数电课程设计四人智力竞赛抢答器..

1 西华大学课程设计说明书 竞赛抢答器竞赛抢答器 要求 设计一个供四人参赛的抢答器 能准确分辨 记录第一个有效按 下抢答键者 并用光指示 主持人没有宣布抢答开始时 抢答不起作用 主持人宣布抢答开 始时 按 开始 键 抢答开始 同时启动计时器计时 拓展要求 拓展要求 外加一个计时器 计时器计时采用正计数的方式 以加强现场气 氛 增加紧迫感 若预定时间内无人抢答 自动给出信号停止抢 答 以免冷场 倒计数定时器的时间精确到秒 最多为两分钟 一旦超出限时 则取消抢答权 设计提示 关键是要存住第一抢答者的信息 并阻断以后抢答者的信号 可 用集成的多组触发器或锁存器辅以逻辑门实现 计时器可用加法计数器完成 各单元电路分别设计 调试 最后合成 2 西华大学课程设计说明书 目目 录录 1 前言 1 2 总体方案设计 2 2 1 方案说明 2 2 2 方案优点 4 3 单元模块设计 5 3 1 抢答器电路 5 3 2 计时器 数字显示器电路 8 4 主要器件介绍 14 5 系统功能调试 16 6 总结与体会 17 参考文献 18 附录 19 3 西华大学课程设计说明书 1 前言前言 关于这次设计的用于多人竞赛抢答的器件 在现实生活中很常见 尤其是 在随着各种智益电视节目的不断发展 越来越多的竞赛抢答器被用在了其中 这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力 而且能增加节目现场 的紧张 活跃气氛 让观众看得更有情趣 可见抢答器在现实生活中确实很实 用 运用前景非常广泛 在知识竞赛中 特别是做抢答题时 在抢答过程中 为了知道哪一组或哪 一位选手先答题 必须要有一个系统来完成这个任务 如果在抢答中 只靠人 的视觉是很难判断出哪组先答题 这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙 的设计抢答器 使以上问题得以解决 即使两组的抢答时间相差几微秒 也可 分辨出哪组优先答题 本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计 以及它的实 际用途 这次设计的智力竞赛抢答器 主要是由三个部分构成 一个是由几个 D 触 发器的构成的用于抢答的部分 用三个 74LS192 构成用于计时器 4 西华大学课程设计说明书 2 总体方案设计总体方案设计 2 1 方案说明 方案说明 以下设计的是智力抢答器的方案流程图 秒脉冲计时控制 抢答控制器 光提示 计时显示 主持人控制 图 2 1 方案流程图 抢答器主要是由 F1 是四 D 触发器 74LS175 F2 是双四输入与非门 74LS20 F3 是 74LS20 组成的多谐振荡器 F4 是 74LS74 组成的四分频电路 工作原理 是当主持人按下抢答开关时 选手能进行抢答 抢答开始时 由主持人清 除信号 按下复位开关 S 74LS175 的输出 Q1 Q4 全为 0 所有发光二极管的 LED 均熄灭 当主持人宣布 抢答开始 后 首先作出判断的参赛者立即按下开关 对应的发光二极管 点亮 同时 通过的与非门 F2 送出信号锁住其他三个抢答者的电路 不再接受其他信号 直到主持人再次清除信号为止 电路图如下 2 2 方案方案优点优点 方案的设计是每当有选手抢答成功时 都会有声光伴随 而且是具体到 每一位 给人直观的感觉 该方案简洁 易行 而且使用到的元器件也都是我 们所常用到的一些元件比如 74LS175 以及开关 二极管 电阻显得更简单 明 了 5 西华大学课程设计说明书 3 单元模块设计单元模块设计 此部分主要是详细介绍该智力抢答器各个组成模块 以及各模块的器 件组成以及相应的功能 此智力竞赛抢答器由两部分组成 抢答器 计时 器 下面就依次介绍各组成部分的设计方法 功能等 3 1 抢答器电路抢答器电路 F1 是四 D 触发器 74LS175 F2 是双四输入与非门 74LS20 F3 是 74LS20 组成的多谐振荡器 F4 是 74LS74 组成的四分频电路 电路图如下 Q0 Q1 Q2 Q3 Res2 Res2 Res2 Res2 个个1 个个2 个个3 个个4 S R D4 S R D2 S R D3 S R D1 VCC VCC S1 个个个 Q Q Q Q L1 Speaker L2 Speaker L3 Speaker L4 Speaker D LED1 D LED2 D LED3 D LED4 Res2 Res2 NOR4N1S NOR4N1S NOR4N1S NOR4N1S 图 3 1 抢答器 其工作原理如下 6 西华大学课程设计说明书 是当主持人按下抢答开关时 选手能进行抢答 抢答开始时 由主持人清除信号 按 下复位开关 S 