數(shù)字電路八路智力競賽搶答器課程設(shè)計(jì)(NE555+74LSXX芯片)

基本功能：

1．設(shè)計(jì)一個(gè)智力競賽搶答器，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，按鈕的編號與選手的編號相對應(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，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號，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)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。

擴(kuò)展功能：

1．搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定。當(dāng)節(jié)目支持人按下“開始”按鈕后，要求定時(shí)器立即倒計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間0.5s左右。

2．參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)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時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。

3．如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒有選手搶答，則本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器上顯示00.

摘要

在各種智力競賽場合，搶答器是必不可少的最公正的用具。

本次所設(shè)計(jì)的智力競賽搶答器可同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)參加比賽。電路由主體電路和擴(kuò)展電路兩部分組成，分別由集成編碼器、計(jì)數(shù)器、鎖存器、定時(shí)器和必要的門電路等組成，其中主體電路的作用是完成主持人的控制系統(tǒng)清零與搶答開始功能以及完成參賽者的搶答并顯示其編號的功能，擴(kuò)展電路由控制電路，主要包括秒脈沖發(fā)生電路和定時(shí)電路，并且在設(shè)計(jì)中加入了報(bào)警電路，以提示選手和觀眾。

經(jīng)Proteus仿真軟件驗(yàn)證搶答器原理圖無誤，可實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)所要求功能。根據(jù)原理圖，在面包板上連接構(gòu)成實(shí)物。

八路智力競賽搶答器

在各種智力競賽場合，搶答器是必不可少的最公正的用具。在我們各種競賽中我們也經(jīng)常能看到有搶答的環(huán)節(jié)，某些舉辦方采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會(huì)因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比賽的不公平性，而搶答器的應(yīng)用就能避免這種弊端。隨著科技的飛速發(fā)展，能夠?qū)崿F(xiàn)搶答器功能的方式有多種，可以采用模擬電路、數(shù)字電路或模擬與數(shù)字電路相結(jié)合的方式以及利用微電腦芯片作為核心部件進(jìn)行邏輯控制及信號產(chǎn)生的單片機(jī)技術(shù)和C語言編程而設(shè)計(jì)的多路智力競賽搶答器。本設(shè)計(jì)將采用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)一八路智力競賽搶答器。

1 八路智力競賽搶答器的設(shè)計(jì)

1.1 搶答器的功能要求

基本功能：設(shè)計(jì)一個(gè)智力競賽搶答器，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，按鈕的編號與選手的編號相對應(yīng)，分別是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。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（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答的開始。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，編號立即鎖存，并在LED數(shù)碼管上顯示出選手的編號。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。

擴(kuò)展功能：搶答器具有定時(shí)搶答的功能，且一次搶答的時(shí)間可以由主持人設(shè)定。當(dāng)節(jié)目主持人按下“開始”按鈕后，要求定時(shí)器立即倒計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)時(shí)間0.5s左右。參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)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時(shí)刻的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒有選手搶答，則本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答，時(shí)間顯示器上顯示00.

1.2 整體設(shè)計(jì)思路

根據(jù)對功能要求的簡要分析，將定時(shí)搶答器電路分為主題電路和擴(kuò)展電路兩部分。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)搶答器按鈕時(shí)，能顯示選手的編號，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)搶答及報(bào)警功能。

比賽開始時(shí)，接通電源，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清零”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)顯示器上顯示設(shè)定時(shí)間。當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開始”，同時(shí)將控制開關(guān)撥到“開始”位置，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。若定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。若選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鈕時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作：1.優(yōu)先編碼器電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號； 2.揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響，提醒節(jié)目主持人注意； 3.控制電路要對輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答； 4.控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。當(dāng)選手將問題回答完畢時(shí)，主持人操作控制開關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。

根據(jù)對功能要求的理解，設(shè)計(jì)了如下兩種方案。

方案一系統(tǒng)框圖如圖1所示。

圖1  八路智力搶答器方案一設(shè)計(jì)框圖

方案一所示搶答器工作過程：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，經(jīng)過優(yōu)先編碼器后的信號到單穩(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，所以顯示編號的同時(shí)可以發(fā)出報(bào)警信號。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)對搶答電路、定時(shí)電路和報(bào)警部分電路的控制。

方案二系統(tǒng)框圖如圖2所示。

圖2  八路智力搶答器方案二設(shè)計(jì)框圖

方案二所示搶答器的工作過程：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顯示出來，并同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警信號，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，此是完成計(jì)時(shí)功能。

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。

1.3單元電路的設(shè)計(jì)

1.3.1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，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，其引腳圖及真值表如下圖所示。

圖3 74LS148引腳圖

表1  74LS148真值表

74LS148是一八線-三線優(yōu)先編碼器，該編碼器由8個(gè)信號輸入端，3個(gè)二進(jìn)制輸出端，輸入輸出均為低電平有效。EI為輸入使能端，低電平有效，當(dāng)EI為低電平時(shí)，編碼器處于工作狀態(tài)；EO為輸出使能端，只有在EI=0，且所有輸入都為1時(shí)，輸出為0；GS表征編碼器的工作狀態(tài)，當(dāng)且僅當(dāng)EI為低電平，且輸入至少有一各為有效電平時(shí)，GS才有效。
因此，可根據(jù)EI、EO、GS功能擴(kuò)展端的特點(diǎn)，對電路進(jìn)行相應(yīng)控制。編碼器在搶答電路中功能是判斷搶答者的編號。

