第一篇：八路智力競賽搶答器

電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

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八路智力競賽搶答器

學(xué)院：

華科學(xué)院

專業(yè)，班級(jí)：電氣工程及其自動(dòng)化062203H

姓名

段超

學(xué)號(hào)：

200622050308

指導(dǎo)老師： 黃慶彩

2008年1月

目錄

一 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求??????????????3

二 總體框圖?????????????????3

三 選擇器件?????????????????4

四 功能模塊?????????????????6

五 電路的裝配調(diào)試??????????????9

六 心得體會(huì)?????????????????11

八路智力競賽搶答器

一．設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

1.任務(wù)和要求

（1）搶大器能容納8名選手，并且給出相應(yīng)的編號(hào)為1、2、3、4、5、6、7、8，為每名選手設(shè)置一個(gè)按鍵。為了簡化設(shè)計(jì)，可以利用試驗(yàn)儀上的邏輯電平開關(guān)。（這部分要求由我主要負(fù)責(zé)）

（2）設(shè)置一個(gè)給工作人員清零的開關(guān)，以便能開始新的一輪的搶答。為了簡化設(shè)計(jì)，可以利用試驗(yàn)儀上的邏輯電平開關(guān)。

（3）用LED數(shù)碼管顯示獲得優(yōu)先搶答的選手的編號(hào)，一直保持到工作人員清零或1分鐘倒記時(shí)答題時(shí)間結(jié)束為止。

（4）用LED數(shù)碼管顯示有效搶答后的1分鐘到記時(shí)答題時(shí)間。（5）用喇叭發(fā)聲知識(shí)有效搶答及答題時(shí)間的結(jié)束。（這部分要求由我主要負(fù)責(zé)）

（6）秒信號(hào)不必考慮時(shí)間精度，可利用試驗(yàn)儀上所提供的連續(xù)脈沖（方波）。

二．總體框圖

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，我初步將系統(tǒng)分為4大功能模塊：主電路、數(shù)據(jù)采集電路、控制電路和音響電路?？蓪⒅麟娐贩譃橐粋€(gè)十六進(jìn)制（實(shí)現(xiàn)一分鐘倒記時(shí)答題時(shí)間）計(jì)數(shù)、譯碼、顯示電路；數(shù)據(jù)采集電路（獲得優(yōu)先搶答選手的編號(hào)）分為8路搶答開關(guān)、八D數(shù)據(jù)鎖存器、優(yōu)先編碼器、加1電路；控制電路分為鎖存控制、倒記時(shí)控制、音響控制；音響電路分為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、音振及喇叭電路。以下是我設(shè)計(jì)的總體框圖：如圖1所示

圖一 總體框圖

三．選擇器件

整個(gè)電路的電子器件有：555定時(shí)器，74LS192，74LS148，74LS373，74LS00，74LS04以及若干電容和電阻。我詳細(xì)介紹一下我所設(shè)計(jì)的這兩個(gè)電路中所用到的重要器件（555定時(shí)器和 74LS373）： 1．555定時(shí)器

555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。它也常作為定時(shí)器廣泛應(yīng)用于儀器儀表、家用電器、電子測量及自動(dòng)控制等方面。555 定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖分別如下圖2： 4

圖2 555定時(shí)器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖

它內(nèi)部包括兩個(gè)電壓比較器，三個(gè)等值串聯(lián)電阻，一個(gè) RS 觸發(fā)器，一個(gè)放電管 T 及功率輸出級(jí)。它提供兩個(gè)基準(zhǔn)電壓VCC /3 和 2VCC /3 555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。2．74LS373 5 74373八D鎖存器為三態(tài)輸出的8 D透明鎖存器, 373的輸出端O0-O7可直接與總線相連。當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時(shí)，O0-O7為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總線。當(dāng)OE為高電平時(shí)，O0-O7呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)總線，也不為總線的負(fù)載，但鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。當(dāng)鎖存允許端LE為高電平時(shí)，O隨數(shù)據(jù)D而變。當(dāng)LE為低電平時(shí)，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。當(dāng)LE端施密特觸發(fā)器的輸入滯后作用，使交流和直流噪聲抗擾度被改善400mV。373引出端符號(hào)：

D0～D7-----數(shù)據(jù)輸入端 OE-----三態(tài)允許控制端

LE-----鎖存允許端 O0-O7-----輸出端

74LS373外部管腿圖、真值表、邏輯圖，如下圖3所示：

圖3 74LS373外部管腿圖、真值表、邏輯圖

真值表中：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； G——輸入端，與8031ALE連高電平：暢通無阻低電平：關(guān)門鎖存。圖中OE——使能端，接地。當(dāng)G=“1”時(shí)，74LS373輸出端1Q—8Q與輸入端1D—8D相同；當(dāng)G為下降沿時(shí)，將輸入數(shù)據(jù)鎖存。

四．功能模塊

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求，我初步將系統(tǒng)分為4大功能模塊：主電路、數(shù)據(jù)采集電路、控制電路和音響電路。

1.主電路由六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器和譯碼、顯示電路兩部分組成。2.控制電路由鎖存控制和倒計(jì)時(shí)控制兩部分組成。以上的這兩大模塊部電路均由我的搭檔負(fù)責(zé)

以下的數(shù)據(jù)采集電路和音響電路兩個(gè)模塊是由我主要負(fù)責(zé)，下面我就詳細(xì)說明我所設(shè)計(jì)的這兩模塊： 3．?dāng)?shù)據(jù)采集電路（1）．八路搶答開關(guān)

為8位選手提供8個(gè)搶答的按鈕，這樣可以在松開按鈕后及時(shí)復(fù)位，為下次做準(zhǔn)備。這部分我利用的是試驗(yàn)儀上的8個(gè)邏輯開關(guān)，在接電路圖的時(shí)候，只用一個(gè)開關(guān)仿真。（2）.八D數(shù)據(jù)鎖存器

采用八D數(shù)據(jù)鎖存器74LS373，搶答前應(yīng)使鎖存允許LE=1，此時(shí)允許選手搶答，當(dāng)有選手搶答有效時(shí)，要利用控制電路中的LE=0，使數(shù)據(jù)被鎖存，其它選手就搶答無效了。（3）.優(yōu)先編碼器 采用優(yōu)先編碼器74LS148，因?yàn)椴捎昧烁咚倏刂齐娐?，因此一旦搶答，立即鎖存。

我所設(shè)計(jì)的控制電路將充分利用74LS148的兩個(gè)輸出信號(hào)：選通輸出Ys和擴(kuò)展輸出YEX。

以下是我設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集電路電路圖如圖4所示：

圖4數(shù)據(jù)采集電路

4．音響電路（1）.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器

設(shè)音響提示時(shí)間為2秒左右，可采用一脈寬為2秒的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)。實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的方法有很多，可以用與非門或者非門電路實(shí)現(xiàn)微分型單穩(wěn)、利用施密特觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)單穩(wěn)、集成單穩(wěn)等?，F(xiàn)采用555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)，注意其脈寬的計(jì)算公式為tw=1.1RC.若一個(gè)負(fù)脈沖觸發(fā)信號(hào)到來，將有效觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生一個(gè)脈寬為2秒的正脈沖。（2）.音頻振蕩器及喇叭電路

利用555定時(shí)器實(shí)現(xiàn)頻率約1kHz的音頻振蕩器，因555定時(shí)器有較強(qiáng)的功率輸出能力，可以直接推動(dòng)喇叭輸出。

當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)產(chǎn)生一個(gè)正脈沖時(shí)，控制555定時(shí)器開始工作，發(fā)出響聲；當(dāng)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器自動(dòng)返回穩(wěn)態(tài)后，555定時(shí)器清零，不能發(fā)聲。以下是我設(shè)計(jì)的電路圖如圖5所示：

圖5 音響電路

五 電路的裝配與調(diào)試

1．由圖中所示的定時(shí)搶答器的總體方框，按時(shí)信號(hào)的流向分單元裝配，9 逐級(jí)級(jí)聯(lián)。

2．我接好電路后，開始檢驗(yàn)我的結(jié)果，發(fā)現(xiàn)當(dāng)有選手搶答后，沒有開始倒計(jì)時(shí)，經(jīng)過老師的指正我們找到了原因，并立即改正，實(shí)現(xiàn)了要求的結(jié)果。

3．我將裁判的開關(guān)撥至0再撥回1時(shí)，發(fā)現(xiàn)是總能在任意時(shí)間重新?lián)尨?。（與設(shè)計(jì)要求相符）

4．我檢查到，當(dāng)計(jì)數(shù)器減到00時(shí)，產(chǎn)生了一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，同時(shí)也允許開始新一輪的搶答。（與設(shè)計(jì)要求相符）

