基于八路智能數(shù)顯搶答器設(shè)計(jì)論文

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。另外設(shè)置系統(tǒng)清除開關(guān)一個(gè)，該開關(guān)由主持人控制。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)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示，并在七段數(shù)碼管上顯示選手號(hào)碼。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)清零為止。

當(dāng)主持人按下清除鍵后，參賽選手可以進(jìn)行搶答，同時(shí)倒計(jì)時(shí)電路開始倒計(jì)時(shí)，搶答有效時(shí)，紅燈亮，倒計(jì)時(shí)停止，顯示器上顯示選的編號(hào)，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。

    如圖2-1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人按下清零狀態(tài)開關(guān)，同時(shí)宣布"開始"，編號(hào)顯示器顯示“空值”，開始倒計(jì)時(shí)，搶答器工作。選手開始搶答，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，禁止二次搶答。如果再次搶答必須由主持人再次操作清零狀態(tài)開關(guān)。

圖 2-1數(shù)字搶答器總體方框圖

圖2-2電源電路

搶答電路的功能有兩個(gè)：一是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按鈕操作無(wú)效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和D觸發(fā)器可以完成上述功能，其電路組成如圖2-3所示。

圖2-3搶答器電路

    工作原理是：當(dāng)主持人控制開關(guān)按下時(shí)，RS觸發(fā)器的端為低電平，輸出端（4Q~1Q）全部為低電平。于是74LS148的/=0,顯示器滅燈：74LS148的選通輸入端=0,74LS148處于工作狀態(tài)。當(dāng)主持人開關(guān)松開后優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端7 ~ 0 輸入信號(hào)，當(dāng)有選手將按鈕按下時(shí)（按下S5）,74LS148的輸出210 =010, GS =0,經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，/=1，74LS74處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器上顯示出“5”。此外，CTR=1, 使74LS148的為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖其他按鈕的輸入。當(dāng)選手按下的按鈕松開后，74LS148上的GS 為高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其他按鈕的輸入信號(hào)不會(huì)被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完為題后，主持人只需再次按下清除按鈕，便可以進(jìn)行下輪搶答。

    節(jié)目主持人跟據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過(guò)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2-4所示：

    電路由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖2-5所示。其中，555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：

fo =

其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。RST為控制信號(hào)，當(dāng)RST為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作；反之，電路停振。

圖2-5報(bào)警電路

2.6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，他要完成以下三項(xiàng)功能。

  （1）主持人按下控制開關(guān)后，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答器和定時(shí)電路進(jìn)入正常工作搶答狀態(tài)。

  （2）當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)生，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(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)生，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

    設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖2-6a和圖2-6b所示。圖中，門G1,G2的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門G3的作用是控制74LS148的輸入使能端。圖2-4a所示電路的工作原理是：主持人控制開關(guān)按下時(shí)，來(lái)自于圖2-2所示的74LS74的輸出CTR=0，經(jīng)G4 反相，A=1，則從555輸出端來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)CP能加到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)，來(lái)自于圖2-3所示的借位輸出端=1,門G3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)搶答按鈕時(shí)，CTR=1經(jīng)G4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G3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。到定時(shí)時(shí)間到時(shí)，來(lái)自74LS192的=0，=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答，同時(shí)G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號(hào)，是定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能（3）的要求。圖2-6b所示電路用于控制報(bào)警電路。

圖2-6a時(shí)序控制電路1                           圖2-6b時(shí)序控制電路2

（1）上電，檢測(cè)電路各級(jí)直流狀態(tài)，排除故障后，并記錄特殊節(jié)點(diǎn)的電位數(shù)值；在電路圖中觀測(cè)以下特殊節(jié)點(diǎn)的電平變化情況：

圖4-1特殊點(diǎn)電平變化圖

    電路接+5V電壓，觀測(cè)U1,U10的3（OUT）輸出電平波形；

圖4-3 U2的輸出波形

   （2）動(dòng)態(tài)調(diào)試，接上5V直流電源，將系統(tǒng)清除按鍵按下。74LS192的四個(gè)RS觸發(fā)器的置0端均為0，使四個(gè)觸發(fā)器均被置0。1Q為0，使74LS148的使能端=0，74LS148處于允許編碼狀態(tài)，同時(shí)1Q為0，使74LS48的滅燈輸入端=0，數(shù)碼管無(wú)顯示。這時(shí)搶答器處于準(zhǔn)備搶答狀態(tài)。

