八人智力竞赛抢答器课程设计报告

许昌大学电子课程设计报告标题：八路智力竞赛答录机专业：电子信息等级：10级电气6级教员：周亚和李明电子信息工程学院2012年5月25日摘要本报告设计的八通道问答机电路主要由74系列常用集成电路组成，包括由触发器、编码器、加法器、解码器、555定时器和RC电路组成的多谐振荡器电路。应答机具有基本的应答功能，并通过一个普通的阴极数码管显示玩家的号码。当一轮抢答开始时，第一个抢答的人被扳机保持在状态，任何其他玩家被阻止进入该状态。播放器输入信号后，设计的抓取器首先通过D触发器，然后通过优先编码器代码。所有球员都没有优先权，从而真正实现了比赛的公平和公正。编码信号通过加法器后，输出适当的二进制码，然后驱动公共阴极数码管显示参赛者的号码。主持人可以通过控制按钮结束这一轮抓举和回答，并开始下一轮抓举和回答。设计的应答机使用74HC175上升沿D触发器记录第一个应答者的状态。13输入与非门74HC133用于控制触发器的操作，从而可以保持第一响应者的状态，而其他人不再响应。用优先编码器74HC148编码；用全加器74HC283将0001加到代码上，并输出适当的二进制数；最后，BCD显示解码器7448用于驱动数码管显示玩家号码。电路所需的时钟信号由555多谐振荡器电路实现。关键字：应答器触发编码器加法器显示解码器555时钟信号发生器目录序言3第1章设计思路和总体框架图41.1系统总体框图41.2设计理念4第二章单元电路设计52.1用于回答问题5的电路设计2.1.1电路5简介2.1.2工作原理62.1.3集成电路逻辑功能分析62.2数码管显示电路设计82.2.1电路设计分析82.3时钟信号产生电路设计10设计分析102.3.2工作原理10第三章实体生产133.1物理介绍133.2焊接工艺15第4章总结16参考文献17组件列表18完整的电路原理图19前言目前，无论在国内还是国外，智力抢答娱乐节目都因其知识性和娱乐宣传的普及性而受到广大电视观众的青睐和好评，适合所有家庭，老少皆宜。当谈到这样的电视节目时，有必要提到节目的抓举和回答部分。许多参赛者开始按照主持人的命令抓举和回答。抓举和应答时间有限，第一个应答者有第一次机会。这种情况总是令人兴奋，让观众和参赛者不断感动。兴奋过后，你有没有想过如何实现程序中使用的电路？参赛选手将在限定的时间内抢答问题，谁先抢答问题，谁就没有效果，如果他再次按下他前面的发光二极管屏幕上限的键，而其他人稍后将没有效果。当一轮抓取结束时，主机可以通过操作他手中的控制器将先前保持的抓取状态重置为零。这种回答问题的方式有效地提高了比赛的公平性和公正性，避免了一些不合理的现象。当今社会发展迅速，应用于此类应答程序的智能应答机早已问世。实现其功能的方式有很多，逐渐趋向于高性能产品，易于扩展、可靠性好、集成度高、制造成本低、功能更加多样化。本设计主要使用了常见的74LS系列集成电路芯片和555芯片，并对各部分进行了功能模块划分设计。最后，完成了八路问答机的设计，同时制作了一个简单的实物进行实际演示。第一章设计思路和总体框架图1.1整体系统框图1.2设计理念设计的应答机使用74HC175上升沿D触发器记录第一个应答者的状态。13输入与非门74HC133用于控制触发器的操作，从而可以保持第一响应者的状态，而其他人不再响应。用优先编码器74HC148编码；用全加器74HC283将“0001”加到代码上，并输出适当的二进制数；最后，BCD显示解码器7448用于驱动数码管显示玩家号码。电路所需的时钟信号由555多谐振荡器电路实现。如方框图所示，当一名选手抓举时，扳机将锁定先按下抓举的选手的信号，而不受其他选手的影响。然后，代码由编码器编码。加法器的功能是将“0001”添加到编号代码中，以满足显示解码器的要求，并正确显示玩家的号码。主机可以通过控制触发器“复位”来初始化整个系统。第二章单元电路设计2.1抢答电路的设计2.1.1电路简介图2.1.1显示了最小扰频电路，它具有扰频和复位的基本功能。J0按钮是一个主机控制开关，其一端接地，另一端连接到触发器74HC175的复位端。按下J0时，clr端接地至低电平，触发器复位。J1J8是8位参赛者对应的竞赛按钮，LED1LED8是8位参赛者对应的显示灯。当没有比赛时，发光二极管保持关闭。图2.1.1最小紧急应答电路2.1.2工作原理为了满足应答机的要求，即当第一个参赛者回答时，其他参赛者再次按下应答机，不会影响应答机，设计的应答机电路巧妙地利用了触发器的工作原理：没有一定频率的时钟信号输入，D触发器74HC175就不能正常工作。