電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目名稱: _智力競(jìng)賽搶答器_班 級(jí)： 自動(dòng)化0901 學(xué) 號(hào)： 200904134015 姓 名： 翁 宇 指導(dǎo)教師： 吳 建 國(guó) 日 期： 2011年6月20日 設(shè)計(jì)課題 智力競(jìng)賽搶答器一. 設(shè)計(jì)要求1.設(shè)計(jì)四人參加的智力競(jìng)賽計(jì)時(shí)搶答器；2 當(dāng)有某一參賽者首先按下?lián)尨痖_關(guān)時(shí)，相應(yīng)顯示燈亮并伴有聲響。此時(shí)，搶答器不在接受其他輸入信號(hào)； 3具有回答問(wèn)題時(shí)間控制功能。要求回答問(wèn)題的時(shí)間小于等于100秒（顯示為 0 99），時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)方式，當(dāng)達(dá)到限定時(shí)間時(shí)，發(fā)出聲響以示警告；4畫出完整的電路原理圖。二.方案選擇及電路的工作原理設(shè)計(jì)的方案有以下兩種：方案一：用CD4511 、CD4068各一個(gè)電阻，開關(guān)，三級(jí)管和二級(jí)管若干及七段顯示器構(gòu)成搶答電路。本電路的控制方法是利用開關(guān)進(jìn)行輸入編碼當(dāng)按鍵第一次就接下時(shí)，輸出由1111110變?yōu)樗酉碌逆I值的BCD編碼經(jīng)4068 8輸入與門和一個(gè)三級(jí)管控制后輸出CD4511第五腳使其從底電平變?yōu)楦唠娖剑瑥亩i住CD4511，實(shí)現(xiàn)搶答功能。計(jì)數(shù)器利用兩個(gè)CD40110和CD4011組合成99秒的加法計(jì)數(shù)器。此電路原理簡(jiǎn)單，制作方便，但顯示不為倒計(jì)時(shí)，觀看比較不方便。方案二：搶答電路由四個(gè)D觸發(fā)器74LS74N，或非門4002BT，開關(guān)若干，優(yōu)先編碼器74LS148及七段顯示器等組成。本電路的控制方法是利用開關(guān)進(jìn)行高低電位的輸入，當(dāng)四個(gè)開關(guān)有一個(gè)有優(yōu)先按下時(shí)，D觸發(fā)器的輸出端輸出的高電位通過(guò)或非門進(jìn)入其他D觸發(fā)器的異步復(fù)位端從而使其他選手的輸入信號(hào)鎖存成無(wú)效。倒計(jì)時(shí)電路由74LS192, 七段顯示器，及555定時(shí)電路組成。此電路的設(shè)計(jì)雖然較復(fù)雜，但是能很好實(shí)現(xiàn)所要求的功能。 通過(guò)比較二個(gè)方案的特點(diǎn)，本電路采用方案二！該系統(tǒng)的整體分布如下圖所示：搶答電路顯示電路倒計(jì)時(shí)電路CP報(bào)警電路 總控制電路顯示電路發(fā)光二極管說(shuō)明：智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)方框圖如圖所示。包括搶答器電路，秒脈沖發(fā)生器電路、計(jì)數(shù)器電路、譯碼與顯示電路、報(bào)警電路和外部控制電路（輔助時(shí)序控制電路）等六個(gè)部分組成。計(jì)時(shí)電路遞減計(jì)時(shí)，每隔1秒鐘，計(jì)時(shí)器減1。其中搶答器，計(jì)數(shù)器和控制電路是系統(tǒng)的主要部分。搶答器電路完成搶答功能，計(jì)數(shù)器完成99秒計(jì)時(shí)功能，而控制電路完成計(jì)數(shù)器的直接清零、啟動(dòng)計(jì)數(shù)器、暫停/連續(xù)計(jì)數(shù)、譯碼顯示電路的顯示功能。