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：譚遠謀指導(dǎo)老師：曹立杰起訖時間：2006.3---2006.6一、摘 要：數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊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。通過定時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現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴展電路。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 定時電路 報警電路 時序控制 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、實驗部分1)、 設(shè)計任務(wù)與要求1. 搶答器同時供 8 名選手或 8 個代表隊比賽，分別用 8 個按鈕 S0 ~ S7 表示。2. 設(shè)置一個系統(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。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在 LED 數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(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. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如 30 秒） 。當(dāng)主持人啟動"開始" 鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間 0.5 秒左右。5. 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6. 如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示 00。2)、實驗儀器設(shè)備:1. 數(shù)字實驗箱。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、具有定時功能，在 30 秒內(nèi)無人搶答表示所有參賽選手獲參賽隊對本題棄權(quán)。3、30 秒時仍無人搶答其報警電路工作表示搶答時間耗盡并禁止搶答。四、總體設(shè)計思路：（一）設(shè)計任務(wù)與要求：1.搶答器同時供 8 名選手或 8 個代表隊比賽，分別用 8 個按鈕 S0 ~ S7 表示。2.設(shè)置一個系統(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。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，并在 LED 數(shù)碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出報警聲響提示。選手搶答實行優(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.搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如 30 秒） 。當(dāng)主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時間 0.5 秒左右。5.參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。6.如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示 00。（二）設(shè)計原理與參考電路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"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)。五、多功能硬件與軟件設(shè)計及其理論分析與計算：各單元部分電路設(shè)計如下：(1) 搶答器電路參考電路如圖２所示。該電路完成兩個功能：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；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，RS 觸發(fā)器的 端均為０，４個觸發(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，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時（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，74LS148 的 此時由于仍為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?？深A(yù)置時間的電路選用十進制同步加減計數(shù)器74LS192 進行設(shè)計，具體電路如圖 3 所示。表 2 為 74192 的真值表。（3）報警電路由 555 定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖 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)三極管推動揚聲器。 PR 為控制信號，當(dāng) PR 為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。4）時序控制電路時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能：①主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)。②當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。③當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。根據(jù)上面的功能要求以及圖 2，設(shè)計的時序控制電路如圖 5 所示。圖中，門 G1 的作用是控制時鐘信號 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，來自于圖 11、2 中的 74LS279 的輸出 1Q=0，經(jīng)G3 反相， A＝1，則時鐘信號 CP 能夠加到 74LS192 的 CPD 時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，則"定時到信號"為 1，門 G2 的輸出 =0，使 74LS148 處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能①的要求。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答鍵時，1Q＝1，經(jīng) G3 反相， A＝0，封鎖 CP 信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門 G2 的輸出 =1，74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能②的要求。當(dāng)定時時間到時，則"定時到信號"為 0， =1，74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。同時， 門 G1 處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖 CP 信號，使定時電路保持 00 狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能③的要求。集成單穩(wěn)觸發(fā)器 74LS121 用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。六、系統(tǒng)的組裝與調(diào)試及測試方法：3 塊實驗電路板分別做成數(shù)字搶答器電路、可預(yù)置時間的定時電路、報警電路及時序控制電路，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)驗不足多次發(fā)生虛焊或者相鄰焊點接觸導(dǎo)致短路等事故，心急時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不能工作，又由于沒有穩(wěn)壓電源而不能檢驗。情急之下，靈機一動，把 3 節(jié)干電池制成 4.5 伏電壓源，又用萬用表逐點排查，原來有虛焊的點。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)置時間的定時電路時，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，重蹈覆轍，又有虛焊點。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，故時序控制電路的仿真無法完成。八、儀器：1. 數(shù)字實驗箱。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、擴展功能：1、可以設(shè)計聲控裝置，在主持人說開始時，系統(tǒng)自動完成清零并開始計時的功能。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)上另接一個與圖 2 一樣的電路，即可實現(xiàn)“違規(guī)者可見”的功能，即在主持人讀題時如果有人違反比賽規(guī)定搶先按動按鈕，顯示器可以顯示是哪個參賽隊搶先，便于作出相應(yīng)的處理。如果提供相應(yīng)的器材及時間上的寬限，我想我們已定可以完成上述擴展功能，進一步完善我們的作品。十、心得體會：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，為了這個競賽可謂廢寢忘食，在實驗室里日出而作，日落不息。將所有的課余時間均奉獻給了這個比賽。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。由于前幾次去實驗室比較晚，結(jié)果沒有空余的電腦可供使用，我們商量后，決定早上 6 點到實驗室。于是，在零下的溫度下，我們陸續(xù)到達。途中數(shù)次感嘆，早晨的空氣真好。除此之外，我們學(xué)會了焊接電路板，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會；感謝長通公司提供電子器件；感謝電子實習(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的點撥；感謝我隊指導(dǎo)于建立同學(xué)對我們的切實指導(dǎo)；感謝 02 級學(xué)長學(xué)姐們在實驗室對我們的幫助與鼓勵。十二、參考文獻：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)定時電路圖 11、3 可預(yù)置時間的定時電路 圖 11、4 報警電路圖 11、5 時序控制電路