在该电路中，由触发器输出的八个结果与时钟信号连接到十三个与非门74HC133，并且冗余引脚连接到高电平作为空闲端子。当没有紧急应答时，发光二极管的负极处于高电平并保持关闭。此时，74HC133的输出与时钟信号同步。一旦有紧急应答，八个发光二极管灯中的一个点亮，74HC133的一个输入处于低电平，这将输出变为“1”。时钟信号无法输入，相应的触发器无法继续正常工作，从而切断了其他人匆忙应答的机会。2.1.3集成电路的逻辑功能分析2.1.3.1触发器投入输出J0J1J2JBOY3乐队J4J5J6J7J8雌三醇环戊醚Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q801111111111011111111110111111111101111111111011111111110111111111101111111111011111111110为满足项目要求，应答机相关功能栏目的真值表如下表2.1.3所示。表2.1.3分析逻辑功能显示，八个输入状态没有优先级，应保存输出高电平和低电平。这里需要触发器。从以上真值表的分析可以看出，D触发器74HC175能够满足要求。74HC175对应的逻辑电路图和功能表如下图2.1.3所示。图2.1.3 74HC175电路结构图和功能表2.1.3.2 13与非门接下来是对13输入与非门74HC133如何控制时钟信号功能的分析。当电路中没有加扰信号时，13输入与非门74HC133的播放器信号输入端都处于高电平。时钟信号输入为80千赫 500千赫的方波，有效电压为5伏。额外的三个输入作为空闲端子连接到5V电源。如下图2.1.4所示。如下波形图2.1.5所示，时钟信号波形为Clk，无扰频信号时，输出波形图为Q.Q=(Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8(Clk)=Clk在时间t加入扰频信号后，输出波形为Q*。例如，当一号参赛选手首先回答时，Q1=0图2.1.4十三输入与非门Q*=(Q1Q2Q3Q4Q5Q6Q7Q8(Clk)=1这说明了这种集成电路在设计上的逻辑功能。2.2数码管显示电路设计2.2.1电路设计分析为了在数码管上显示锁存信号，需要将8个高电平和低电平信号编译成二进制代码，然后通过显示解码器驱动数码管来显示这些代码。考虑到触发后的信号不受优先级的影响，Q1对Q显示解码器7448被选为该单元电路中的数字管驱动器。相应的真值表如下表2.2.1所示。AD是二进制解码输入端，YaYg是解码输出端，它们直接连接到公共阴极数字管的相应引脚。一旦输入和输出不一致，玩家的号码将无法正确显示。投入输出数字DCBA年轻人镱y染色体Yd叶YfYg000001111110100010110000200101101101300111111001401000110011501011011011601100011111701111110000810001111111表2.2.1事实上，由带进位端的编码器74HC148编码的二进制码与解码器7448的输入相差“0001”，因此全加器74HC283用于将编码的二进制数与“0001”相加，以获得适当的二进制码。下面的菜单：图2.2.2全加器74HC283菜单图2.2.3显示电路综上所述，由优先级编码器、加法器、显示解码器和普通阴极数码管组成的显示电路如下图2.2.3所示。图2.2.3显示电路2.3时钟信号产生电路的设计设计分析考虑到上升沿触发器74HC175用于紧急响应电路，正常操作需要时钟信号。在multisim仿真中，可以使用信号发生器来产生所需的时钟信号，或者可以使用555集成电路和RC振荡器电路来形成多谐振荡器，并且可以通过选择具有特定参数的电阻器和电容器来产生所需的时钟信号。本设计主要使用555集成电路作为信号发生器。2.3.2工作原理555定时器有TTL型和CMOS型产品，它们的功能和外部引脚排列完全相同。Pin 1是地面GND。引脚2是低触发输入TRI。当该终端电平低于VCC/3(或VCC/2)时，输出Q为高。引脚3是输出端OUT。引脚4复位RST。rst=0时，q=0。引脚5是控制电压输入CON引脚6是高触发终端THR。当该终端电平高于2VCC/3(或VCC)时，输出Q为低。针脚7是放电端子DIS。针脚8是VCC的电源。当引