīng)的組號，搶答電路封鎖和定時電路開始工作。 </p><p>　　（2）當(dāng)設(shè)定的答題時間到，即燈泡第一次熄滅表示時間到，答題人不準(zhǔn)再答題。</p><p>　　3.2 編碼器電路的設(shè)計</p><p>　　編碼器采樣74ls148作為編碼芯片，將輸入的信號進行編碼，然后輸出2二進制碼，輸出接到74279上，A0 ，A1 ，A

22、2 均分別接到74279的S上，當(dāng)輸出均為高時表示無選手按下，Ｓ為無效電平，RS觸發(fā)器輸出為低，即無編碼輸出。</p><p>　　74ls148芯片圖3.1及真值表3.1如下：</p><p>　　圖3.1 74LS148</p><p><b>　　表3.1 真值表</b></p><p><b>　　3.

23、3 定時電路</b></p><p>　　由555定時器產(chǎn)生時間脈沖，參賽選手按動搶答鍵時，即出現(xiàn)正脈沖，定時時間15S，當(dāng)?shù)谝淮纬霈F(xiàn)低電平時，表示答題時間到，然后主持人即可按復(fù)位。</p><p>　　555定時器如圖3.2</p><p>　　圖3.2 555定時器</p><p>　　它基本原理是，由于電容C的兩端的電壓不

24、能突變，定時器的2端電壓低觸發(fā)端為低電平，輸出端3為高電平。電源經(jīng)過R1、R2給電容C充電，當(dāng)電容的電壓充到電源電壓的2/3時，555內(nèi)部的MOS管導(dǎo)通，輸出為低電平。接著電容通過R2和已經(jīng)導(dǎo)通的MOS管放電，當(dāng)電容的兩端電壓下降到低于1/3的電源電壓時，MOS管截止電容放電停止，此時電源通過R1、R2再次向電容充電，如此反復(fù)，形成震蕩，從而在3端得到時鐘脈沖源輸出。</p><p><b>　　3.4

25、 復(fù)位電路</b></p><p><b>　　圖3.3復(fù)位電路</b></p><p>　　JK觸發(fā)器功能表如下：</p><p>　　表3.2 JK觸發(fā)器的功能表</p><p>　　JK邊沿觸發(fā)器。將兩個的輸出端通過異或非門作為輸入，送到JK觸發(fā)器的時鐘信號端CLK，因為如果計時器一旦輸出“00”，異

26、或非門的輸出剛好為1，而觸發(fā)器的CLK從0到1，接收到一次上升沿的時鐘信號，因而JK觸發(fā)器此時Q輸出為1，再把Q送到兩個芯片的MR端，此時芯片就不再處于計數(shù)狀態(tài)，因而可以做出來到“00”停止計時的效果。</p><p>　　3.5 譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路的設(shè)計</p><p>　　搶答部分和倒計時部分的譯碼器均采用74ls48芯片，而數(shù)碼管則選擇與之相對應(yīng)的7段共陰數(shù)碼管搭配，為避免電

27、流過小，可在譯碼器與數(shù)碼管間接上拉電阻以增大電流，上拉電阻選用1k的9針排阻。譯碼器電路和數(shù)碼管顯示電路設(shè)計如下圖3.4：</p><p>　　圖3.4 譯碼電路和顯示電路</p><p><b>　　表3.3</b></p><p>　　四、總電路工作原理及元器件清單</p><p>　　4.1 總電路原理圖：<

28、/p><p>　　圖4.1 總電路原理圖</p><p><b>　　4.2 元件清單</b></p><p><b>　　表4.1 元件清單</b></p><p><b>　　五、硬件電路的調(diào)試</b></p><p>　　5.1 仿真軟件簡介</

29、p><p>　　Proteus 是英國Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實物仿真軟件。它運行于Windows操作系統(tǒng)上，可以仿真、分析(SPICE)各種模擬器件和集成電路，該軟件的特點是：</p><p>　?、賹崿F(xiàn)了單片機仿真和SPICE電路仿真相結(jié)合。具有模擬電路仿真、數(shù)字電路仿真、單片機及其外圍電路組成的系統(tǒng)的仿真、RS232動態(tài)仿真、I2C調(diào)試器、SPI調(diào)試器、鍵盤和LCD系統(tǒng)仿真

