多路智力搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告書

1、<p>　　數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告書</p><p>　　2011年 07 月 01日</p><p>　　多路智力搶答器的設(shè)計(jì)</p><p>　　1 設(shè)計(jì)目的（1）學(xué)習(xí)數(shù)字電路中的優(yōu)先編碼器，鎖存器，計(jì)數(shù)器，時(shí)序控制電路，多諧振蕩器等單元電路的綜合運(yùn)用。（2）掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。（3）了解面包板結(jié)構(gòu)及其接線方法。（4）了解數(shù)字搶答

2、器的組成及工作原理。（5）熟悉數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)與制作。</p><p><b>　　2 設(shè)計(jì)思路</b></p><p>　　設(shè)計(jì)出總體的原理框圖</p><p>　　設(shè)計(jì)框圖中的部分單元，搶答電路、定時(shí)電路、時(shí)序控制電路。</p><p>　　分析單元應(yīng)具有的功能以及應(yīng)用哪些元器件</p><p&

3、gt;　　對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真測試，調(diào)整與測試。</p><p><b>　　3 設(shè)計(jì)過程 </b></p><p><b>　　3.1方案論證</b></p><p>　　定時(shí)搶答器的總體框圖如圖1所示，它由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號，同時(shí)

4、能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能。</p><p><b>　　如圖所示：</b></p><p>　　圖3-1 多路智力搶答器的原理框圖</p><p>　　它的工作原理：圖1所示的定時(shí)搶答器的工作過程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開關(guān)置“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)顯示器顯示，設(shè)定的時(shí)間

5、，當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開始”，同時(shí)將控制開關(guān)撥到“開始”位置，揚(yáng)聲器給出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。</p><p>　　當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動搶答鍵時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：</p><p>　　優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號；</

6、p><p>　　揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意；</p><p>　　控制電路要對輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答；</p><p>　　控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答</p><p&

7、gt;<b>　　3.2電路設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　1、搶答電路</b></p><p>　　圖3-2數(shù)字搶答電路及其仿真電路</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的

8、編號，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S置于"清除"端時(shí)，RS觸發(fā)器的 端均為０，４個(gè)觸發(fā)器輸出置０，使74LS148的 ＝０，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于"開始"時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出 經(jīng)RS鎖存后，1Q=1, =1,74LS48處于工作狀態(tài)，４Q３Q２Q=101,經(jīng)譯碼顯示為"５&qu

9、ot;。此外，1Ｑ＝１，使74LS148 ＝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(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為１Ｑ＝１，使 ＝１，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時(shí)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?lián)艿健扒宄?quot;然后再進(jìn)行下一輪搶答。74LS148為８線－３線優(yōu)先編碼器。</p><p>　　74LS148的功能真值表</p&

10、gt;<p><b>　　2、定時(shí)電路</b></p><p>　　A B</p><p>　　圖4-2可預(yù)定時(shí)間的定時(shí)的電路（A）及其仿真圖(B)</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　如圖所

11、示，分為兩個(gè)部分，一是秒脈沖，由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路，根據(jù)公式振蕩周期為T=0.7（R1+2R2）C，可計(jì)算出該振蕩器的振蕩周期為1秒，由于是矩形脈沖，所以一個(gè)周期內(nèi)發(fā)光二極管會發(fā)一次光。另一部分是可預(yù)置時(shí)間的減計(jì)數(shù)器，對于預(yù)置端可以采用十進(jìn)制8421BCD碼設(shè)置，當(dāng)555振蕩器發(fā)出一個(gè)脈沖時(shí)，74LS192的CP-端就接受一個(gè)信號，在cp脈沖的上升沿預(yù)置數(shù)就開始自減，當(dāng)各位減少到0時(shí)，BO2就會輸出一個(gè)負(fù)脈沖，cp2-就會開

12、始減少1，然后74LS192二開始再自減1，直到預(yù)置數(shù)最后變成00，最后在BO2輸出一個(gè)周期的負(fù)脈沖。在時(shí)間未到時(shí)，BO2一直到是輸出正脈沖，除非最后變成00時(shí)，才會輸出負(fù)脈沖，這就可以作為定時(shí)到的信號，如果是時(shí)間到了，輸出是零，時(shí)間不到，輸出是1。另外，假如有選手按鍵的話，則最后不會計(jì)數(shù)器不會因?yàn)樽詼p為00而最后輸出負(fù)脈沖，而是應(yīng)為秒脈沖輸出與1Q的非相與后當(dāng)作脈沖輸入74LS192的。當(dāng)沒有選手按鍵時(shí)，1Q的非為0，所以cp脈沖就會

13、停止輸入，時(shí)間就會停止，所顯示的時(shí)間就是該選手搶答的時(shí)間，但此時(shí)的定時(shí)到信號還是1。定時(shí)部分電路仿真圖如下，又55</p><p>　　圖 脈沖發(fā)生電路部分仿真圖</p><p><b>　　3、報(bào)警電路</b></p><p><b>　　圖4-3報(bào)警電路</b></p><p><b&g

14、t;　　工作原理：</b></p><p>　　該報(bào)警電路有555定時(shí)器和三極管構(gòu)成，有555定時(shí)器構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器，其輸出信號可以經(jīng)三極管推動揚(yáng)聲器。PR為控制信號，當(dāng)PR為高電平時(shí)，4端接高電平，振蕩器正常工作，當(dāng)為低電平時(shí)，振蕩器停止工作，不會發(fā)聲。</p><p>　　因?yàn)閬硪粋€(gè)高電平是該報(bào)警電路會發(fā)聲，但是只有在一個(gè)周期內(nèi)發(fā)聲，這個(gè)周期非常短，只是多諧振蕩器的一個(gè)周