當(dāng)將系統(tǒng)清除按鍵放開時(shí)，搶答器處于等待狀態(tài)。當(dāng)有選手將按鍵開關(guān)按下時(shí)，搶答器將接受并顯示搶答結(jié)果，假設(shè)按下的是S4，則74LS148的編碼輸出為011，此代碼送入74LS279鎖存后，使4Q3Q2Q=100，亦即74LS148的輸入為0100；又74LS148的優(yōu)先編碼標(biāo)志輸出為0，使1Q=1，即=1，74LS48處于譯碼狀態(tài)，譯碼的結(jié)果顯示為“4”。同時(shí)1Q=1，使74LS148的=1，74LS148處于禁止?fàn)顟B(tài)，從而封鎖了其他按鍵的輸入。此外，當(dāng)優(yōu)先搶答者的按鍵松開再按下時(shí)，由于仍為1Q=1，使=1，74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)接受二次按鍵時(shí)的輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。

圖5-1布線規(guī)則

圖5-2優(yōu)先級(jí)

課程設(shè)計(jì)不僅是對(duì)前面所學(xué)知識(shí)的一種檢驗(yàn)，而且也是對(duì)自己能力的一種提高。下面是我對(duì)本次CAD課程設(shè)計(jì)過(guò)程做的簡(jiǎn)單總結(jié)。

第一，接到陳宇老師的課設(shè)任務(wù)后，我進(jìn)行了選題，選擇了最感興趣的八路搶答器。這是課程設(shè)計(jì)的開端。

第二，題目確定后就是找資料了。查資料是我課程設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備工作，好的開端就相當(dāng)于成功了一半，到圖書館借閱相關(guān)書籍、上網(wǎng)查找資料�？傊�，不管通過(guò)哪種方式查的資料都是有利用價(jià)值的，一一記錄下來(lái)以備后用。（在此過(guò)程中我學(xué)習(xí)并掌握了8路數(shù)顯搶答器74系列8-3優(yōu)先編碼器74LS148、BCD7段譯碼器74LS48、NE555定時(shí)器、雙時(shí)鐘4位十進(jìn)制加減同步計(jì)數(shù)器74LS192、以及具有鎖存功能的74LS等的原理和功能，初步了解電路原理）

    第三，通過(guò)上面的過(guò)程，已經(jīng)積累了不少資料，對(duì)所選的題目也大概有了一些了解，在這樣一個(gè)基礎(chǔ)上，綜合已有的資料更透徹的分析了八路搶答器的原理圖。

第四，有了研究方向，就應(yīng)該動(dòng)手實(shí)現(xiàn)了。其實(shí)以前的三步都是為這一步作的鋪墊。

通過(guò)這次設(shè)計(jì)，我對(duì)電子線路CAD進(jìn)行了再次的學(xué)習(xí)，知識(shí)得到了加深和鞏固，同時(shí)也更熟練地掌握了對(duì)Altium DXP的使用。在設(shè)計(jì)電路過(guò)程中也對(duì)數(shù)字電路設(shè)計(jì)中的邏輯關(guān)系等有了一定的認(rèn)識(shí)，對(duì)以前學(xué)的數(shù)字電路又有了一定的新認(rèn)識(shí)，溫習(xí)了以前學(xué)的知識(shí)，就像人們常說(shuō)的溫故而知新嘛，但在設(shè)計(jì)的過(guò)程中，遇到了很多的問(wèn)題，有一些知識(shí)都已經(jīng)不太清楚了，但是通過(guò)一些資料又重新的溫習(xí)了一下數(shù)字電路部分的內(nèi)容。在這次課程設(shè)計(jì)中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進(jìn)一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對(duì)我們更好的理解知識(shí)，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。

在此要感謝我的指導(dǎo)陳宇老師，感謝老師給我們這樣的機(jī)會(huì)鍛煉。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程中有許多不懂得知識(shí)，陳宇老師都幫助我們解決。我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨(dú)立工作的能力，樹立了對(duì)自己學(xué)習(xí)能力的信心，相信會(huì)對(duì)今后的學(xué)習(xí)生活有非常重要的影響。而且大大提高了動(dòng)手的能力，使我充分體會(huì)到了在創(chuàng)造過(guò)程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個(gè)項(xiàng)目還不是很完善，但是在設(shè)計(jì)過(guò)程中所學(xué)到的東西是這次CAD課程設(shè)計(jì)的最大收獲和財(cái)富，使我終身受益。

• 電路原理圖
  

圖3-1電源電路

圖3-2搶答器電路

• Proteus仿真圖
  

• PCB圖