74LS175 的输出 Q1 Q4 全为 0 所有发光二极管的 LED 均熄灭 当主持人 宣布 抢答开始 后 首先作出判断的参赛者立即按下开关 对应的发光二极管点亮 同 时 通过的与非门 F2 送出信号锁住其他三个抢答者的电路 不再接受其他信号 直到主持 人再次清除信号为止 首先 D 触发器的的构成原件见下图 图 3 2 D 触发器 此 D 触发器又叫维持 阻塞边沿触发器 该触发器有六个与非门组成 其中啊 a 和 b 构成基本 RS 触发器下面分析其工作原理 Sd 和 Rd 接至基本 RS 触发器的输入端 它们分别是预置和清零端 低电平 有效 当 Sd 0 且 Rd 1 时 不论输入端 D 为何种状态 都会使 Q 1 0 即Q 触发器置一 当 Sd 1 且 Rd 0 时 触发器的状态为 0 Sd 和 Rd 通常又称为直 接置 1 和置 0 端 工作过程如下 CP 0 时 与非门 c 和 g 封锁 其输出 c e 1 触发器的状态不变 同 时 由于 c 至 f 和 e 至 g 的反馈信号将这两个门打开 因此可接收输入信号 D f g D Dfg 当 CP 由 0 变 1 时触发器翻转 这时 c 和 e 打开 它们的输出 c 和 e 的 状态由 f 和 g 的输出状态决定 C D e 由基本 RS 触发器的逻辑功fgD 能可知 Q D 触发器翻转后 在 CP 1 时输入信号被封锁 C 和 e 打开后 它们的 输出 c 和 e 的状态是互补的 即封锁了 D 通往基本 RS 触发器的路径 该反馈 线起了使触发器维持在 0 状态和阻止触发器变为 1 状态的作用 故该反馈线称 为置 0 维持线 置 1 阻塞线 e 为 0 时 将 c 和 g 封锁 D 端通往基本 RS 触发 器的路径也被封锁 7 西华大学课程设计说明书 维持阻塞 D 触发器状态方程和状态真值表如下 QQ nn D 1 表 3 1 D 触发器真值表 Sd RdCPD Q n Q n 1 10 0 011 11 000 11 010 11 101 11 111 通过对 D 触发器的解释 可以大致看出该抢答器的工作流程 其核心就是 该 D 触发器 当主持人宣布开始抢答时 将开关 S1 断开 选手迅速按键 假 设选手 1 首先按下抢答键 此时一号就输入一个相当于上升沿的脉冲使 D1 输 出高电平同时将该高电平信号传送给或非门 通过或非门的判断将信号输送到 其它选手的 D 触发器的 R 端并将其锁定使其无法输出信号 其次 运用了放过 LED 管的单向导电性 节能 性能稳定 能醒目的看出 结果 8 西华大学课程设计说明书 3 2 计时器计时器 数字显示器 数字显示器电路电路 2 定时电路设计 节目主持人根据抢答题的难易程度节目主持人根据抢答题的难易程度 设定一次抢答的时间 通过预置 时间电路对计数器进行预置 选用十进制同步加 减计数器 74LSl92 进行设计 计数器的时 钟脉冲由秒脉冲电路 设定的定时时间为 120S 有三个 74LS192 组成 120 进制的计数器 时 间一过就会发出脉冲 主持人说计时开始后 从 555 输出端来的时钟信号 CP 能够加到 74LS192 的 CPD时钟输入端 定时电路进行递增计时 9 西华大学课程设计说明书 图 3 4 555 结构原理图 由图可知 当 5 脚悬空时 比较器 C1 和 C2 的比较电压分别为 2 3Vcc 和 1 3Vcc 当 VI1 2 3Vcc VI2 1 3Vcc 时 比较器 C1 输出低电平 比较器 C2 输出 高电平 基本 RS 触发器被置 0 放电三极管 T 导通 输出端 Vo 为低电平 当 VI1 2 3Vcc VI2 1 3Vcc 时 比较器 C1 输出高电平 比较器 C2 输出输 出低电平 基本 RS 触发器被置 1 放电三极管截止 输出端 Vo 为高电平 当 VI11 3Vcc 时 基本 RS 触发器 R 1 S 1 触发器状态 不变 电路以保持原状态不变 表 3 2 555 功能表 输入输出 阀值输入 VI1 R出发输入 VI2 S复位 Rd 输出 Vo 放电管 T 00导通 2 3Vcc12 3Vcc0 1 3Vcc110导通 1 3Vcc11不变不变 10 西华大学课程设计说明书 4 主要器件介绍主要器件介绍 在这次设计的用于竞赛的抢答器 电路图时很简单 组成器件应该说都是 数电和模电中很常见的 器件主要是 LED 显示器 74LS48 数码管 电阻 电容 常用的芯片 74LS175 74LS20 74LS74 74LS00 74LS192 555 定时器 触发器 逻辑门 集成 555 定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起的中规模集 成电路 因集成电路内部含有 3 个 5 千欧电阻而得名 