15、期，只有一秒鐘，所以中間需要加一個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，根據(jù)555構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的功能原理，這樣可以延長這個(gè)周期，是發(fā)聲信號加長，該定時(shí)器用到的電阻是30 kΩ，電容是100uf，根據(jù)公式計(jì)算得到的周期是3秒。</p><p>　　圖 多諧振蕩器仿真圖</p><p><b>　　4、時(shí)序控制電路</b></p><p>　　圖4-4時(shí)序控制電路

16、</p><p><b>　　工作原理：</b></p><p>　　時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能：①主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時(shí)，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)行正常搶答工作狀態(tài)。 ②當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(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</p><p>　　根據(jù)上面的

17、功能要求以及各圖所示，圖中，門G1 的作用是控制時(shí)鐘信號CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端 。圖八的工作原理是：主持人控制開關(guān)從"清除"位置撥到"開始"位置時(shí)，來自于圖六中的74LS279的輸出 1Q=0，經(jīng)G3反相， A＝1，則時(shí)鐘信號CP能夠加到74LS192的CP時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，則"定時(shí)到信號"為 1，

18、門G2的輸出ST =0，使 74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能①的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動搶答鍵時(shí)，1Q＝1，經(jīng) G3反相， A＝0，封鎖 CP信號，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出 ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能②的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則"定時(shí)到信號"為0，1Q =1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。同時(shí)， 門G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 CP信號，使定

19、時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能③的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間，其工作原理如下：當(dāng)主持人將開關(guān)撥到開始鍵時(shí)，S信號從0變成1，是上升的，但是定時(shí)到信號</p><p>　　圖 邏輯控制電路仿真</p><p><b>　　整體電路仿真</b></p><p>　　整體仿真圖如圖，可實(shí)現(xiàn)如下功能：接通電源后

20、，主持人將開關(guān)撥到"清除"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)30秒，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作"清除"和"開始&qu

21、ot;狀態(tài)開關(guān)。</p><p>　　圖 整體電路仿真圖</p><p><b>　　5主要儀器與設(shè)備</b></p><p>　　1. 數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱。2. 集成電路74LS148 1片，74LS279 1片，74LS48 3片，74LS192 2片，NE555 2片，74LS00 1片，74LS121 1片。3. 電阻 510Ω 2只，

22、1KΩ 9只，4.7kΩ l只，5.1kΩ l只，100kΩ l只，10kΩ 1只， 15kΩ 1只， 68kΩ l只。4. 電容 0.1uF 1只，10uf 2只，100uf 1只。5. 三極管 3DG12 1只。6. 其它：發(fā)光二極管2只，共陰極顯示器3只</p><p><b>　　6設(shè)計(jì)體會與建議 </b></p><p><b>　　6.1設(shè)

23、計(jì)體會</b></p><p>　　第一次做課程設(shè)計(jì)，開始很迷茫，不知道從哪里開始，對于自己的學(xué)的模電和數(shù)點(diǎn)都是一些最基礎(chǔ)的知識，無從下手，不知所措，剛開始對于多路智能搶答器只是稍微了解，查了一下有關(guān)搶答器的相關(guān)知識，自己對于這個(gè)搶答器做了簡單的分析，做了一個(gè)大致的框圖，再把每一個(gè)框圖的功能分析清楚，然后再逐個(gè)的進(jìn)行單元分析，分析各個(gè)單元要用什么器件，選好了各個(gè)單元的器件后，開始自己的設(shè)計(jì)組裝工作，連

24、線是一個(gè)最重的步驟，一個(gè)連線錯(cuò)誤導(dǎo)致全部出錯(cuò)，在自己組裝連線的時(shí)候嘗試的數(shù)十次，最后才連接成功，連接成功后在嘗試自己的仿真工作，在仿真的過程中，發(fā)現(xiàn)很多問題，需要個(gè)個(gè)的調(diào)試，逐個(gè)的排除，最后仿真成功，測試成功的瞬間終于體會到了什么叫成就感，讓自己有了信息，讓自己對于設(shè)計(jì)充滿了興趣，只要自己肯做，總之，這次課程設(shè)計(jì)讓我知道了，努力就有希望，一切皆有可能。</p><p><b>　　6.2對設(shè)計(jì)的建議&l

25、t;/b></p><p>　　課程設(shè)計(jì)是每個(gè)學(xué)習(xí)電子技術(shù)的必備基礎(chǔ)技能，但是對于一個(gè)初學(xué)者，對于一個(gè)初次課程設(shè)計(jì)的新手是很迷茫的，不知道自己到底從哪里下開始，萬事開頭難，老師是一位引路人，所以老師的指引是很重要的，對于課程設(shè)計(jì)，我想我們應(yīng)該提前給課程設(shè)計(jì)下一個(gè)定義，什么叫課程設(shè)計(jì)，怎么樣做課程設(shè)計(jì)，應(yīng)該注意什么，我想這個(gè)過程是很重要的，是引領(lǐng)一個(gè)研發(fā)者的前進(jìn)的指路人，應(yīng)該在課程設(shè)計(jì)之前進(jìn)行幾次課程設(shè)計(jì)的專

26、業(yè)知識講解，讓大家對于課程設(shè)計(jì)有更深刻的了解。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　［1］ 康華光，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》數(shù)字部分第五版， 高等教育出版社 2006</p><p>　　[2] 康花光主編，《電子技術(shù)基礎(chǔ)》模擬部分， 高等教育出版社 2006</p><p>　?。?］ 邱