數(shù)字搶答器課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、<p><b>　　數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)課題： 數(shù)字搶答器設(shè)計(jì)</p><p>　　院（系、部）： </p><p>　　學(xué) 生 姓 名： </p><p>　　指 導(dǎo) 老 師： </p>

2、<p>　　2013 年 12 月 7 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p><b>　　方案設(shè)計(jì)與論證</b></p

3、><p><b>　　工作原理說(shuō)明</b></p><p>　　單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　5.1搶答鎖存電路</b></p><p>　　5.2 LED燈顯示電路</p><p>　　5.3數(shù)碼管顯示電路</p><p><

4、b>　　5.4音響顯示電路</b></p><p><b>　　5.5犯規(guī)電路</b></p><p><b>　　5.6計(jì)分電路</b></p><p>　　6．總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　7．結(jié)論與心得</b></p>

5、<p><b>　　8．參考文獻(xiàn)</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　我們可以看到在一些比賽活動(dòng)中，會(huì)有提問(wèn)搶答這一環(huán)節(jié)。那么為了準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設(shè)置一臺(tái)搶答器。此次搶答器電路設(shè)計(jì)通過(guò)數(shù)顯、燈光及音響等三種方式指示出第一搶答者，同時(shí)還設(shè)置有記分電路、犯規(guī)電路這兩種電路來(lái)完善搶答過(guò)

6、程。</p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)與要求</b></p><p>　　1.設(shè)計(jì)制作一個(gè)可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設(shè)置一個(gè)搶答按鈕供搶答者使用。</p><p>　　2.參賽者按搶答開(kāi)關(guān)，則該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的組別，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出“哆-唻”的雙音音響持續(xù)2~3s。此時(shí)，電路應(yīng)具備自鎖功能，使別組的搶答開(kāi)關(guān)不起

7、作用。</p><p>　　3.設(shè)置記分電路。每組在開(kāi)始時(shí)預(yù)置成100分，搶答后由主持人記分，答對(duì)一次加10分，否則減10分。</p><p>　　4.設(shè)置犯規(guī)電路。對(duì)提前搶答和超時(shí)搶答的組別鳴喇叭示警，并由組別電路顯示出犯規(guī)組別。</p><p><b>　　方案設(shè)計(jì)與論證</b></p><p>　　總體分為三個(gè)電路

8、設(shè)計(jì)，一是搶答鎖存與LED燈、數(shù)碼管、揚(yáng)聲器等三種方式顯示電路；二是犯規(guī)電路；三是計(jì)分電路。</p><p><b>　　計(jì)分電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　這里因?yàn)橛?jì)分環(huán)節(jié)得考慮到搶答人回答的正確與否，需要通過(guò)主持人來(lái)判斷，所以做為獨(dú)立電路來(lái)設(shè)計(jì)，由主持人來(lái)進(jìn)行單獨(dú)控制。</p><p><b>　　犯規(guī)電路設(shè)計(jì)</b&

9、gt;</p><p>　　犯規(guī)電路涉及到提前搶答與超時(shí)搶答這兩種犯規(guī)方式。這里設(shè)置一個(gè)“開(kāi)始搶答”按鈕,設(shè)置搶答后有效回答時(shí)間為10秒，由數(shù)碼管顯示。然后判斷主持人未按下“開(kāi)始搶答”按鈕就開(kāi)始搶答的視為犯規(guī)一，主持人按下“開(kāi)始搶答”按鈕后開(kāi)始搶答，卻超過(guò)有效時(shí)間的為犯規(guī)二。這樣就可以將犯規(guī)電路融入到第一部分的搶答電路設(shè)計(jì)中。</p><p><b>　　搶答與顯示電路設(shè)計(jì)<

10、;/b></p><p>　　題目要求音響顯示通過(guò)揚(yáng)聲器發(fā)出“哆-唻”的雙音音響持續(xù)2~3s來(lái)實(shí)現(xiàn)，這里用555定時(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，輸出給揚(yáng)聲器高低電平變換的輸入方式再加上定時(shí)三秒實(shí)現(xiàn)“哆-唻”的雙音音響持續(xù)3s功能。這里555構(gòu)成多諧振蕩器設(shè)置R1 = R2即采用占空比為2/3的電路，輸出頻率1Hz的方波。因?yàn)樵趽P(yáng)聲器定時(shí)3秒，“開(kāi)始搶答”后定時(shí)10秒，以及采用此振蕩器對(duì)揚(yáng)聲器電路的D觸發(fā)器CLK的持續(xù)

11、輸入方波，可以同時(shí)使用這一個(gè)振蕩器實(shí)現(xiàn)，就不需要分頻電路。</p><p><b>　　工作原理說(shuō)明</b></p><p>　　四組搶答按鍵，主持人 “開(kāi)始搶答”、“清零復(fù)位”兩個(gè)控制按鍵。下面是種搶答情況：</p><p>　　一是正常搶答。即主持人按下“開(kāi)始搶答”之后，第一個(gè)搶答人在有效時(shí)間內(nèi)回答了，則主持人在搶答人開(kāi)始回答后就按下“清零

