電子課程設(shè)計——多路競賽搶答器設(shè)計

1、<p>　　課程名稱：電子課程設(shè)計——多路競賽搶答器設(shè)計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言···················

2、83;··························3</p><p>　　功能介紹·····

3、83;····································&

4、#183;3</p><p>　　總體設(shè)計方案·······························

5、;·······3</p><p>　　單元模塊設(shè)計························

6、83;·············4</p><p>　　<1>、搶答電路設(shè)計················

7、83;··················4</p><p>　　<2>、定時電路設(shè)計···········

8、83;···················5</p><p>　　<3>、控制電路和報警電路設(shè)計·········

9、3;·················6</p><p>　　<4>、振蕩電路·············

10、··························8</p><p>　　電路參數(shù)的計算及元器件的選擇····&#

11、183;···············8</p><p>　　主要芯片介紹················

12、·····················10</p><p>　　七、 設(shè)計總結(jié)··········&

13、#183;·······························13</p><p>　　八、

14、 參考資料····································

15、;·······13</p><p>　　九、 附錄························&#

16、183;·····················14</p><p><b>　　1、 前言</b></p><p>　　1.1主要功能介紹 </p&g

17、t;<p>　?。?）搶答器最多可供8名選手參賽，編號為1~8號，各隊分別用一個按鈕（分別為S1~S8）控制，并設(shè)置一個系統(tǒng)清零和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制。 （2）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存功能,并將鎖存數(shù)據(jù)用LED數(shù)碼管顯示出來。 （3）開關(guān)S作為清零及搶答控制開關(guān)（由主持人控制），當(dāng)開關(guān)S被按下時搶答電路清 零，松開后則允許搶答。輸入搶答信號由搶答按鈕開關(guān)S1~S8實現(xiàn)。 （4）有搶答信號輸

18、入（開關(guān)S1~S8中的任意一個開關(guān)被按下）時，并顯示出相 對應(yīng)的組別號碼。此時再按其他任何一個搶答器開關(guān)均無效，指示燈依舊“保持” 第一個開關(guān)按下時所對應(yīng)的狀態(tài)不變。 </p><p>　　1.2擴展功能介紹 </p><p>　　（1）搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示。 </p

19、><p>　　（2）參加選手在設(shè)定的時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示</p><p>　　上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 </p><p>　?。?）如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示00。</p><p>　?。?

20、）當(dāng)選手搶答完后，主持人可根據(jù)相關(guān)題的加減分對選手進行加分或減分。</p><p><b>　　2、總體方案設(shè)計 </b></p><p>　　如圖1所示的總體方框圖。其工作原理為：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)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置;開始"狀態(tài)，宣布"開始"

21、搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。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)。主要使用74LS148,74LS279,74LS192, 74LS48，74LS00N,74LS08N.</p><p><

22、b>　　圖1 總體方框圖</b></p><p>　　3、單元模塊設(shè)計 </p><p>　　3．1搶答器電路功能介紹</p><p>　　設(shè)計電路見圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS279來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段

23、數(shù)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S置于"清除"端時，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）＝0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端) =1,七段顯示電路74LS48處

24、于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR＝1，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）＝1，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，74LS148的 此時由于仍為CTR＝1，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端為1，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出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S開關(guān)重新置“清除”然后才可能進行。</p><p>　

25、　圖2 搶答器電路 </p><p>　　3．2定時時間電路功能介紹 原理及設(shè)計：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答

26、題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。</p><p>　　圖3 定時電路 </p><

27、;p>　　3．3控制電路和報警電路 </p><p>　　由555 芯片構(gòu)成多諧振蕩電路，555 的輸出信號再經(jīng)三極管放大，從而推動揚聲器發(fā)聲。</p><p>　　控制電路包括時序和報警兩個電路 ,如圖所示?？刂齐娐沸杈哂幸韵聨讉€功能。主持人閉合開關(guān)揚聲器發(fā)聲 ,多路搶答器電路和計時電路進入正常狀態(tài); 參賽者按鍵時 ,揚聲器發(fā)聲 ,搶答電路和計時電路停止工作；搶答時間到，無人