5．最后我檢查的是我所設(shè)計(jì)的音響電路，當(dāng)我撥動(dòng)一個(gè)選手開關(guān)后，音響電路所對(duì)應(yīng)的綠燈開始發(fā)光，并開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)計(jì)數(shù)器減到00時(shí)，綠燈再次發(fā)光提示。（與設(shè)計(jì)要求相符）現(xiàn)給出我所設(shè)計(jì)的總電路圖如圖6所示：

圖6 總電路圖 我的仿真結(jié)果圖如圖7所示：

圖7 分別是倒計(jì)時(shí)、數(shù)據(jù)采集、音響電路的仿真結(jié)果

六 心得體會(huì)

在設(shè)計(jì)之前，參考了許多相關(guān)的資料。在設(shè)計(jì)中又參考了以前講過的四路搶答器的原理圖，有了基本的思路。

但著手設(shè)計(jì)時(shí)，又出現(xiàn)了許多未預(yù)料到的問題，例如元件的選擇：在選擇 編碼器時(shí)，是采用普通編碼器還是優(yōu)先編碼器。普通編碼器中，任何時(shí)刻只允許輸入一個(gè)編碼信號(hào)，否則輸出將發(fā)生混亂。所以選擇了優(yōu)先編碼器。但是74LS系列中眾多不同管腳的類型，選擇哪個(gè)作編碼器。經(jīng)過查找，選擇了74LS192，因?yàn)橄胗脭?shù)字的形式顯示搶答者的編號(hào)，所以選擇了數(shù)碼顯示管，但數(shù)碼顯示管不能直接，數(shù)碼顯示管需要由TTL或CMOS集成電路驅(qū)動(dòng)，所以在TTL還是CMOS集成電路上又進(jìn)行了比較和選擇。最后選擇了數(shù)顯譯碼器，用它將輸出的二進(jìn)制代碼譯成相對(duì)應(yīng)的高、低信號(hào)，用其作為數(shù)碼顯示管的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，數(shù)碼顯示管顯示出相對(duì)應(yīng)的選手編號(hào)。在音響電路中，根據(jù)設(shè)計(jì)需要選擇了555定時(shí)器。

在一些設(shè)計(jì)原理上也遇到了許多新問題。發(fā)現(xiàn)當(dāng)電源接通后，無論有無人按按鈕都會(huì)使音樂集成電路通電發(fā)出聲響，經(jīng)同學(xué)以及老師的指證，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)通的原因，并及時(shí)的改正。

通過這次八路搶答器的設(shè)計(jì)，我發(fā)現(xiàn)了以往學(xué)習(xí)中的許多不足，也讓我掌握了以往許多掌握的不太牢的知識(shí)，感覺學(xué)到了很多東西。三周的課程設(shè)計(jì)，留給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須要有耐性和堅(jiān)持下去的毅力。在整個(gè)電路的安裝調(diào)試的過程中，花費(fèi)時(shí)間最多的是各個(gè)元件電路的連接，電路的細(xì)節(jié)設(shè)計(jì)以及連完線路后的檢查工作上，其中在連接電路是出現(xiàn)問題比較多，在555元件和74LS192元件的連接的調(diào)試的時(shí)候出現(xiàn)了問題在老師的指導(dǎo)和講解下我門有了更深刻的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)元件的原理的功能了解的更多更深刻。在這次過程中，我深刻的體會(huì)到在設(shè)計(jì)過程中，需要反復(fù)實(shí)踐，其過程很可能相當(dāng)?shù)臒┈?，有時(shí)花很長時(shí)間檢查電路故障，分析原因，那時(shí)心中就有點(diǎn)灰心，有時(shí)還特別想放棄，此時(shí)更需要靜下心來，更仔細(xì)的查找原因。

總之，這次實(shí)驗(yàn)過程中我受益匪淺，在摸索我和我的搭檔實(shí)現(xiàn)了課題所要求的結(jié)果。培養(yǎng)了我的設(shè)計(jì)思維，增加了動(dòng)手操作的能力。更讓我體會(huì)到實(shí)現(xiàn)電路功能喜悅。

第二篇：八路智力競賽搶答器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

題 目:

姓 名: 專 業(yè): 班 級(jí): 學(xué) 號(hào): 指導(dǎo)教師: 八路智力競賽搶答器設(shè)計(jì)

電子科學(xué)與技術(shù) 122班 年 月 日 安徽科技學(xué)院理學(xué)院

安徽科技學(xué)院《數(shù)字電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)報(bào)告

八路智力競賽搶答器設(shè)計(jì)

一、課程設(shè)計(jì)題目（與實(shí)習(xí)目的）

（一）、題目：八路智力競賽搶答器設(shè)計(jì)

（二）、實(shí)習(xí)目的：

1．進(jìn)一步掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識(shí)。

2．熟悉幾種常用集成數(shù)字芯片的功能和應(yīng)用，并掌握其工作原理，進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

3．了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)科學(xué)分析和解決問題。4．培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的工作態(tài)度。

5．?dāng)?shù)點(diǎn)課程實(shí)驗(yàn)是大學(xué)中為我們提供的唯一一次動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐的能力。

二、任務(wù)和要求

實(shí)現(xiàn)搶答器的方法很多，如EPROM編程、RAM編程、單板機(jī)、單片機(jī)等，都可以組成搶答器系統(tǒng)。

（1）搶答器設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)一個(gè)搶答器，基本要求：

1.搶答器可以實(shí)現(xiàn)基本搶答；可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號(hào)分別是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

2．給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。

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(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。

三、總體方案的選擇

（1）總體方案的設(shè)計(jì)

針對(duì)題目設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過分析與思考，擬定以下二種方案：

方案一：該方案是將搶答按鈕先直接與鎖存器而不是優(yōu)先編碼器相連，將最先搶答的選手的編號(hào)鎖定，再依次經(jīng)過優(yōu)先編碼器、譯碼器和七段顯示器，最后顯示的是搶答選手的編號(hào)，經(jīng)過優(yōu)先編碼器后的信號(hào)到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又與報(bào)警電路直接連接，所以顯示編號(hào)的同時(shí)可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)。另外由主持人控制開關(guān)和其他部分電路通過門電路實(shí)現(xiàn)對(duì)搶答電路、定時(shí)電路和報(bào)警部分電路的控制。

主體框圖如下：

第 1

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圖1 八路智力搶答器方案一設(shè)計(jì)框圖

方案二：主持人按動(dòng)開始搶答的開關(guān)后，最先搶答的選手的電平信號(hào)先經(jīng)過優(yōu)先編碼器，再依次經(jīng)過數(shù)據(jù)鎖存器，此時(shí)已經(jīng)限制了其他選手的搶答，信號(hào)再經(jīng)過譯碼器和七段數(shù)碼顯示器，將最先搶答的該選手的編號(hào)顯示出來，并同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，到此完成的是搶答功能；如果沒有人搶答，30秒減計(jì)數(shù)器減到00時(shí)也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，此是完成計(jì)時(shí)功能。

主體框圖如下：

圖2 八路智力搶答器方案二設(shè)計(jì)框圖

第 2

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（2）總體方案的選擇

相比之下，第二種方案更好些。它的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：這種方案原理比較簡單。主持人對(duì)整體電路的控制只需幾個(gè)門電路就可完成，不必用特別的芯片來組成控制電路；更容易實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示功能，在有選手搶答后或者計(jì)時(shí)開始和結(jié)束時(shí)。既減少了布線使整個(gè)電路更直觀簡單，又降低了產(chǎn)生錯(cuò)誤的可能性。

四 單元電路的設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)所使用的元件及工具：

74LS48----------------------------3個(gè)；

74LS279----1個(gè)； 74LS192-2個(gè)；

74LS148--------1個(gè)； 74LS00----------------------------------3個(gè)；

74LS10------------1個(gè)；

發(fā)光二極管--------------------1個(gè)； 555----------------------1個(gè)； 電容： 0.1μf---------------1個(gè)；

0．01μf----------------1個(gè)；

電阻： 10kΩ

--------------------------------------9個(gè)；

15KΩ---------------1個(gè)； 1kΩ-----------------1個(gè)； 68KΩ-----------------1個(gè)

實(shí)驗(yàn)板一塊； 萬用表一個(gè)； 鉗子一個(gè)； 導(dǎo)線若干。2.各個(gè)單元電路（1）搶答電路設(shè)計(jì)

搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鈕操作無效。因此，選用優(yōu)先編碼器74LS148和RS鎖存器74LS279以及譯碼顯示電路完成上述功能。