當(dāng)計(jì)時(shí)器遞減計(jì)時(shí)到零（既定時(shí)時(shí)間到）時(shí)，顯示器上顯示00，同時(shí)警報(bào)燈點(diǎn)亮。三單元電路設(shè)計(jì)計(jì)算與元器件的選擇1、搶答器按鍵保持與封鎖電路該電路說(shuō)明：可以完成兩個(gè)功能：一是能夠分辨出選手案件的先后順序并且能夠鎖存優(yōu)先搶答選手的號(hào)碼，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)； 二是后面的選手按鍵操作將無(wú)效。 工作過(guò)程：開關(guān)J6開啟時(shí)，則輸入為高電位“1”，經(jīng)過(guò)四個(gè)或非門后變成低電位“0”。則四個(gè)D觸發(fā)器的異步復(fù)位端將觸發(fā)器置“0”，搶答電路處于系統(tǒng)清零狀態(tài)；當(dāng)J6閉合時(shí)，搶答電路處于工作狀態(tài)。當(dāng)搶答開始，若J1先按鍵，則Q1端輸出高電位“1”通過(guò)或非門變成低電位“0”，將其他D觸發(fā)器置0，則搶答信號(hào)輸出為“1110”（J4J3J2J1），然后通過(guò)輸出選手號(hào)碼顯示電路顯示對(duì)應(yīng)號(hào)碼。 搶答器按鍵保持與封鎖電路該電路2、選手號(hào)碼顯示電路說(shuō)明：此部分電路主要實(shí)現(xiàn)搶答選手編號(hào)的顯示。例如：當(dāng)?shù)谌贿x手率先按下?lián)尨鹌鲿r(shí)，LED顯示“3”。電路圖上顯示的是“1”，說(shuō)明第一位選手先按下?lián)尨鹌鳌９ぷ鬟^(guò)程：當(dāng)選手按下?lián)尨鹌靼粹o時(shí)，搶答信號(hào)輸入端輸入低 電平信號(hào)，在74LS148N作用下，輸出端A1、A2、A3相應(yīng)的輸出高低電平，產(chǎn)生對(duì)74LS248N的控制信號(hào)，并由此來(lái)控制LED的顯示信號(hào)。注意，選手控制信號(hào)從74LS148N的D3、D4、D5、D6端輸入，并且D3對(duì)應(yīng)選手4號(hào)，D4對(duì)應(yīng)選手3號(hào)，D5對(duì)應(yīng)選手2號(hào)，D6對(duì)應(yīng)選手1號(hào)。LED為共陰極七段顯示器選手號(hào)碼顯示電路3、秒脈沖發(fā)生器電路說(shuō)明：此部分電路主要是為計(jì)時(shí)電路提供所需脈沖，一般情況下，脈沖周期為1秒 工作過(guò)程：當(dāng)選手按下強(qiáng)大按鈕時(shí)，也就啟動(dòng)了次部分電路的工作。555定時(shí)電路在此處構(gòu)成振蕩器，周期：T=C3(R6+R5)ln2，近似等于1秒。這也就確定了計(jì)數(shù)器以1秒1次的頻率計(jì)數(shù)。 秒脈沖發(fā)生器電路4、遞減計(jì)數(shù)器電路 說(shuō)明：此部分電路完成計(jì)時(shí)功能。從99遞減為00，限定搶答選手答題時(shí)間為100秒。并且在搶答時(shí)，相應(yīng)的信號(hào)燈也會(huì)發(fā)光。 工作過(guò)程：當(dāng)選手按下?lián)尨鹌靼粹o時(shí)，電路開始工作。電路啟動(dòng)后，由秒脈沖發(fā)生器電路為其提供所需脈沖，兩個(gè)74LS248均相當(dāng)于計(jì)時(shí)器，來(lái)一個(gè)脈沖就計(jì)數(shù)一次，相應(yīng)LED顯示也會(huì)跳變，周期為1秒。另外，LED1代表的信號(hào)顯示燈也會(huì)發(fā)光。此處，設(shè)計(jì)要求是答題時(shí)間為100秒，但此處忽略搶答時(shí)的一秒，故從99秒開始計(jì)時(shí)。 