28、搶答 ，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和計時電路停止工作。</p><p>　　由功能表可以看出，要使電路實現(xiàn)倒計時（減法）功能，應(yīng)使CR=0，PE非=1，CP+=1，CP-=CP?？捎肅R端接電平開關(guān)來控制計時器的工作與否。</p><p>　　聲響顯示電路需要在兩種情況下做出反應(yīng)：一種是當(dāng)有參賽者按下?lián)尨痖_關(guān)時，相應(yīng)電路的發(fā)光二極管亮，同時推動輸出級的蜂鳴器發(fā)出聲響；第二種情況是當(dāng)裁判員給出“請

29、回答”指令后，計時器開始倒計時，若回答問題時間到達限定的時間，蜂鳴器發(fā)出聲響。</p><p>　　聲響電路由兩部分組成：一是由門電路組成的控制電路，二是三極管驅(qū)動電路。門控電路主要由或門組成，它的兩個輸入，一個來自搶答電路各觸發(fā)器輸出Q非的與非，他說明只要有一Q非為低電平，就使該與非門輸出為高電平通過或門電路驅(qū)動蜂鳴發(fā)生器；另一個來自計時系統(tǒng)高位計數(shù)器的借位信號QB，它說明計時電路在30秒向29秒，28秒，……

30、2秒，1秒，0秒倒計時再向30秒轉(zhuǎn)化時向高位借位時給出一個負脈沖經(jīng)反相器得到一個高電平。這個高電平信號也能使蜂鳴器發(fā)聲。 </p><p>　　圖5 時序控制電路3.4振蕩電路</p><p>　　本系統(tǒng)需要產(chǎn)生三種頻率的脈沖信號，一種是頻率為1KHZ的脈沖信號，用于聲響電路；一種是頻率為500KHZ的脈沖信號，用于觸發(fā)器的CP信號。第三中頻率為1HZ信號用于計時電路。以上電路可用555

31、定時器組成，也可用石英晶體組成的振蕩器經(jīng)過分頻得到。</p><p><b>　　圖 6 振蕩電路</b></p><p>　　4、電路參數(shù)的計算及元器件的選擇</p><p>　　4．1電路參數(shù)的計算 </p><p>　　發(fā)聲延遲0.5秒，fo＝1．43／［（R＋2R）C］，權(quán)衡考慮到元器件的成本和74LS121的相

32、關(guān)性質(zhì)（下文有說明），最終選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF</p><p><b>　　4．2元件清單</b></p><p><b>　　表1 元件清單</b></p><p><b>　　5、主要芯片介紹 </b></p><p>　　5．1 優(yōu)先

33、編碼器 74LS148</p><p>　　74LS148為8線－3線優(yōu)先編碼器，表2為其真值表，圖8為其管腳圖。</p><p>　　圖8 74LS148管腳</p><p>　　表2 74LS148—3線二進制編碼器真值表</p><p>　　74LS148工作原理如下： 該編碼器有8個信號輸入端，3個二進制碼輸出端。此外

34、，電路還設(shè)置了輸入使能端EI，輸出使能端EO和優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS。 當(dāng)EI=0時，編碼器工作；而當(dāng)EI=1時，則不論8個輸入端為何種狀態(tài)，3個輸出端均為高電平，且優(yōu)先標(biāo)志端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，輸出也為低電來有效的情況。當(dāng)EI為0，且至少有一個輸入端有編碼請求信號（邏輯0）時，優(yōu)先編碼工作狀態(tài)標(biāo)志GS為0。表明編碼器處于工作狀態(tài)，否則為1。</p>&l

35、t;p>　　由功能表可知，在8個輸入端均無低電平輸入信號和只有輸入0端（優(yōu)先級別最低位）有低電平輸入時，A2A1A0均為111，出現(xiàn)了輸入條件不同而輸出代碼相同的情況，這可由GS的狀態(tài)加以區(qū)別，當(dāng)GS＝1時，表示8個輸入端均無低電平輸入，此時A2A1A0=111為非編碼輸出；GS＝0時，A2A1A0=111表示響應(yīng)輸入0端為低電平時的輸出代碼（編碼輸出）。EO只有在EI為0，且所有輸入端都為1時，輸出為0，它可與另一片同樣器件的E