第 3

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搶答器電路

工作原理：SW1-8為八位選手的搶答開關(guān)，SW9單刀雙擲開關(guān)設(shè)為主持人控制開關(guān)。當(dāng)主持人控制開關(guān)置于清零狀態(tài)時(shí)，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端全部為低電平。于是74LS48的BI為高，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST為高電平，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)SW9置于開始狀態(tài)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)。74LS279的1R、1S均為高電平，由真值表可知，輸出1Q為低電平，從而使74LS148輸入使能端為低電平有效，即搶答器處于等待工作狀態(tài)。若有選手（假設(shè)為3號(hào)選手）按動(dòng)搶答開關(guān)（即閉合SW4），此時(shí)優(yōu)先編碼器74LS148輸入端I3接低電平有效，則輸出A2A1A0為100，A2A1A0分別接至4S、3S、2S，根據(jù)RS鎖存器真值表，2Q3Q4Q輸出分別為110，從而74LS48的輸入端DCBA為0011，經(jīng)74LS48譯碼，顯示器上顯示“3”。與此同時(shí)，當(dāng)74LS148輸入端有一個(gè)為低電平時(shí)，GS為低電平有效，即標(biāo)志譯碼器處于工作狀態(tài)，從而使1S為0，此時(shí)1Q輸出為高電平，致使EI為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，其他選手搶答按鈕的輸入信號(hào)不會(huì)被接受。這就保證了搶答者優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。搶答結(jié)束后，主持人開關(guān)置于清零狀態(tài)，數(shù)碼管變灰，一切恢復(fù)初始狀態(tài)，以便進(jìn)入下一輪搶答環(huán)節(jié)。

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（2）定時(shí)電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求搶答器具有定時(shí)功能，且節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，可設(shè)定一次搶答的時(shí)間（設(shè)為30s）。設(shè)計(jì)中選用十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192是具有置數(shù)和清零功能, 其引腳圖和邏輯圖如圖10所示。

圖10 74LS192引腳圖和邏輯圖

P0、P1、P2、P3——置數(shù)并行數(shù)據(jù)輸入； Q0、Q1、Q2、Q3——計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)輸出； CR————————清零端； LD————————置數(shù)端；

CPu ———————加法計(jì)數(shù)CP輸入； CPd ———————減法計(jì)數(shù)CP輸入； CO————————進(jìn)位輸出端； BO————————借位輸出端。

表5 74LS192真值表

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要兩片74LS192構(gòu)成100進(jìn)制減計(jì)數(shù)器。由功能真值表可知，只需將個(gè)位74LS192的借位輸出端BO與十位74LS192的CPd即可實(shí)現(xiàn)100進(jìn)制減計(jì)

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數(shù)。值得注意的是，要使其實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)，CPu端口必須接高電平。

計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。秒脈沖電路由555構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成，如圖11所示。多諧振蕩器無需外加輸入信號(hào)就能在接通電源自行產(chǎn)生矩形波輸出。

圖11 多諧振蕩器

因?yàn)橹芷跒橐幻?，所以頻率是1赫茲。圖中電容的充放電時(shí)間分別是： t1=RB×C×ln2≈0.7RB×C t2=(RA+RB)×C×ln2≈0.7(RA+RB)C 所以555的3端輸出的頻率為： f=1/(t1+t2)≈1.43/[(2RA+RB)C] 我們采用的電阻和電容值分別是：RA=15KΩ，R2=68KΩ，C1=10uf,滿足上式，即得到的是秒脈沖。

由以上集成芯片設(shè)計(jì)的定時(shí)電路如圖12所示。

圖12 定時(shí)電路

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工作原理：首先主持人根據(jù)題的難易程度改變74LS192的輸入端D3D2D1D0的電平來確定搶答時(shí)間（假定為30秒），555構(gòu)成秒脈沖產(chǎn)生電路為計(jì)時(shí)電路提供脈沖。搶答開始前主持人閉合開關(guān)，74LS192的置數(shù)端PL為低電平有效，處于置數(shù)狀態(tài)，數(shù)碼管顯示定時(shí)時(shí)間。搶答開始，主持人打開開關(guān)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，555產(chǎn)生的秒脈沖與十位74LS192借位輸出端（其初始狀態(tài)為高電平）相與。計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)至00，十位74LS192借位輸出端為低電平，計(jì)數(shù)器停止工作，產(chǎn)生報(bào)警。計(jì)時(shí)期間有人搶答，減計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)，顯示器上顯示此刻時(shí)間。

（3）報(bào)警電路設(shè)計(jì)

由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖13所示。圖中555定時(shí)器用來構(gòu)成多諧振蕩器，其震蕩頻率和秒脈沖產(chǎn)生電路中頻率的計(jì)算方法相同。3端的輸出信號(hào)經(jīng)過三級(jí)管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng)4端的輸入信號(hào)是高電平時(shí)，振蕩器工作，有報(bào)警信號(hào)，4端輸入低電平時(shí)，振蕩器不工作，沒有報(bào)警信號(hào)。也就是說需要報(bào)警時(shí)只需控制輸入端即可。

電路圖如下:

圖13報(bào)警電路

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（4）時(shí)序控制電路

時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需要完成以下三項(xiàng)功能：

a.主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。

b.當(dāng)競賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。c.當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

本設(shè)計(jì)中采用門電路對(duì)控制開關(guān)、搶答電路、定時(shí)電路、報(bào)警電路進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)上述三項(xiàng)功能要求（如圖14所示）。

圖14 時(shí)序控制電路

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其中，兩輸入與非門采用74LS00，引腳圖如圖15所示。三輸入與門采用74LS11，引腳圖如圖16所示。電路中利用與非門兩輸入端相連實(shí)現(xiàn)非門的邏輯功能。

圖15 74LS00引腳圖

圖16 74LS11引腳圖

工作原理：門G1的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸入使能端。主持人控制開關(guān)從“清零”位置撥到“開始”位置時(shí)，74LS279的輸出1Q=0，經(jīng)G3反相，A=1，則從555輸出端來的時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CPd始終輸入端，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)，74LS192的借位輸出端BO2為低電平，門G2的輸出ST為高電平，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能a的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，1Q=1，經(jīng)G3反相，A=0，封鎖CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出ST為低74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能b的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，來自74LS192的BO2為高，ST為高，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(hào)，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能c的要求。

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五 總體電路圖

圖17 總電路圖

下面介紹八路智力競賽搶答器的使用原理。

首先是各個(gè)選手分別對(duì)應(yīng)的按鈕編號(hào)是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，搶答后顯示器上顯示的分別是0、1、2、3、4、5、6、7。

然后是主持人對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)清零，將開關(guān)置于“清零”的位置，輸出低電平，分為兩路：一路與鎖存器的1R2R3R4R端相連，使輸出端1Q2Q3Q4Q為低電平，1Q所輸出的低電平經(jīng)與門反饋給74LS148的EI端子，編碼器不工作，因此搶答部分顯示器滅燈無顯示，實(shí)現(xiàn)了清零；另一路低電平輸出到計(jì)數(shù)器74LS192的LD端，而CR端也是低電平，所以使得對(duì)應(yīng)顯示器輸出預(yù)置的數(shù)據(jù)。

接下來主持人根據(jù)題目的難易程度設(shè)置搶答時(shí)間，此設(shè)定可以通過調(diào)節(jié)輸入兩片74LS192的四個(gè)輸入端D、C、B、A的高低電平來進(jìn)行（例如要設(shè)定時(shí)間為30秒,就

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將十位的74192的D、C、B、A分別置位為0、0、1、1，而將各位的74LS192的D、C、B、A都置于0）。當(dāng)主持人宣讀完題目說“開始”并將開關(guān)置于“開始”位置后，輸出為高電平，此高電平有兩路方向：一路輸出到74LS192的LD端，使其處于高電平而開始減計(jì)數(shù)；還有一路輸出到鎖存器的R端。

當(dāng)任意一個(gè)選手搶答時(shí)，例如3號(hào)搶答時(shí)，74LS148三號(hào)端子輸入低電平有效，此時(shí)GS為低電平有效，表征編碼器在正常工作。編碼輸出A2A1A0為100，與其對(duì)應(yīng)的4S3S2S為100，經(jīng)74LS279鎖存，4Q3Q2Q輸出為011，經(jīng)譯碼顯示編號(hào)為3。與此同時(shí)，1Q所輸出的高電平反饋回編碼器的是能輸入端，使其停止工作。此時(shí)，其他選手若再按動(dòng)按鈕也無對(duì)應(yīng)輸出，這就保證了搶答者優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。另一路，74LS148的GS端輸出電平由高變低，與秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖相與后輸出為0，使得無脈沖抵達(dá)計(jì)數(shù)器74LS192的Down端。計(jì)數(shù)器停止工作，保持原來顯示不變，即實(shí)現(xiàn)了暫停減計(jì)數(shù)使其記錄搶答時(shí)間的功能。

若沒有選手按動(dòng)按鈕，則74LS279輸出全為高電平，74LS148也輸出高電平，1Q端輸出低電平至74LS48的滅燈輸入RI/RBO端，使得信號(hào)經(jīng)74LS48到顯示器上時(shí)無顯示；若到定時(shí)部分計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)到00還無選手按動(dòng)按鈕的話，十位74LS192的借位輸出端輸出高電平反饋回個(gè)位Down端，停止計(jì)數(shù)。綜上所述，所設(shè)計(jì)的電路基本可以實(shí)現(xiàn)要求中的功能。

