數(shù)字電路智力競(jìng)賽搶答器設(shè)計(jì)

(1)在給定5V直流電源電壓的條件下設(shè)計(jì)一個(gè)可以容納四組參賽者的搶答器，每組設(shè)定一個(gè)搶答按鈕供參賽者使用。

(2)設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清零和搶答控制開(kāi)關(guān)K（該開(kāi)關(guān)由主持人控制），當(dāng)開(kāi)關(guān)K被按下時(shí)，搶答開(kāi)始，打開(kāi)后搶答電路清零。

(3)搶答器具有一個(gè)搶答信號(hào)的鑒別、鎖存及顯示功能。即有搶答信號(hào)輸入時(shí)，鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在LED數(shù)碼管上顯示出來(lái)。此時(shí)再按其他任何一個(gè)搶答器開(kāi)關(guān)均無(wú)效，優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持不變，直到主持人將系統(tǒng)清除為止。

(4)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(kāi)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。

(5)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(hào)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。

(6)如果定時(shí)搶答的時(shí)間已到，卻沒(méi)有選手搶答，則本次搶答無(wú)效，系統(tǒng)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0。

可將整個(gè)系統(tǒng)分為三個(gè)主要模塊：搶答鑒別模塊；搶答計(jì)時(shí)模塊；搶答計(jì)分模塊。整個(gè)系統(tǒng)的組成框圖如下圖1所示。

(1)學(xué)習(xí)與研究相關(guān)的《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》理論知識(shí)，查閱資料，拿出可行的設(shè)計(jì)方案。

(2)根據(jù)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行電路設(shè)計(jì)，完成電路參數(shù)計(jì)算、元器件選型、繪制電路原理圖；電路設(shè)計(jì)包括：搶答鑒別模塊設(shè)計(jì)；搶答計(jì)時(shí)模塊設(shè)計(jì)；搶答計(jì)分模塊設(shè)計(jì)。

(3)進(jìn)行電路軟件仿真測(cè)試（如：Multisim 11.0、Proteus、 Altium Designer等），獲得實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，驗(yàn)證設(shè)計(jì)有效性。

74LS190D：

圖2 74LS190D功能圖

如圖2所示,此芯片進(jìn)行加減數(shù)功能，初始狀態(tài)，A，Ｄ端均接高電平，輸入為１００１，十進(jìn)制碼數(shù)字“９”，當(dāng)U／Ｄ端接入高點(diǎn)平時(shí)，進(jìn)行減數(shù)功能，ＬＯＡＤ為置位端，低電平有效，當(dāng)接入一低電平，開(kāi)始工作，置數(shù)到“９”，ＲＣＯ為借位端。ＣＬＫ為鎖存功能，當(dāng)接入一高電平時(shí)，鎖存器工作，計(jì)時(shí)電路暫停。

74LS175N：

圖3 74LS175N功能圖

如圖3所示,此芯片為一4D觸發(fā)器，一段接受信號(hào)，高電平，輸出Q為高電平，電路工作，同時(shí)CLK端進(jìn)行鎖存功能，其余觸發(fā)器無(wú)法工作。

74LS148D：

圖4 74LS148D功能圖

如圖4所示是一BCD三位二進(jìn)制編碼器，低電平有效，當(dāng)輸入端接收低電位時(shí)，電路工作。將十進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)化為三位二進(jìn)制。

（1）搶答及鎖存功能：

此功能需要一片雙D觸發(fā)器74LS175N芯片完成（圖5所示芯片），當(dāng)其中以為選手開(kāi)始搶答時(shí)，D觸發(fā)器接受高電平信號(hào)，這時(shí)Q1輸出高電平，其余均為低電平，所以其中一蜂鳴器響。同時(shí)Q1’輸出為低電平， 其余均為高電平，進(jìn)過(guò)與門(mén)，輸出仍為低電平，經(jīng)過(guò)一個(gè)四輸入與非門(mén)，輸出只為高電平，鎖存器發(fā)生作用，開(kāi)始進(jìn)行鎖存。  