圖4  74LS279引腳圖

74LS279是由4個(gè)RS鎖存器組成，且均為與非門構(gòu)成的RS鎖存器。其中，1S和3S有兩個(gè)輸入端，S1和S2均為相與的關(guān)系。本設(shè)計(jì)中，將S2均接高電平，僅利用S1控制輸出。其引腳圖如圖四所示，下表為SR鎖存器的功能真值表，值得注意的是S和R不能同時(shí)為高電平，否則輸出不確定。

表2  74LS279真值表

74LS48為七段顯示譯碼器。該集成譯碼器設(shè)有多個(gè)輔助控制端，以增強(qiáng)器件的功能。BI/RBO為滅燈輸入，當(dāng)BI=0時(shí)，所有字形熄滅。LT為試燈輸入，當(dāng)LT=0且RBO=1時(shí)，顯示字形為8，常用于檢測自身的好壞。RBI為動(dòng)態(tài)滅燈輸入，當(dāng)LT=1，RBI=0且輸入均為0時(shí)，輸出均為低電平，數(shù)碼管“滅零”。其引腳圖和邏輯圖分別如圖5圖6所示，真值表如表3所示。

  

        圖5  74LS48的引腳圖                  圖6 74LS48的邏輯圖

                              表3 74LS48真值表

由真值表可以看出譯碼器74LS48輸出高電平有效，用以驅(qū)動(dòng)共陰極數(shù)碼管。七段顯示譯碼器一般與七段數(shù)碼顯示器相連，共同構(gòu)成四輸入端的數(shù)碼顯示電路，如圖7所示。共陰極數(shù)碼顯示器的功能表如表4所示。

圖7  7448組成的四個(gè)輸入端的數(shù)碼顯示組合電路

圖8 7448產(chǎn)生的顯示數(shù)字

表4 共陰極數(shù)碼顯示器的功能表

根據(jù)各芯片功能及搶答器的功能要求，搶答器電路如下所示

圖9   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)。

1.3.2 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，真值表如表5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)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

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。

1.3.3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端的輸出信號經(jīng)過三級管驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，發(fā)出報(bào)警信號。當(dāng)4端的輸入信號是高電平時(shí)，振蕩器工作，有報(bào)警信號，4端輸入低電平時(shí)，振蕩器不工作，沒有報(bào)警信號。也就是說需要報(bào)警時(shí)只需控制輸入端即可。

圖13報(bào)警電路

1.3.4 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

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，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，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。

1．4 搶答器整體電路

通過控制電路將搶答、定時(shí)電路進(jìn)行連接后，構(gòu)成了搶答器電路的整體設(shè)計(jì)，總電路圖如圖17所示：

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)選手分別對應(yīng)的按鈕編號是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號搶答時(shí)，74LS148三號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，與其對應(yīng)的4S3S2S為100，經(jīng)74LS279鎖存，4Q3Q2Q輸出為011，經(jīng)譯碼顯示編號為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。

2 電路仿真

電路仿真采用Protues仿真軟件進(jìn)行的。Protues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，選用該軟件對搶答器各單元電路及整體電路進(jìn)行仿真。

圖18    搶答電路仿真

                             圖19   計(jì)時(shí)電路仿真

                                 圖20   整體電路仿真

通過對各單元電路及總電路的仿真，驗(yàn)證了設(shè)計(jì)電路的正確性。

3 八路智力搶答器實(shí)物制作

由于本設(shè)計(jì)使用芯片數(shù)量較多，管腳連線復(fù)雜，為避免在焊接過程中出現(xiàn)疏漏和錯(cuò)誤，故在搶答器的制作時(shí)選擇用面包板完成。

3.1 面包板的使用

3.2 電路板制作

由于客觀條件限制，實(shí)物制作僅選擇了主體電路進(jìn)行制作調(diào)試，即搶答電路部分。

首先，按照面包板的使用規(guī)則，將74LS148、74LS249及74LS48依次插在凹槽兩側(cè)。再將其余元器件（電阻、開關(guān)等）插入面包板。然后，按照搶答電路原理圖所示接線。接線過程中，應(yīng)注意面包板內(nèi)部結(jié)構(gòu)，有效使用其相通插孔，減少接線數(shù)量。制作過程中，由于主持人所用的控制開關(guān)插入面包板無法有效使用，因此，將其單獨(dú)焊接在電路板上。此外，制作時(shí)采用了USB供電的辦法以提供電路所需電源。實(shí)物如圖22所示。

圖22  搶答電路實(shí)物圖

4 元器件清單

表6 元器件清單

Resistors

---------

9    R1-R9               10k               

1    R10                 15k               

1    R11                 68k               

1    R12                 1k                 

Capacitors

----------

1    C1                  100n               

1    C2                  10u               

Integrated Circuits

-------------------

3    U1-U3               74LS48            

1    U4                  74LS279            

2    U5,U6               74LS192            

1    U7                  74LS148            

1    U8                  74LS00            

1    U9                  74LS11            

1    U10                 555               

Diodes

------

1    D1                  LED               

Miscellaneous

-------------

8    SW1-SW8             SW-SPST            

1    SW9                 SW-SPDT

    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，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。

附錄   八路智力競賽搶答器總圖

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數(shù)電課程設(shè)計(jì)八路智力競賽搶答器設(shè)計(jì).doc (1.07 MB, 下載次數(shù): 38)

2018-11-23 01:47 上傳

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