數(shù)字搶答器（數(shù)字電路）

數(shù)字搶答器（數(shù)字電路）,數(shù)字,搶答,數(shù)字電路 題目：數(shù)字搶答器畢業(yè)論文信息工程學(xué)院 電子信息工程 學(xué)號：0205101304學(xué)生姓名：譚遠(yuǎn)謀指導(dǎo)老師：曹立杰起訖時(shí)間：2006.3---2006.6一、摘 要：數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)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(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)過布線、焊接、調(diào)試等工作后數(shù)字搶答器成形。關(guān)鍵字： 搶答電路 定時(shí)電路 報(bào)警電路 時(shí)序控制 SummaryThe figure vies for the answering device by the subject circuit and expands the circuit to make up . Have priority in code circuit , latch , decipher circuit and export the input signal of the entrant team on the display; Starting the warning circuit with the control circuit and host's switch, two the above-mentioned parts make up the subject circuit. Through timing circuit and decipher second signal function while outputs and realizes counting on the displaying that pulse produce circuit, form and expand the circuit. Through connect up , weld , debug figure vie for answering device take shape after the work.Key word： Vie for answering the circuit Timing circuit Warning circuit Time sequence controlling二、目 錄摘要………………………………………………………………………………… ⅠAbstract………………………………………………………………………………Ⅱ 一、引論…………………………………………………………………………1三、實(shí)驗(yàn)部分1)、 設(shè)計(jì)任務(wù)與要求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 S0 ~ S7 表示。2. 設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) S，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，并在 LED 數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如 30 秒） 。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開始" 鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間 0.5 秒左右。5. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6. 如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示 00。2)、實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備: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，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 只三、方案論證與比較：與普通搶答器相比，本作品有以下幾方面優(yōu)勢：1、具有清零裝置和搶答控制，可由主持人操縱避免有人在主持人說“開始”前提前搶答違反規(guī)則。2、具有定時(shí)功能，在 30 秒內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手獲參賽隊(duì)對本題棄權(quán)。3、30 秒時(shí)仍無人搶答其報(bào)警電路工作表示搶答時(shí)間耗盡并禁止搶答。四、總體設(shè)計(jì)思路：（一）設(shè)計(jì)任務(wù)與要求：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 S0 ~ S7 表示。2.設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān) S，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，并在 LED 數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲響提示。選手搶答實(shí)行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。4.搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如 30 秒） 。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間 0.5 秒左右。5.參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6.如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示 00。（二）設(shè)計(jì)原理與參考電路1．?dāng)?shù)字搶答器總體方框圖如圖 11、1 所示為總體方框圖。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)，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、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)。五、多功能硬件與軟件設(shè)計(jì)及其理論分析與計(jì)算：各單元部分電路設(shè)計(jì)如下：(1) 搶答器電路參考電路如圖２所示。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)，４ Q３Q２Q=101, 經(jīng)譯碼顯示為"５"。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(huì)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　74LS148 的功能真值表由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過預(yù)置時(shí)間電路對計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù) 置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供?？