六 電路仿真

電路仿真采用Multisim仿真軟件進(jìn)行的。Multisim軟件可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件；可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀信號(hào)發(fā)生器、交直流電壓表電流表等。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。因此，選用該軟件對(duì)搶答器各單元電路及整體電路進(jìn)行仿真。

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七、小結(jié)

通過本次課程設(shè)計(jì)，不僅有效鞏固了本學(xué)期所學(xué)數(shù)電的相關(guān)知識(shí)，加強(qiáng)了對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解，還學(xué)會(huì)如何運(yùn)用Multisim仿真進(jìn)行仿真受益匪淺，現(xiàn)總結(jié)如下。

本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)，如何在第一位搶答者搶答題目后讓編碼器停止工作；如何使計(jì)時(shí)電路在搶答后停止倒計(jì)時(shí)；如何讓定時(shí)電路和搶答電路同時(shí)清零。設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)以往搶答器設(shè)計(jì)思路，及查閱相關(guān)資料，可運(yùn)用74LS279的輸出1Q完成上述控制任務(wù)。從這一點(diǎn)，折射出自己在平時(shí)的學(xué)習(xí)中較死板，缺乏變通思考的能力。在電路仿真的過程中，由于Multisim操作相對(duì)較簡單，因此在仿真過程中較為順利。

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通過本次實(shí)踐操作，也讓我深刻明白：只有將課本上的理論知識(shí)，結(jié)合實(shí)踐不斷練習(xí)，不斷總結(jié)提煉，反復(fù)思考實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，才能夠真正消化為自己的知識(shí)。

八 分析和總結(jié)。

本次課程設(shè)計(jì)我只用了一個(gè)星期的時(shí)間就全部做完，效率很高，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)之前根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，每個(gè)模塊都仔細(xì)的設(shè)計(jì)分析了，正是整個(gè)過程我都認(rèn)真的態(tài)度和方案選擇合適，才有這么高的效率。而且從本次課程設(shè)計(jì)中收獲很多?？梢钥偨Y(jié)為以下的幾點(diǎn)：

（一）、鞏固數(shù)電知識(shí)

這次課程設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)的一些相關(guān)知識(shí)，在整個(gè)實(shí)習(xí)過程中，都離不開對(duì)數(shù)字電路課程知識(shí)的再學(xué)習(xí)。我在最開始，就先將實(shí)習(xí)用到的知識(shí)通過翻閱數(shù)電書回顧了一遍（這也是對(duì)這門課的復(fù)習(xí)，給以后的復(fù)習(xí)備考減少了很多負(fù)擔(dān)），這樣的回顧讓我對(duì)知識(shí)的理解更加透徹，對(duì)后來的快速設(shè)計(jì)起了很好的鋪墊作用。而且還參考了數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，關(guān)于芯片的管腳，里面有清晰的描述。

（二）、學(xué)會(huì)用電路板、芯片、導(dǎo)線等組裝各種功能的電路；

雖然這不是第一次用電路板，因?yàn)橹暗恼n內(nèi)實(shí)驗(yàn)也用過，但當(dāng)時(shí)的運(yùn)用也只是插些導(dǎo)線和電阻電容之類的，用了電路板的很小部分。這次的實(shí)習(xí)中應(yīng)用了整塊板子，實(shí)習(xí)后對(duì)電路板的組成完全了解了，并能熟練運(yùn)用。實(shí)習(xí)中通過對(duì)電路的連接也懂得了如何通過設(shè)計(jì)的分析對(duì)所連電路的整體布局，如何更好的放置芯片在最合適的位置。在導(dǎo)線的連接上，如何選擇導(dǎo)線走向是關(guān)鍵，我們應(yīng)該盡量保證所連電路的簡捷，寧短勿長，合理布線。一個(gè)完美的作品不僅要能很好的完成要求實(shí)現(xiàn)功能，還要在感官上給人美的享受。所以站在美的角度對(duì)自己的電路進(jìn)行改良是很必要的。

（三）、理論聯(lián)系實(shí)際

據(jù)老師介紹，這是大學(xué)里唯一一次比較大型的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)。我當(dāng)然不會(huì)錯(cuò)過。課程設(shè)計(jì)，通過選擇的題目，根據(jù)要求，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)將其付諸實(shí)踐來完成。這并不是在課堂上的單純聽懂，或者課后看書過程中的深入理解，這需要的是一種理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。理論知識(shí)往往都是在一些理想狀態(tài)下的假設(shè)論，而實(shí)際的動(dòng)手操作則完全不同，需要考慮實(shí)際中的很多問題。有些知識(shí)在理論上可能完全沒錯(cuò)但到了實(shí)際中則不然。比如在動(dòng)筆做題時(shí)我們是不用考慮導(dǎo)線、電阻是否連接的牢固合理，但在實(shí)際中，導(dǎo)線電阻有時(shí)是會(huì)帶來時(shí)延造成花型變化的錯(cuò)亂，所以我們應(yīng)盡量在連接電路時(shí)選擇最短路徑。平時(shí)試驗(yàn)中，我就很認(rèn)真，所以會(huì)比平時(shí)不動(dòng)手的要輕松地多。

（四）、和同學(xué)共同合作、互相學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步

最初大家沒思路的時(shí)候，特別的著急，我想出來了，大家問我，我就說了我的思路，我們不是抄襲，只是探討，們個(gè)人都理解了才開始設(shè)計(jì)，我做的循環(huán)兩遍，他們的都不是。我們的設(shè)計(jì)不同，我只是給大家啟發(fā)了一個(gè)思考點(diǎn)。理論上我先設(shè)計(jì)出來，但在實(shí)習(xí)中經(jīng)常會(huì)遇到一些自己可能暫時(shí)無法想明白的問題，請(qǐng)教同學(xué)或老師是很好的做法，節(jié)省時(shí)間，也會(huì)從別人身上學(xué)到更多。在設(shè)計(jì)時(shí)和同學(xué)相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人對(duì)問題的看法總有差異，我們可以從交流中獲得不同的idea，其他人的設(shè)計(jì)也可能有比你出色的地方，很好的借鑒，并在大家的商討中選擇最優(yōu)方案最終一定會(huì)得到最好的設(shè)計(jì)方法。

第 13

頁

第三篇：八路智力競賽搶答器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告搶答器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告

20XX 報(bào) 告 匯 編 Compilation of reports

數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

題

目:

八路智力競賽搶答器設(shè)計(jì)

姓

名:

專

業(yè):

電子科學(xué)與技術(shù)

班

級(jí):

班

學(xué)

號(hào):

指導(dǎo)教師:

****年**月**日 安徽科技學(xué)院理學(xué)院

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔 八路智力競賽搶答器設(shè)計(jì)

一、課程設(shè)計(jì)題目（與實(shí)習(xí)目的）

（一）、題目：八路智力競賽搶答器設(shè)計(jì) （二）、實(shí)習(xí)目的：

1．進(jìn)一步掌握數(shù)字電路課程所學(xué)的理論知識(shí)。

2．熟悉幾種常用集成數(shù)字芯片的功能和應(yīng)用，并掌握其工作原理，進(jìn)一步學(xué)會(huì)使用其進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。

3．了解數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)科學(xué)分析和解決問題。

4．培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)墓ぷ髯黠L(fēng)和實(shí)事求是的工作態(tài)度。

5．?dāng)?shù)點(diǎn)課程實(shí)驗(yàn)是大學(xué)中為我們提供的唯一一次動(dòng)手實(shí)踐的機(jī)會(huì)，增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐的能力。

二、任務(wù)和要求

實(shí)現(xiàn)搶答器的方法很多，如 EPROM 編程、RAM 編程、單板機(jī)、單片機(jī)等，都可以組成搶答器系統(tǒng)。

（1）搶答器設(shè)計(jì)要求 設(shè)計(jì)一個(gè)搶答器，基本要求：

1.搶答器可以實(shí)現(xiàn)基本搶答；可同時(shí)供 8 名選手或 8 個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號(hào)分別是 0、1、2、3、4、5、6、7，各用一個(gè)搶答按鈕，按鈕的編號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，分別是 S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。

2．給節(jié)目主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零（編號(hào)顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。

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(dòng)搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在 LED 數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)，同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。