遞減計(jì)數(shù)器電路5、搶答及限時(shí)鳴響電路 說(shuō)明：此部分電路完成鳴響功能。具體分為：一.當(dāng)選手按下?lián)尨鹌靼粹o時(shí)鳴響;二.當(dāng)計(jì)時(shí)器由99變?yōu)?0是鳴響，提示選手答題時(shí)間已到。工作過(guò)程：選手搶答時(shí)產(chǎn)生低電平，通過(guò)多次與非門最后變?yōu)楦唠娖捷斎氲紹UZZER,時(shí)期鳴響。當(dāng)計(jì)時(shí)器變?yōu)?0時(shí)，產(chǎn)生低電平，經(jīng)過(guò)1個(gè)“與非”門，和2個(gè)“非”門，也變成高電平，時(shí)得BUZZER鳴響。 搶答及限時(shí)鳴響電路四、設(shè)計(jì)總結(jié) 本次課程設(shè)計(jì)我選的設(shè)計(jì)課題是智力競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)，實(shí)質(zhì)是屬于數(shù)字電路部分的內(nèi)容。主要使用了74LS148， 74LS248,74LS74等一些集成芯片，以及七段數(shù)碼顯示管，555定時(shí)電路，蜂鳴器，發(fā)光二極管。 最開始自己構(gòu)想了方案一，但在仿真的過(guò)程中出現(xiàn)了不少問(wèn)題。比如，計(jì)數(shù)跳變時(shí)，個(gè)位和十位跳變不同時(shí)，出現(xiàn)60跳變后成50的現(xiàn)象，后來(lái)查資料才知道這是反饋延時(shí)產(chǎn)生的。為了解決方案一中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，在查閱了大量圖書資料和網(wǎng)絡(luò)資料下，并借鑒相關(guān)設(shè)計(jì)案例，得到了方案二。 這是我們這學(xué)期以最難的一個(gè)數(shù)字電路設(shè)計(jì)，以前以為只學(xué)好書上知識(shí)就可以了，但在這次設(shè)計(jì)中很多并非教材上能找到的芯片。深有感觸的是，想要做好數(shù)字電路的設(shè)計(jì)，必要的基礎(chǔ)知識(shí)勢(shì)必需的，但更重要的=的是了解各種芯片的構(gòu)造及其功能和管腳的排布。并非幾個(gè)簡(jiǎn)單的“或”,“與”，“非” 門能解決問(wèn)題的。每一次課程設(shè)計(jì)，都有不同的收獲，我期待下一次課程設(shè)計(jì)的到來(lái)！七參考文獻(xiàn)：1吳建國(guó).張彥。數(shù)字電子技術(shù).華中科技大學(xué)出版社.201.12郝國(guó)法.梁柏華.電子技術(shù)試驗(yàn).冶金工業(yè)出版社.2007.43彭介華.電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)指導(dǎo). 高等教育出版社.2008.125 高吉祥.全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽培訓(xùn)系列教程（基本技能訓(xùn)練與單元電路設(shè)計(jì)）.電子工業(yè)出版社.2007.26夏路易，石宗義.電路原理圖與電路板設(shè)計(jì)教程 Protel 99SE.北京希望電子出版社.2002.6 附錄：總電路圖附錄：元器件清單序號(hào)編號(hào)名稱型號(hào)數(shù)量 1U6，U7數(shù) 碼 管SEVEN_SEG_DISPLAY22U1，U5七段譯碼顯示器74LS48D23U3，U48421BCD碼計(jì)數(shù)器74LS192D24U2脈沖電路555_VIRTUAL15U13，U14二輸入或門集成芯片74LS32N26U11，U12三輸入或非門集成芯片 74LS27D27U1