深A(yù)置時(shí)間的電路選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192 進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體電路如圖 3 所示。表 2 為 74192 的真值表。（3）報(bào)警電路由 555 定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖 4 所示。其中 555 構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］ ，其輸出信號經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。 PR 為控制信號，當(dāng) PR 為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。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，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。根據(jù)上面的功能要求以及圖 2，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 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 11、2 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 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"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，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"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，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。六、系統(tǒng)的組裝與調(diào)試及測試方法：3 塊實(shí)驗(yàn)電路板分別做成數(shù)字搶答器電路、可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路、報(bào)警電路及時(shí)序控制電路，根據(jù) EWB 仿真電路及工程上的可操作性布置芯片、元件、導(dǎo)線等。在焊接過程中，由于經(jīng)驗(yàn)不足多次發(fā)生虛焊或者相鄰焊點(diǎn)接觸導(dǎo)致短路等事故，心急時(shí)也有小組成員被電烙鐵燙傷的事發(fā)生。制作的第一塊板即數(shù)字搶答電路板一開始測試時(shí)不能工作，又由于沒有穩(wěn)壓電源而不能檢驗(yàn)。情急之下，靈機(jī)一動(dòng)，把 3 節(jié)干電池制成 4.5 伏電壓源，又用萬用表逐點(diǎn)排查，原來有虛焊的點(diǎn)。找出原因后并排斥故障后，電路板正常工作。深感欣慰！制作第 2 塊板即可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路時(shí)，3 位成員都已有了自我感覺十分嫻熟的焊接技術(shù)，不料忙中出錯(cuò)，重蹈覆轍，又有虛焊點(diǎn)。遂相互提醒，前事不忘，后事之師。七、EWB 仿真圖：由于 EWB 中沒有 74LS121，并且沒有可以代替的 74LS221，故時(shí)序控制電路的仿真無法完成。八、儀器：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，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。九、擴(kuò)展功能：1、可以設(shè)計(jì)聲控裝置，在主持人說開始時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)完成清零并開始計(jì)時(shí)的功能。2、在主持人讀題的過程中，禁止搶答，可以在主持人控制的開關(guān)上另接一個(gè)與圖 2 一樣的電路，即可實(shí)現(xiàn)“違規(guī)者可見”的功能，即在主持人讀題時(shí)如果有人違反比賽規(guī)定搶先按動(dòng)按鈕，顯示器可以顯示是哪個(gè)參賽隊(duì)搶先，便于作出相應(yīng)的處理。如果提供相應(yīng)的器材及時(shí)間上的寬限，我想我們已定可以完成上述擴(kuò)展功能，進(jìn)一步完善我們的作品。十、心得體會(huì)：經(jīng)歷數(shù)星期的電子競賽眼看塵埃落定，感覺忍不住要長出一口氣。我們組的 3 位成員除學(xué)習(xí)外均有一定的日常工作，數(shù)日來，為了這個(gè)競賽可謂廢寢忘食，在實(shí)驗(yàn)室里日出而作，日落不息。將所有的課余時(shí)間均奉獻(xiàn)給了這個(gè)比賽。結(jié)果怎樣已然不再重要，在這幾日里，我們經(jīng)歷了階段性成功的狂喜、測試失敗后的絕望、陷入困境時(shí)的不知所措，重新投入的振作。這樣的比賽是無法孤軍作戰(zhàn)的，只有通力合作才有可能成功。3 位成員在數(shù)日里的朝夕相伴中培養(yǎng)出了無與倫比的默契和深厚的友誼。由于前幾次去實(shí)驗(yàn)室比較晚，結(jié)果沒有空余的電腦可供使用，我們商量后，決定早上 6 點(diǎn)到實(shí)驗(yàn)室。于是，在零下的溫度下，我們陸續(xù)到達(dá)。途中數(shù)次感嘆，早晨的空氣真好。除此之外，我們學(xué)會(huì)了焊接電路板，掌握了書本以外的電子技術(shù)知識，培養(yǎng)了專心致志的工作學(xué)習(xí)習(xí)慣，懂得了相互之間的理解與體諒，可謂獲益匪淺。如果非要用一句話來概括我們的體會(huì)的話，那只能是：痛并快樂著。十一、致謝：感謝電氣工程學(xué)院提供者次比賽的機(jī)會(huì)；感謝長通公司提供電子器件；感謝電子實(shí)習(xí)基地提供場所及工具；感謝電子信息系主任王建元老師在我們陷入困境時(shí)的點(diǎn)撥；感謝我隊(duì)指導(dǎo)于建立同學(xué)對我們的切實(shí)指導(dǎo)；感謝 02 級學(xué)長學(xué)姐們在實(shí)驗(yàn)室對我們的幫助與鼓勵(lì)。十二、參考文獻(xiàn)：1、 《電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分（第四版） 》 高等教育出版社 2003 年 3 月 主編：康華光 2、 《74 系列芯片手冊》 重慶大學(xué)出版社 1999 年 9 月 主編：李海 圖 11、1 數(shù)字搶答器框圖圖 11、２ 數(shù)字搶答器電路表１０、１　74LS148 的功能真值表 2)定時(shí)電路圖 11、3 可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路 圖 11、4 報(bào)警電路圖 11、5 時(shí)序控制電路