三、總體方案的選擇

（（1）總體方案的設(shè)計(jì) 針對(duì)題目設(shè)計(jì)要求，經(jīng)過分析與思考，擬定以下二種方案：

方案一：該方案是將搶答按鈕先直接與鎖存器而不是優(yōu)先編碼器相連，將最先搶答的選手的編號(hào)鎖定，再依次經(jīng)過優(yōu)先編碼器、譯碼器和七段顯示器，最后顯示的是搶答選手的編號(hào)，經(jīng)過優(yōu)先編碼器后的信號(hào)到單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器又與報(bào)警電路直接連接，所以顯示編號(hào)的同時(shí)可以發(fā)出報(bào)警信號(hào)。另外由主持人控制開關(guān)和其他部分電路通過門電路實(shí)現(xiàn)對(duì)搶答電路、定時(shí)電路和報(bào)警部分電路的控制。

主體框圖如下：

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圖 1

八路智力搶答器方案一設(shè)計(jì)框圖

方案二：主持人按動(dòng)開始搶答的開關(guān)后，最先搶答的選手的電平信號(hào)先經(jīng)過優(yōu)先編碼器，再依次經(jīng)過數(shù)據(jù)鎖存器，此時(shí)已經(jīng)限制了其他選手的搶答，信號(hào)再經(jīng)過譯碼器和七段數(shù)碼顯示器，將最先搶答的該選手的編號(hào)顯示出來，并同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號(hào)，到此完成的是搶答功能；如果沒有人搶答，30 秒減計(jì)數(shù)器減到 00 時(shí)也會(huì)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，此是完成計(jì)時(shí)功能。

主體框圖如下：

圖 2

八路智力搶答器方案二設(shè)計(jì)框圖

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（2 2）總體方案的選擇

相比之下，第二種方案更好些。它的優(yōu)點(diǎn)表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：這種方案原理比較簡單。主持人對(duì)整體電路的控制只需幾個(gè)門電路就可完成，不必用特別的芯片來組成控制電路；更容易實(shí)現(xiàn)報(bào)警提示功能，在有選手搶答后或者計(jì)時(shí)開始和結(jié)束時(shí)。既減少了布線使整個(gè)電路更直觀簡單，又降低了產(chǎn)生錯(cuò)誤的可能性。

四

單元電路的設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)所使用的元件及工具：

74LS48----------------------------3 個(gè)； 74LS279

-----------------------------------1 個(gè)； 74LS192--------------------------------2 個(gè)； 74LS148---------------------------------------1 個(gè)； 74LS00

----------------------------------3 個(gè)； 74LS10

-------------------------------------------1 個(gè)； 發(fā)光二極管---------------------------------------------------1 個(gè)； 555

-----------------------------------------------------1 個(gè)； 電容：

0.1μf

----------------------------------------------1 個(gè)； 0．01μf-----------------------------------------------1 個(gè)； 電阻：

10kΩ

---------------------------------------------------------------------9 個(gè)； 15KΩ

----------------------------------------------1 個(gè)； 1kΩ------------------------------------------------1 個(gè)； 68KΩ------------------------------------------------1 個(gè) 實(shí)驗(yàn)板一塊； 萬用表一個(gè)； 鉗子一個(gè)； 導(dǎo)線若干。

2.各個(gè)單元電路 （（1））

搶答電路設(shè)計(jì)

搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鈕操作無效。因此，選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和 RS 鎖存器 74LS279 以及譯碼顯示電路完成上述功能。

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搶答器電路

工作原理：SW1-8 為八位選手的搶答開關(guān)，SW9 單刀雙擲開關(guān)設(shè)為主持人控制開關(guān)。當(dāng)主持人控制開關(guān)置于清零狀態(tài)時(shí)，RS 觸發(fā)器的 R 端為低電平，輸出端全部為低電平。于是 74LS48 的 BI 為高，顯示器滅燈；74LS148 的選通輸入端 ST 為高電平，74LS148 處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng) SW9 置于開始狀態(tài)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)。74LS279 的 1R、1S 均為高電平，由真值表可知，輸出 1Q 為低電平，從而使 74LS148 輸入使能端為低電平有效，即搶答器處于等待工作狀態(tài)。若有選手（假設(shè)為 3 號(hào)選手）按動(dòng)搶答開關(guān)（即閉合 SW4），此時(shí)優(yōu)先編碼器74LS148 輸入端 I3 接低電平有效，則輸出 A2A1A0 為 100，A2A1A0 分別接至 4S、3S、2S，根據(jù) RS 鎖存器真值表，2Q3Q4Q 輸出分別為 110，從而 74LS48 的輸入端 DCBA 為0011，經(jīng) 74LS48 譯碼，顯示器上顯示“3”。與此同時(shí)，當(dāng) 74LS148 輸入端有一個(gè)為低電平時(shí)，GS 為低電平有效，即標(biāo)志譯碼器處于工作狀態(tài)，從而使 1S 為 0，此時(shí) 1Q輸出為高電平，致使 EI 為高電平，74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，其他選手搶答按鈕的輸入信號(hào)不會(huì)被接受。這就保證了搶答者優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。搶答結(jié)束后，主持人開關(guān)置于清零狀態(tài)，數(shù)碼管變灰，一切恢復(fù)初始狀態(tài)，以便進(jìn)入下一輪搶答環(huán)節(jié)。

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（（2））

定時(shí)電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求搶答器具有定時(shí)功能，且節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，可設(shè)定一次搶答的時(shí)間（設(shè)為 30s）。設(shè)計(jì)中選用十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器 74LS192 進(jìn)行設(shè)計(jì)，74LS192 是具有置數(shù)和清零功能, 其引腳圖和邏輯圖如圖 10 所示。

圖 10

74LS192 引腳圖和邏輯圖 P0、P1、P2、P3——置數(shù)并行數(shù)據(jù)輸入； Q0、Q1、Q2、Q3——計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)輸出； CR————————清零端； LD————————置數(shù)端； CPu ———————加法計(jì)數(shù) CP 輸入； CPd ———————減法計(jì)數(shù) CP 輸入； CO————————進(jìn)位輸出端； BO————————借位輸出端。

表 5

74LS192 真值表 根據(jù)設(shè)計(jì)要求，需要兩片 74LS192 構(gòu)成 100 進(jìn)制減計(jì)數(shù)器。由功能真值表可知，只需將個(gè)位 74LS192 的借位輸出端 BO 與十位 74LS192 的 CPd 即可實(shí)現(xiàn) 100 進(jìn)制減計(jì)

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔 數(shù)。值得注意的是，要使其實(shí)現(xiàn)減計(jì)數(shù)，CPu 端口必須接高電平。

計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。秒脈沖電路由555構(gòu)成的多諧振蕩器構(gòu)成，如圖 11 所示。多諧振蕩器無需外加輸入信號(hào)就能在接通電源自行產(chǎn)生矩形波輸出。

圖 11

多諧振蕩器 因?yàn)橹芷跒橐幻耄灶l率是 1 赫茲。圖中電容的充放電時(shí)間分別是：

t1=RB×C×ln2≈0.7RB×C

t2=(RA+RB)×C×ln2≈0.7(RA+RB)C

所以 555 的 3 端輸出的頻率為：

f=1/(t1+t2)≈1.43/[(2RA+RB)C]

我們采用的電阻和電容值分別是：RA=15KΩ，R2=68KΩ，C1=10uf,滿足上式，即得到的是秒脈沖。

由以上集成芯片設(shè)計(jì)的定時(shí)電路如圖 12 所示。

圖 12

定時(shí)電路

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔 工作原理：首先主持人根據(jù)題的難易程度改變 74LS192 的輸入端 D3D2D1D0 的電平來確定搶答時(shí)間（假定為 30 秒），555 構(gòu)成秒脈沖產(chǎn)生電路為計(jì)時(shí)電路提供脈沖。搶答開始前主持人閉合開關(guān)，74LS192 的置數(shù)端 PL 為低電平有效，處于置數(shù)狀態(tài)，數(shù)碼管顯示定時(shí)時(shí)間。搶答開始，主持人打開開關(guān)，計(jì)數(shù)器處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，555 產(chǎn)生的秒脈沖與十位 74LS192 借位輸出端（其初始狀態(tài)為高電平）相與。計(jì)數(shù)器遞減計(jì)數(shù)至 00，十位 74LS192 借位輸出端為低電平，計(jì)數(shù)器停止工作，產(chǎn)生報(bào)警。計(jì)時(shí)期間有人搶答，減計(jì)數(shù)器停止計(jì)時(shí)，顯示器上顯示此刻時(shí)間。

（（3））

報(bào)警電路設(shè)計(jì) 由 555 定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖 13 所示。圖中 555 定時(shí)器用來構(gòu)成多諧振蕩器，其震蕩頻率和秒脈沖產(chǎn)生電路中頻率的計(jì)算方法相同。3 端的輸出信號(hào)經(jīng)過三級(jí)管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，發(fā)出報(bào)警信號(hào)。當(dāng) 4 端的輸入信號(hào)是高電平時(shí)，振蕩器工作，有報(bào)警信號(hào)，4 端輸入低電平時(shí)，振蕩器不工作，沒有報(bào)警信號(hào)。也就是說需要報(bào)警時(shí)只需控制輸入端即可。