在控制 定时 检测 放声 报警等方面有着广泛的应用 而这次是将 555 够成一个多谐振荡器 4 CLK 3 D 2 1 Q 5 Q 6 CLR PR U A 54AC74FMQB D 触发器如图 其功能有 D 触发器具有接收并记忆信号的功能 又称为锁存器 D 触发器属于脉冲触发方式 D 触发器不存在约束条件和一次变化现象 抗干扰性能强 工作速度快 而这次正是利用了的以上功能来构成一个简单的抢答器 5 系统功能调试系统功能调试 这次设计的抢答器电路图简单 很多芯片的逻辑功能也都很清楚所以在调 试时可以前判断该电路会是怎样的结果 对于这个抢答器 它涉及的大多都是数 字电路的问题 所需要调试的值并不多 首先将各个模块连接到一起后 注意检查 图 5 3 555 定时器 图 5 4 D 触发器 11 西华大学课程设计说明书 各个部分是否连接正确 还得仔细地看一下所用器件的型号是不是我们要的那 种 在确保连接无误的情况下 那就能将整个电路进行防真了 按动各个按键 看看各管脚的电平变化是不是正确的 同时观察各个集成器件的各个管脚的电 平变化情况 以及数码显示器的显示是否正确 如有不正确的就将其逐个问题解 决了再进行后面的调试 直到所有问题都解决了为止 当连接好所有电路后 自己当主持人测试 首先我断开控制开关 宣布抢 答开始 当有选手抢答时 该选手的指示灯不亮 另外也测试了当主持人合拢抢答开关时 看能否抢答 结果和预测的一样 是不能抢答的 此抢答器设计是按要求一步一步完成的 因此主要功能有两个个 抢答器的抢答功能 它能准确分辨 记录第一个有效按下抢答键者信息 用声 光指示 具有计时 显示功能 这样可以加强现场气氛 增加紧迫感 若时间到 计数器会被清零 并且选手不能抢答 6 总结与体会总结与体会 此次课程设计经过为期 2 周的不懈努力 目前基本达到了预期的要求 通 过对整个系统的调试 可得到如下结论 本次设计是本人第一次运用数字电路模拟实际的东西 因而在许多方面都 还不熟练 不如说对一些元器件的功能还不完全了解 不能熟练运用 因而不能 完全的一次性设计好该电路 不过通过本次的课程设计我学到了学多的知识 培养了我独立思考问题解决问题的能力 加深了我们对数电 模电知识的理解 巩固了我们的学习知识 有助于我们今后的学习 总之 在这次的课程设计过程中 我收获了很多 即为我的以后学习设计 有很大的帮助 也为将来的人生之路做好了一个很好的铺垫 参考文献参考文献 1 康光华 电子技术基础数字部分 高等教育出版社 2003 年 3 月 2 康光华 电子技术基础模拟部分 高等教育出版社 2003 年 4 月 3 刘建成 电子线路试验教程 北京气象出版社 2004 年 1 月 12 西华大学课程设计说明书 4 蔡杏山 零起步轻松学数字电路 人民邮电出版社 2006 年 6 月 5 王彩君 杨睿 数字电路实验 国防工业出版社 2006 年 7 月 6 王建新 姜萍 电子线路实践教程 科学出版社 2003 年 9 月 7 顾德仁 万栋义 脉冲与数字电路 高等教育出版社 1985 年 7 月 8 刘建成 电子线路试验教程 北京气象出版社 2004 年 1 月 9 韩克 电子技能与 EDA 技术 广州暨南大学出版社 2004 年 4 月 10 李银华 电子线路设计指导 北京航空航天大学出版社 2005 年 6 月 附录附录 智力竞赛抢答器总原理图 10 西华大学课程设计说明书 Q0 Q1 Q2 Q3 Res2 Res2 Res2 Res2 个个1 个个2 个个3 个个4 S R D4 S R D2 S R D3 S R D1 VCC VCC S1 个个个 Q Q Q Q L1 Speaker L2 Speaker L3 Speaker L4 Speaker D LED1 D LED2 D LED3 D LED4 Res2 Res2 NOR4N1S NOR4N1S NOR4N1S NOR4N1S C J QN CLR K Q U J K0 C J QN CLR K Q U J K1 C J QN CLR K Q U J K2 S 5V 0 01uF 0 6K 2 4K RESETVCC GND 1 TRIG 2 OUT 3 4 CVOLT 5 THOLD 6 DISCHG 7 8 U1 555 1K NOR3S 0 1K LS Speaker 2 3 1 个个 个个 P1 1 Q1 2 Q0 3 EN 4 U D 5 Q2 6 Q3 7 GND 8 P3 9 P2 10 LD 11 TC 12 RCO 13 CLK 14 P0 15 VCC 16 U1 SN74190N P1 1 Q1 2 Q0 3 EN 4 U D 5 Q2 6 Q3 7 GND 8 P3 9 P2 10 LD 11 TC 12 RCO 13 CL