30、的功能；有各種虛擬儀器，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器等。</p><p>　?、谥С种髁鲉纹瑱C系統(tǒng)的仿真。目前支持的單片機類型有：ARM7(LPC21xx)、 8051/52系列、AVR系列、PIC10/12/16/18系列、HC11系列以及多種外圍芯片。</p><p>　?、厶峁┸浖{(diào)試功能。在硬件仿真系統(tǒng)中具有全速、單步、設(shè)置斷點等調(diào)試功能，同時可以觀察各個變量、寄存器等的當(dāng)前狀

31、態(tài)，因此在該軟件仿真系統(tǒng)中，也必須具有這些功能；同時支持第三方的軟件編譯和調(diào)試環(huán)境，如Keil C51 uVision2、MPLAB等軟件。</p><p>　?、芫哂袕姶蟮脑韴D繪制功能?？傊?，該軟件是一款集單片機和SPICE分析于一身的仿真軟件，功能極其強大。</p><p>　　proteus是目前最好的模擬單片機外圍器件的工具,真的很不錯?？梢苑抡?1系列、AVR,PIC等常用的M

32、CU及其外圍電路（如LCD,RAM,ROM,鍵盤,馬達,LED,AD/DA,部分SPI器件,部分IIC器件...）</p><p>　　其實proteus 與 multisim比較類似,只不過它可以仿真MCU！</p><p><b>　　5.2仿真結(jié)果：</b></p><p><b>　　六、結(jié)論與心得</b><

33、/p><p>　　本次課程設(shè)計對于我的課題的要求基本上實現(xiàn)了。這次課程設(shè)計時間有點匆忙，雖然大部分的功能都實現(xiàn)了，但是還是會存在不完美的地方，實在是時間有點緊，沒辦法做長時間的修改。</p><p>　　設(shè)計進行地比較成功，對常用的芯片無論是從功能上，還是構(gòu)造上都在了更深的了解，更重要的是鍛煉了我們的動手能力，平時看書都能看得明白，但是到了仿真的時候還是會出現(xiàn)很多的問題，有時候一個小失誤致使整

34、個電路工作狀態(tài)出現(xiàn)錯誤，但是還是能過一次次的調(diào)試，一次次地去修改最后得出了成品。也學(xué)了一個新的軟件，這也是很重要的。</p><p>　　這一課程設(shè)計使我們將課堂上的理論知識有了進步的了解，并增強了對數(shù)字電子技術(shù)這門課程的興趣。了解了更多電子元件的工作原理，如： 74LS48、74ls191等。但同時也暴露出我在知識上掌握不足等缺點。其次在此次設(shè)計過程中由于我們頻繁的使用一電子設(shè)計軟件如：Multisim等，因此

35、使我熟悉了軟件的使用，同時在電腦的電子設(shè)計和繪圖操作上有了進一步提高。加上在設(shè)計過程中遇到了一些問題，使得我得查找相關(guān)資料，從而增長知識的同時增強解決問題和動手的能力，鍛煉我做事細心、用心、耐心的能耐。這一課程設(shè)計，使我向更高的精神和知識層次邁向一大步。所以在以后的學(xué)習(xí)生活中，我會努力學(xué)習(xí)，培養(yǎng)自己獨立思考的能力，積極參加多種設(shè)計活動，培養(yǎng)自己的綜合能力，從而使得自己成為一個有綜合能力的人才而更加適應(yīng)社會。</p><

36、;p>　　反正這次課程設(shè)計收獲也不少，但是如果時間能夠再充分一點，我相信自己能夠做得更好。</p><p><b>　　七、參考文獻</b></p><p>　　1、閻石.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).北京：高等教育出版社，1989.</p><p>　　2、張乃國.電子測量.北京：人民郵電出版社，1985.</p><p>