電路圖如下:

圖 13 報(bào)警電路

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔（（4））

時(shí)序控制電路 時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，需要完成以下三項(xiàng)功能：

a.主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。

b.當(dāng)競賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

c.當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

本設(shè)計(jì)中采用門電路對(duì)控制開關(guān)、搶答電路、定時(shí)電路、報(bào)警電路進(jìn)行連接，以實(shí)現(xiàn)上述三項(xiàng)功能要求（如圖 14 所示）。

圖 14 時(shí)序控制電路

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔 其中，兩輸入與非門采用 74LS00，引腳圖如圖 15 所示。三輸入與門采用 74LS11，引腳圖如圖 16 所示。電路中利用與非門兩輸入端相連實(shí)現(xiàn)非門的邏輯功能。

圖 15 74LS00 引腳圖 圖 16 74LS11 引腳圖 工作原理：門 G1 的作用是控制時(shí)鐘信號(hào) CP 的放行與禁止，門 G2 的作用是控制74LS148 的輸入使能端。主持人控制開關(guān)從“清零”位置撥到“開始”位置時(shí)，74LS279的輸出 1Q=0，經(jīng) G3 反相，A=1，則從 555 輸出端來的時(shí)鐘信號(hào) CP 能夠加到 74LS192的 CPd 始終輸入端，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)，74LS192 的借位輸出端 BO2 為低電平，門 G2 的輸出 ST 為高電平，使 74LS148 處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能 a 的要求。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，1Q=1，經(jīng) G3 反相，A=0，封鎖 CP 信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門 G2 的輸出 ST 為低 74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能 b 的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，來自 74LS192 的 BO2為高，ST 為高，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(hào)，使定時(shí)電路保持 00 狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能 c 的要求。

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔 五 五 總體電路圖

圖 17

總電路圖

下面介紹八路智力競賽搶答器的使用原理。

首先是各個(gè)選手分別對(duì)應(yīng)的按鈕編號(hào)是 S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7，搶答后顯示器上顯示的分別是 0、1、2、3、4、5、6、7。

然后是主持人對(duì)整個(gè)電路系統(tǒng)清零，將開關(guān)置于“清零”的位置，輸出低電平，分為兩路：一路與鎖存器的 1R2R3R4R 端相連，使輸出端 1Q2Q3Q4Q 為低電平，1Q 所輸出的低電平經(jīng)與門反饋給 74LS148 的 EI 端子，編碼器不工作，因此搶答部分顯示器滅燈無顯示，實(shí)現(xiàn)了清零；另一路低電平輸出到計(jì)數(shù)器 74LS192 的 LD 端，而 CR端也是低電平，所以使得對(duì)應(yīng)顯示器輸出預(yù)置的數(shù)據(jù)。

接下來主持人根據(jù)題目的難易程度設(shè)置搶答時(shí)間，此設(shè)定可以通過調(diào)節(jié)輸入兩片74LS192 的四個(gè)輸入端 D、C、B、A 的高低電平來進(jìn)行（例如要設(shè)定時(shí)間為 30 秒,就

報(bào)告文檔·借鑒學(xué)習(xí)word 可編輯·實(shí)用文檔 將十位的 74192 的 D、C、B、A 分別置位為 0、0、1、1，而將各位的 74LS192 的 D、C、B、A 都置于 0）。當(dāng)主持人宣讀完題目說“開始”并將開關(guān)置于“開始”位置后，輸出為高電平，此高電平有兩路方向：一路輸出到 74LS192 的 LD 端，使其處于高電平而開始減計(jì)數(shù)；還有一路輸出到鎖存器的 R 端。

當(dāng)任意一個(gè)選手搶答時(shí)，例如 3 號(hào)搶答時(shí)，74LS148 三號(hào)端子輸入低電平有效，此時(shí) GS 為低電平有效，表征編碼器在正常工作。編碼輸出 A2A1A0 為 100，與其對(duì)應(yīng)的 4S3S2S 為 100，經(jīng) 74LS279 鎖存，4Q3Q2Q 輸出為 011，經(jīng)譯碼顯示編號(hào)為 3。與此同時(shí)，1Q 所輸出的高電平反饋回編碼器的是能輸入端，使其停止工作。此時(shí)，其他選手若再按動(dòng)按鈕也無對(duì)應(yīng)輸出，這就保證了搶答者優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。另一路，74LS148 的 GS 端輸出電平由高變低，與秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的秒脈沖相與后輸出為 0，使得無脈沖抵達(dá)計(jì)數(shù)器 74LS192 的 Down 端。計(jì)數(shù)器停止工作，保持原來顯示不變，即實(shí)現(xiàn)了暫停減計(jì)數(shù)使其記錄搶答時(shí)間的功能。

若沒有選手按動(dòng)按鈕，則 74LS279 輸出全為高電平，74LS148 也輸出高電平，1Q端輸出低電平至 74LS48 的滅燈輸入 RI/RBO 端，使得信號(hào)經(jīng) 74LS48 到顯示器上時(shí)無顯示；若到定時(shí)部分計(jì)數(shù)器倒計(jì)時(shí)到 00 還無選手按動(dòng)按鈕的話，十位 74LS192 的借位輸出端輸出高電平反饋回個(gè)位 Down 端，停止計(jì)數(shù)。

綜上所述，所設(shè)計(jì)的電路基本可以實(shí)現(xiàn)要求中的功能。

六 電路仿真

電路仿真采用 Multisim 仿真軟件進(jìn)行的。Multisim 軟件可提供的仿真元器件資源：仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件；可提供的仿真儀表資源 ：示波器、邏輯分析儀信號(hào)發(fā)生器、交直流電壓表電流表等。它不僅具有其它 EDA 工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。因此，選用該軟件對(duì)搶答器各單元電路及整體電路進(jìn)行仿真。

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七、小結(jié)

通過本次課程設(shè)計(jì)，不僅有效鞏固了本學(xué)期所學(xué)數(shù)電的相關(guān)知識(shí)，加強(qiáng)了對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)的記憶和理解，還學(xué)會(huì)如何運(yùn)用Multisim仿真進(jìn)行仿真受益匪淺，現(xiàn)總結(jié)如下。

本設(shè)計(jì)的難點(diǎn)在于時(shí)序控制電路的設(shè)計(jì)，如何在第一位搶答者搶答題目后讓編碼器停止工作；如何使計(jì)時(shí)電路在搶答后停止倒計(jì)時(shí)；如何讓定時(shí)電路和搶答電路同時(shí)清零。設(shè)計(jì)過程中，根據(jù)以往搶答器設(shè)計(jì)思路，及查閱相關(guān)資料，可運(yùn)用74LS279的輸出1Q完成上述控制任務(wù)。從這一點(diǎn)，折射出自己在平時(shí)的學(xué)習(xí)中較死板，缺乏變通思考的能力。在電路仿真的過程中，由于Multisim操作相對(duì)較簡單，因此在仿真過程中較為順利。

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通過本次實(shí)踐操作，也讓我深刻明白：只有將課本上的理論知識(shí)，結(jié)合實(shí)踐不斷練習(xí)，不斷總結(jié)提煉，反復(fù)思考實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，才能夠真正消化為自己的知識(shí)。

八 八 分析和總結(jié)。

本次課程設(shè)計(jì)我只用了一個(gè)星期的時(shí)間就全部做完，效率很高，因?yàn)樵谠O(shè)計(jì)之前根據(jù)設(shè)計(jì)的要求，每個(gè)模塊都仔細(xì)的設(shè)計(jì)分析了，正是整個(gè)過程我都認(rèn)真的態(tài)度和方案選擇合適，才有這么高的效率。而且從本次課程設(shè)計(jì)中收獲很多。可以總結(jié)為以下的幾點(diǎn)：

（一）、鞏固數(shù)電知識(shí) 這次課程設(shè)計(jì)主要是運(yùn)用數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)的一些相關(guān)知識(shí)，在整個(gè)實(shí)習(xí)過程中，都離不開對(duì)數(shù)字電路課程知識(shí)的再學(xué)習(xí)。我在最開始，就先將實(shí)習(xí)用到的知識(shí)通過翻閱數(shù)電書回顧了一遍（這也是對(duì)這門課的復(fù)習(xí)，給以后的復(fù)習(xí)備考減少了很多負(fù)擔(dān)），這樣的回顧讓我對(duì)知識(shí)的理解更加透徹，對(duì)后來的快速設(shè)計(jì)起了很好的鋪墊作用。而且還參考了數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，關(guān)于芯片的管腳，里面有清晰的描述。