圖5 74LS175N功能圖

圖6 鎖存功能

（2）顯示搶答功能

這一部分功能的實(shí)現(xiàn)需要一片三位二進(jìn)制BCD編碼器74LS148D來(lái)實(shí)現(xiàn)  ( 圖7所示芯片），當(dāng)其中一位選手開(kāi)始搶答時(shí)，Q1’輸出低電平，從而，芯片工作開(kāi)始編碼，D1對(duì)應(yīng)二進(jìn)制碼001，進(jìn)而顯示屏上顯示數(shù)字1，以此類(lèi)推，依次顯示2，3，4分別代表四位選手的代號(hào)。

圖7 BCD編碼器74LS148D功能圖

實(shí)現(xiàn)此功能需要一片74LS190D芯片實(shí)現(xiàn)（圖8），四位二進(jìn)制減數(shù)器，分別從1001—0000，顯示器上顯示從9-0的遞減計(jì)時(shí)。遞減到0時(shí)，LED5亮，從而搶答無(wú)效。

圖8 74S190D功能圖

編碼器是將具有某種特定含義信號(hào)的議成二進(jìn)制代碼的電路，需要選用集成8線(xiàn)-3線(xiàn)優(yōu)先編碼器74LS148D和顯示器實(shí)現(xiàn)。如圖9。

圖9 8線(xiàn)-3線(xiàn)編碼器

圖10 總框圖(包含搶答，計(jì)時(shí)，顯示功能)

當(dāng)一號(hào)選手開(kāi)始搶答，計(jì)時(shí)電路開(kāi)始工作，倒計(jì)時(shí)4秒后搶答器搶答成功，倒計(jì)時(shí)電路鎖存。

一號(hào)蜂鳴器發(fā)出聲響，LED1亮，顯示屏上顯示一號(hào)選手?jǐn)?shù)字。搶答器成功運(yùn)行。（圖11所示）

                       圖11 有人搶答時(shí)搶答器顯示

當(dāng)無(wú)人強(qiáng)答時(shí)，倒計(jì)時(shí)電路一直工作，到“0”顯示，LED5亮，此時(shí)搶答無(wú)效。（圖12所示）

圖12 無(wú)人搶答時(shí)搶答器顯示

Multisim 可以很方便的實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)仿真和虛擬實(shí)驗(yàn)，真的很有趣，它讓我感到了以前學(xué)的空洞的知識(shí)有了依附，能夠驗(yàn)證我們學(xué)的到底是對(duì)是錯(cuò)，在認(rèn)為是書(shū)本錯(cuò)了的時(shí)候，有了可以驗(yàn)證的工具。

但是Multisim在連線(xiàn)的時(shí)候很不方便，它要求節(jié)必須要與原件之間多于一個(gè)格，就算開(kāi)始時(shí)連得很整齊，但是如果改變一個(gè)元件的位置是就有可能亂的讓人眼花繚亂，在做這個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)時(shí)，第一次搭線(xiàn)由于元器件的擺放的位置的問(wèn)題線(xiàn)路很亂，以至于我要再加功能的時(shí)候根本找不清應(yīng)該怎么連，所以不得不重新連了一次，這個(gè)是最耗費(fèi)我的時(shí)間的。

通過(guò)這次的仿真實(shí)驗(yàn)我收獲到了很多，最重要的是我知道了到哪里去運(yùn)用在課本上學(xué)到的專(zhuān)業(yè)課知識(shí)。一開(kāi)始的時(shí)候，老師讓我們自己做，我真得覺(jué)得自己做不了，可是一個(gè)星期下來(lái)，其實(shí)自己也能做，原理也不是很復(fù)雜，很多都懂了，芯片之間的作用，從而更加完善了自己在數(shù)電上的專(zhuān)業(yè)學(xué)習(xí)。

附錄：元件清單

完整的Word格式文檔51黑下載地址：

智力競(jìng)賽搶答器.docx (268.01 KB, 下載次數(shù): 18)