36、I連接，以便組成更多輸入端的優(yōu)先編碼器。 從功能表不難看出，輸入優(yōu)先級別的次為7，6，……，0。輸入有效信號為低電平，當(dāng)某一輸入端有低電平輸入，且比它優(yōu)先級別高的輸入端無低電平輸入時，輸出端才輸出相對應(yīng)的輸入端的代碼。例如5為0。且優(yōu)先級別比它高的輸入6和輸入7均為1時，輸出代碼為010，這就是優(yōu)先編碼器的工作原理</p><p>　　5.2 鎖存器74LS279 原理：在74ls279中，由

37、于4回路中2回路置位端子為兩個，所以使用其一時，整理兩個置位輸入作為1個使用，或?qū)⒘硪粋€輸入固定為“H”使用。另外，作為稍微變化74LS279 的使用方法，也可將3組作為RS鎖存器使用，剩余的RS鎖存器作為2輸入NAND門電路使用，復(fù)位輸入例如①管腳固定為”L”時其輸入為”H”，所以可構(gòu)成將②和③作為輸入，輸出為④的2輸入NAND。其管腳圖如圖9所示。</p><p>　　圖9 74LS279管腳引線圖<

38、/p><p>　　5.3 計數(shù)器74LS192</p><p>　　74LS192具有下述功能： </p><p>　?、佼惒角辶悖篊R=1，Q3Q2Q1Q0=0000 </p><p>　?、诋惒街脭?shù)：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0</p><p>　?、郾３郑?CR=0，LD=1，CPU=

39、CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài) </p><p>　?、芗佑嫈?shù)：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計數(shù) </p><p>　　⑤減計數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計數(shù)</p><p>　　74LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數(shù)器。 </p><p&

40、gt;　　CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。</p><p>　　LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。 </p><p>　　CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。 </p><p>　　CO為進位輸出：1001狀態(tài)后負脈沖輸出 </p><p>　　BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負脈沖輸出。</p><p

41、>　　圖10 74LS192管腳引線圖</p><p>　　5.4 74LS48與七段LED數(shù)碼管</p><p>　　圖12 74LS48與七段LED數(shù)碼管的聯(lián)結(jié)</p><p>　　使能端的作用如下： (1) 是試燈輸入端，當(dāng)LT=0，BI =1時，不管其它輸入是什么狀態(tài)，a~g七段全亮。 (2)滅燈輸入 ，當(dāng) BI=0，不論其它輸入狀態(tài)如何，a~

42、g均為0，顯示管熄滅。 (3)動態(tài)滅零輸入 ，當(dāng) LT=1，BI=0時， 如果A0A1A2A3=0000時，a~g均為各段熄滅。 (4)RBI為滅“0”信號，用來熄滅器件顯示0。</p><p><b>　　6、設(shè)計總結(jié)</b></p><p>　　經(jīng)過這次課程設(shè)計的學(xué)習(xí)，我確實學(xué)習(xí)了很多知識，真正的感受到了理論聯(lián)系實際的重要性，以及這之間莫大區(qū)別。由于接觸不多，

43、開始學(xué)得很費力，但到后來就好了。在以后的課程設(shè)計中，遇到問題，最好的辦法就是問別人，發(fā)揮群眾的力量，復(fù)雜的事情就會變得很簡單。</p><p>　　通過這次課程設(shè)計，我明白了學(xué)會與大家合作的重要性，從原理圖的最終確定，這都是大家分工合作的結(jié)果，正是因為大家相互配合，才使我們很快的完成了任務(wù)。這些天的學(xué)習(xí)我深刻的體會到實際與理論有很大的區(qū)別。在我們學(xué)習(xí)的過程中不僅考驗了我們對知識的吸收和掌握，而且也考驗了我們的細心

44、和耐心。</p><p>　　經(jīng)完成這次課程設(shè)計我覺得收獲很多，不但進一步掌握了數(shù)電的知識及相關(guān)專業(yè)知識，還提高了自己的設(shè)計能力。雖然只是初步學(xué)會了數(shù)字搶答器的設(shè)計，離真正掌握還有一定距離，但學(xué)習(xí)的這段日子確實令我收益匪淺，因為我有學(xué)到了課本以外的很多知識，還鍛煉了自己的能力。</p><p><b>　　7、參考文獻</b></p><p>