（二）、學(xué)會(huì)用電路板、芯片、導(dǎo)線等組裝各種功能的電路； 雖然這不是第一次用電路板，因?yàn)橹暗恼n內(nèi)實(shí)驗(yàn)也用過，但當(dāng)時(shí)的運(yùn)用也只是插些導(dǎo)線和電阻電容之類的，用了電路板的很小部分。這次的實(shí)習(xí)中應(yīng)用了整塊板子，實(shí)習(xí)后對(duì)電路板的組成完全了解了，并能熟練運(yùn)用。實(shí)習(xí)中通過對(duì)電路的連接也懂得了如何通過設(shè)計(jì)的分析對(duì)所連電路的整體布局，如何更好的放置芯片在最合適的位置。在導(dǎo)線的連接上，如何選擇導(dǎo)線走向是關(guān)鍵，我們應(yīng)該盡量保證所連電路的簡捷，寧短勿長，合理布線。一個(gè)完美的作品不僅要能很好的完成要求實(shí)現(xiàn)功能，還要在感官上給人美的享受。所以站在美的角度對(duì)自己的電路進(jìn)行改良是很必要的。

（三）、理論聯(lián)系實(shí)際 據(jù)老師介紹，這是大學(xué)里唯一一次比較大型的動(dòng)手實(shí)踐機(jī)會(huì)。我當(dāng)然不會(huì)錯(cuò)過。課程設(shè)計(jì)，通過選擇的題目，根據(jù)要求，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)將其付諸實(shí)踐來完成。這并不是在課堂上的單純聽懂，或者課后看書過程中的深入理解，這需要的是一種理論聯(lián)系實(shí)踐的能力。理論知識(shí)往往都是在一些理想狀態(tài)下的假設(shè)論，而實(shí)際的動(dòng)手操作則完全不同，需要考慮實(shí)際中的很多問題。有些知識(shí)在理論上可能完全沒錯(cuò)但到了實(shí)際中則不然。比如在動(dòng)筆做題時(shí)我們是不用考慮導(dǎo)線、電阻是否連接的牢固合理，但在實(shí)際中，導(dǎo)線電阻有時(shí)是會(huì)帶來時(shí)延造成花型變化的錯(cuò)亂，所以我們應(yīng)盡量在連接電路時(shí)選擇最短路徑。平時(shí)試驗(yàn)中，我就很認(rèn)真，所以會(huì)比平時(shí)不動(dòng)手的要輕松地多。

（四）、和同學(xué) 共同合作、互相學(xué)習(xí)、共同進(jìn)步 最初大家沒思路的時(shí)候，特別的著急，我想出來了，大家問我，我就說了我的思路，我們不是抄襲，只是探討，們個(gè)人都理解了才開始設(shè)計(jì)，我做的循環(huán)兩遍，他們的都不是。我們的設(shè)計(jì)不同，我只是給大家啟發(fā)了一個(gè)思考點(diǎn)。理論上我先設(shè)計(jì)出來，但在實(shí)習(xí)中經(jīng)常會(huì)遇到一些自己可能暫時(shí)無法想明白的問題，請(qǐng)教同學(xué)或老師是很好的做法，節(jié)省時(shí)間，也會(huì)從別人身上學(xué)到更多。在設(shè)計(jì)時(shí)和同學(xué)相互交流各自的想法也是很重要的，不同的人對(duì)問題的看法總有差異，我們可以從交流中獲得不同的idea，其他人的設(shè)計(jì)也可能有比你出色的地方，很好的借鑒，并在大家的商討中選擇最優(yōu)方案最終一定會(huì)得到最好的設(shè)計(jì)方法。

第四篇：智力競賽搶答器申請(qǐng)報(bào)告

電子工程學(xué)院課外學(xué)分申請(qǐng)書

題目：智力競賽搶答器

班

級(jí)：

A1331班

姓

名：

趙筱潔

學(xué)

號(hào)：

11311110114

專

業(yè)：

自動(dòng)化

實(shí) 驗(yàn) 室：

開放實(shí)驗(yàn)室

設(shè)計(jì)時(shí)間：2015 年4月 16日

審批意見：

指導(dǎo)教師：

吳華杰

錄

1．智力競賽搶答器基本功能：…………………………………………1 2．原理圖仿真軟件Protues的介紹:…………………………………1 3．原理圖 ………………………………………………………………1 4．元件清單 ……………………………………………………………2

1、智力競賽搶答器基本功能：

1.搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S1 ~ S8表示。2.設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S9，該開關(guān)由主持人控制。

3.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示。選手搶答實(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。

2、原理圖仿真軟件Protues的介紹: Protues軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDAprotues工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機(jī)及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機(jī)及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機(jī)愛好者、從事單片機(jī)教學(xué)的教師、致力于單片機(jī)開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機(jī)與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計(jì)，真正實(shí)現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計(jì)。迄今為止是世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計(jì)軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計(jì)平臺(tái)，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MATLAB等多種編譯.3、原理圖：

4、元件清單：

按鈕開關(guān)-----9個(gè) 1N4148二極管------------------------------15個(gè) 10K電阻-----6個(gè) 2.2K電阻----1個(gè) 100K電阻----1個(gè) 330電阻-----1個(gè) 9014三極管--1個(gè) 47uF電容----1個(gè) CD4511芯片--1個(gè) 共陰極一位數(shù)碼管---------------------------1個(gè) 9X15cm洞洞板1塊 導(dǎo)線若干

參考文獻(xiàn)：

[1] 王港元．電子設(shè)計(jì)制作基礎(chǔ)．江西科學(xué)技術(shù)出版社，2011．1-6 [2] 謝龍漢．Proteus電子電路設(shè)計(jì)及仿真．電子工業(yè)出版社，2012．1-7 [3] 竺可楨．物理學(xué)[M]．北京：科學(xué)出版社，1973．1-3.

第五篇：多路智力競賽搶答器

湖南工學(xué)院

多路智力競賽搶答器設(shè)計(jì)報(bào)告書

課程名稱：多路智力競賽搶答器 系部名稱：電氣與信息工程系 專業(yè)名稱：電子信息工程技術(shù) 班級(jí)名稱：電信0702 設(shè)計(jì)人 ：裴書茂 學(xué)號(hào) ：402070220 指導(dǎo)老師： 設(shè)計(jì)時(shí)間：

湖南工學(xué)院

（課程設(shè)計(jì)任務(wù)書目錄）

前言 ???????????????? 1 設(shè)計(jì)功能要求 ?????????????? 2 搶答器框架設(shè)計(jì) ????????????? 3 電路設(shè)計(jì) ??????????????? 4 1)搶答電路設(shè)計(jì) ???????????? 4 2)定時(shí)電路設(shè)計(jì) ???????????? 53)報(bào)警電路設(shè)計(jì)

???????????? 64)時(shí)序控制電路設(shè)計(jì) ?????????? 7元器件介紹 ???????????????? 8 1)74LS148功能介紹 ??????????? 8 2)74LS192功能介紹 ??????????? 9 仿真電路實(shí)驗(yàn) ???????????????? 10 1)Proteus仿真電路圖 ??????????實(shí)物制作 ????????????????? 11 1)原理圖 ??????????????? 11 2)PCB制圖 ??????????????? 12 3)焊接與調(diào)試 ?????????????? 13 心得體會(huì) ????????????????? 15 鳴謝 ??????????????????? 15 參考資料 ????????????????? 15

前 言

隨著電子技術(shù)的飛躍發(fā)展，社會(huì)發(fā)展步入了信息時(shí)代，隨著信息時(shí)代對(duì)人才高素質(zhì)和信息化的要求，隨著高等教育發(fā)展的趨勢，人們的生活水平提高，對(duì)精神文明生活的要求也跟著提高，這對(duì)電子領(lǐng)域提出了跟更高的要求。

電子學(xué)是一門應(yīng)用很廣泛的科學(xué)技術(shù)，發(fā)展及其迅速。要想學(xué)好這門技術(shù)，首先是基礎(chǔ)理論的系統(tǒng)學(xué)習(xí)，然后要技術(shù)訓(xùn)練，進(jìn)而培養(yǎng)我們對(duì)理論聯(lián)系實(shí)際的能力，設(shè)計(jì)電路的能力，實(shí)際操作的能力，以及培養(yǎng)正確處理數(shù)據(jù)、分析和綜合實(shí)驗(yàn)結(jié)果、檢查和排除故障的能力。同時(shí)也加深我們對(duì)電子產(chǎn)品的理解。

智力搶答器的設(shè)計(jì)和測試作為此次課程設(shè)計(jì)的課題，我們采用一般意義上的設(shè)計(jì)方案，即采用集成芯片構(gòu)成電路。

數(shù)字電路具有很多的有點(diǎn)：（1）便于高度集成化。由于數(shù)字電路采用二進(jìn)制，因此單元電路的結(jié)構(gòu)簡單，允許電路參數(shù)有較大的離散性，便于集成。

（2）工作可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。數(shù)字信號(hào)用二進(jìn)制表示，數(shù)字電路的識(shí)別能力強(qiáng)。

（3）（4）（5）數(shù)字信息便于長期存放。

數(shù)字電路集成產(chǎn)品多，通用性強(qiáng)，成本低。

保密性好。數(shù)字信息容易進(jìn)行加密處理，不易被竊取。

設(shè)計(jì)功能要求

一、功能要求

1、設(shè)計(jì)制作一個(gè)可容納5組參賽的數(shù)字式槍答器，每組設(shè)置一個(gè)搶答按鈕供搶答者使用。

2、給主持人設(shè)置一個(gè)控制開關(guān)，用來控制系統(tǒng)的清零和搶答的開始。

3、搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。搶答開始后，若有選手按搶答按鈕，編號(hào)立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號(hào)（1～5），同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示。同時(shí)禁止其他選手搶答。

4、搶答器具有定時(shí)搶答的功能，搶答時(shí)間設(shè)定為30秒，當(dāng)主持人按下開始按鈕時(shí)，定時(shí)器立刻倒計(jì)時(shí)，并顯示。選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶答有效。超過時(shí)間搶答無效，定時(shí)顯示器顯示00。

二、設(shè)計(jì)步驟與要求

1、擬定電路的組成框圖，要求能實(shí)現(xiàn)所有功能，使用的元器件少，成本低。

2、設(shè)計(jì)并安裝電路，要求布線整齊、美觀，便于級(jí)聯(lián)和調(diào)試。

3、測試所設(shè)計(jì)搶答器的邏輯功能，滿足各項(xiàng)功能要求。

4、畫出整機(jī)邏輯電路圖。

5、寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。

搶答器框架設(shè)計(jì)

定時(shí)搶答器的總體框圖（如圖

1.1）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(dòng)搶答按鈕時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)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。

圖1 如圖所示為總體方框圖。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(hào)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)，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(hào)鎖存、編號(hào)顯示、揚(yáng)聲器提示。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”狀態(tài)開關(guān)。

電路設(shè)計(jì)

一、搶答電路設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)電路如圖2所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。該電路主要完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。

圖2 工作過程：開關(guān)S置于”清除“端時(shí)，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個(gè)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(hào)端）＝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)有選手將搶答按鍵按下時(shí)（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(hào)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(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為CTR＝１，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號(hào)端）＝１，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，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”然后再進(jìn)行下一輪搶答。74LS148為8線－3線優(yōu)先編碼器，表1為其功能表。

表1

二、定時(shí)電路設(shè)計(jì)

節(jié)目主持人根據(jù)搶答器的難易程度，設(shè)計(jì)一次搶答的時(shí)間，通過預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖3。

原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)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(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。原理及設(shè)計(jì)：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)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(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號(hào)

圖3 由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)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(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)，輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無效。結(jié)合我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及考慮到元器件的成本，我們選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脈沖。

三、報(bào)警電路設(shè)計(jì)

由555 芯片構(gòu)成多諧振蕩電路 ,555 的輸出信號(hào)再經(jīng)三極管放大 ,從而推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。

控制電路包括時(shí)序和報(bào)警兩個(gè)電路 ,如圖4 所示?？刂齐娐沸杈哂幸韵聨讉€(gè)功能。

主持人閉合開關(guān)揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,多路搶答器電路和計(jì)時(shí)電路進(jìn)入正常狀態(tài);參賽者按鍵時(shí) ,揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作;搶答時(shí)間到 ,無人搶答 ,揚(yáng)聲器發(fā)聲 ,搶答電路和計(jì)時(shí)電路停止工作

圖4

四、時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)

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)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。

2)當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答按鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

圖5 3)當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，定時(shí)和定時(shí)電路停止工作。

根據(jù)上面的功能要求，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如（圖5）所示。圖中，門G1 的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸人使能端。圖11、4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2）中的74LS279的輸出 1Q=0，經(jīng)G3反相，A＝1，則時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CPD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(hào)”為 1，門G2的輸出 =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(dòng)搶答鍵時(shí)，1Q＝1，經(jīng) G3反相，A＝0，封鎖 CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài)；同時(shí)，門G2的輸出 =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(hào)”為0，=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(hào)，使定時(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。

元器件介紹

一、74LS148功能介紹

在優(yōu)先編碼器電路中，允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上編碼信號(hào)。不過在設(shè)計(jì)優(yōu)先編碼器時(shí)，已經(jīng)將所有的輸入信號(hào)按優(yōu)先順序排了隊(duì)。在同時(shí)存在兩個(gè)或兩個(gè)以上輸入信號(hào)時(shí)，優(yōu)先編碼器只按優(yōu)先級(jí)高的輸入信號(hào)編碼，優(yōu)先級(jí)低的信號(hào)則不起作用。74148是一個(gè)八線-三線優(yōu)先級(jí)編碼器。

如圖6所示的是八線-三線編碼器74148的管腳圖引腳圖。

圖6

二、74LS192功能介紹

74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。

CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。

圖7

圖8

仿真電路實(shí)驗(yàn)

一、Proteus仿真電路圖

仿真電路課實(shí)現(xiàn)搶答功能，由于軟件局限，報(bào)警電路沒有在仿真當(dāng)中。

實(shí)物制作

一、原理圖

二、PCB制圖

三、焊接與調(diào)試

在制板中最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是線路的印制。在這次的制作中，由于打印的客觀原因，使在轉(zhuǎn)印的效果不是很好。做出的實(shí)物沒有預(yù)期的好。這也是以后一定要注意的地方。

1)焊接部分需要注意的是：

嚴(yán)格按照線路的設(shè)計(jì)進(jìn)行焊接，首先焊接過孔，在對(duì)元器件進(jìn)行焊接。焊接時(shí)間不宜過久，但要完全熔著，以免造成冷焊。焊點(diǎn)的表面要平滑、有光澤。焊點(diǎn)完全冷卻前，不可移動(dòng)。電烙鐵不用時(shí)要放置于電烙鐵架上，并隨時(shí)保持烙鐵頭的清潔。焊接完畢，要在烙鐵頭鍍上薄層焊錫，避免氧化，并等冷卻后再收存。

2)調(diào)試部分需要注意的是：

在通電之前必須對(duì)照原理圖對(duì)線路進(jìn)行詳細(xì)的檢查。檢查是否有虛焊或者為焊接的點(diǎn)。可用萬用表進(jìn)行線路檢查，看是否有線路在焊接的時(shí)候不慎連接在了一起，如有進(jìn)行修改。在檢查完畢之后才可以通電測試。如果在通電之后任然有問題，應(yīng)立即斷電，再仔細(xì)檢查。

心得體會(huì)

通過這次設(shè)計(jì)，我的理論知識(shí)掌握得更扎實(shí)，動(dòng)手能力明顯提高。同時(shí)，通過網(wǎng)上搜索等多方面的查詢資料，我學(xué)到許多在書本上沒有的知識(shí)，也認(rèn)識(shí)到理論聯(lián)系實(shí)踐的重要。在制作當(dāng)中遇到了許多以前沒遇到的困難。我們利用許多的方法去解決所遇到的問題。制作好以后，雖然基本符合設(shè)計(jì)要求，但我們總覺得欠缺點(diǎn)什么。這次設(shè)計(jì)，讓我感受最深是。在仿真的階段遇到很多的問題，計(jì)時(shí)電路不能隨搶答而停止，還有就是由于軟件的局限在仿真時(shí)候沒有完成整體電路的調(diào)試，這也為最后的實(shí)物調(diào)試造成了困難。我們一定要具備一定的檢查、排除電路故障的能力。我深刻認(rèn)識(shí)到了“理論聯(lián)系實(shí)際”的這句話的重要性與真實(shí)性。而且通過對(duì)此課程的設(shè)計(jì)，我不但知道了以前不知道的理論知識(shí)，而且也鞏固了以前知道的知識(shí)。最重要的是在實(shí)踐中理解了書本上的知識(shí)，明白了學(xué)以致用的真諦。在整個(gè)設(shè)計(jì)到電路的焊接以及調(diào)試過程中，我個(gè)人感覺調(diào)試部分是最難的，由于在印制電路板的時(shí)候效果不好出現(xiàn)很多的斷線，這讓整個(gè)焊接和調(diào)試很麻煩。調(diào)試是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)的積累過程，沒有經(jīng)驗(yàn)是不可能在短時(shí)間內(nèi)將其完成的，可能也是老師要求我們加以提高的一個(gè)重要方面吧！

鳴謝

感謝老師的耐心指導(dǎo)；

感謝同學(xué)的幫助；

感謝湖南工學(xué)院電信系實(shí)驗(yàn)老師的大力支持；

感謝湖南工學(xué)院對(duì)我的支助。

參考文獻(xiàn)

宋樹祥《高頻電子線路》北京大學(xué)出版社

謝自美《電子線路設(shè)計(jì)?實(shí)驗(yàn)?測試》華中科大出版社