12、復(fù)位”鍵。</p><p>　　二是提前搶答。即主持人未按下“開(kāi)始搶答”時(shí)，有人就已經(jīng)開(kāi)始搶答，則蜂鳴器立即報(bào)警，同時(shí)會(huì)顯示組別。主持人按下“清零復(fù)位”恢復(fù)初始狀態(tài)。</p><p>　　三是超時(shí)搶答。即主持人按下“開(kāi)始搶答”之后，該搶答人未能在有效時(shí)間內(nèi)回答，則蜂鳴器開(kāi)始報(bào)警。主持人按下“清零復(fù)位”恢復(fù)初始狀態(tài)。</p><p>　　所有搶答情況都有當(dāng)有人按下?lián)尨?/p>

13、按鍵，出現(xiàn)LED燈、數(shù)碼管、揚(yáng)聲器3秒三種顯示。</p><p>　　單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算</p><p><b>　　5.1搶答鎖存電路</b></p><p>　　根據(jù)要求設(shè)置4組按鍵，通過(guò)7CHC573這個(gè)8進(jìn)制D型鎖存器控制LED燈、數(shù)碼管和音響的鎖存顯示，同時(shí)取消別組再搶答的作用。因?yàn)槭?路搶答，所以可以用一個(gè)74HC573的8個(gè)輸

14、出依次驅(qū)動(dòng)4個(gè)LED燈和數(shù)碼管控制。如圖所示，初始狀態(tài)，鎖存器的輸出全都是低電平，且鎖存器處于選通狀態(tài)，當(dāng)有一組按鍵被按下后，將在輸出給一個(gè)高電平，此時(shí)或非門(mén)將由默認(rèn)的高電平轉(zhuǎn)變?yōu)榈碗娖?，則此時(shí)LE置低，鎖存了輸出Q，從而使其他按鍵再次按下時(shí)無(wú)法輸出到Q端。</p><p>　　鎖存了輸出，當(dāng)最下面那個(gè)復(fù)位鍵按下時(shí)，將給LE一個(gè)高電平，同時(shí)鎖存器選通，D0-D3的0000將輸出到Q0-Q3，或非門(mén)輸出恢復(fù)高電平，

15、從而使整個(gè)電路恢復(fù)到初始狀態(tài)。</p><p><b>　　LED燈顯示電路</b></p><p>　　只需在對(duì)應(yīng)的Q0 – Q3分別連接一個(gè)LED燈，共地即可實(shí)現(xiàn)。</p><p>　　5.3數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　通過(guò)鎖存器的剩余四個(gè)口來(lái)控制數(shù)碼管0 – 4段碼的顯示。如下第一個(gè)圖是74LS48這個(gè)7段

16、顯示譯碼器的0 – 4段碼的DCBA電平顯示。這樣初始狀態(tài)0000剛好是鎖存器的輸出狀態(tài)，由于這里所用的段碼D位都是低電平，所以將D端直接接地即可。分別通過(guò)Q4 – Q7分別控制段碼1 – 4。從圖中可以看出段碼”1 2 4“只需一個(gè)高電平，而段碼”3“需在第三組按鍵按下時(shí)同時(shí)給AB高電平才可以將數(shù)碼管置”3“。其功能可通過(guò)接兩個(gè)或門(mén)實(shí)現(xiàn)，如下圖。</p><p><b>　　5.4音響顯示電路<

17、/b></p><p>　　如圖，左上角的或門(mén)接Q4 – Q7則可實(shí)現(xiàn)按下一組按鍵之后鎖存一個(gè)高電平。555定時(shí)電路構(gòu)成多諧振蕩器設(shè)置振蕩周期為1S，占空比為2/3輸出，輸出接下面那個(gè)D觸發(fā)器的CLK和鎖存器74HC573的D7，這樣有按鍵按下，第一個(gè)D觸發(fā)器將這個(gè)高電平鎖存住，同時(shí)LE置高電平，鎖存器選通，D7直接由振蕩器輸入周期為1S的方波，這樣揚(yáng)聲器就可以發(fā)出“哆-唻”的雙音音響，再用74LS192這

18、個(gè)計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)3秒計(jì)數(shù)。如圖，當(dāng)記到第三秒的時(shí)候，鎖存器的Q3 – Q1依次是0011，所以用兩個(gè)取反器加上一個(gè)或門(mén)，就可以實(shí)現(xiàn)當(dāng)記3S的時(shí)候反饋一個(gè)地電平給第一個(gè)D觸發(fā)器的R置位端，將Q也即LE置低，使鎖存器禁止選通，此時(shí)揚(yáng)聲器將不再接受方波信號(hào)發(fā)出聲響，即可實(shí)現(xiàn)3秒定時(shí)雙音音響。</p><p>　　復(fù)位方式：通過(guò)第一個(gè)D觸發(fā)器的R置位端輸入前接個(gè)兩線與門(mén)，一個(gè)接給低電平的復(fù)位開(kāi)關(guān)，可以通過(guò)“清零復(fù)位”開(kāi)關(guān)接個(gè)

19、反相器連接，另一個(gè)接圖中的四線或門(mén)。</p><p><b>　　5.5犯規(guī)電路</b></p><p>　　如圖，設(shè)置一個(gè)”開(kāi)始搶答“按鍵。初始狀態(tài)時(shí)，二線或門(mén)2端默認(rèn)為低電平；Q4 – Q7初始是低電平，則初始時(shí)給1端高電平，或門(mén)輸出高電平；當(dāng)有人在主持人未按下”開(kāi)始搶答“時(shí)，有人開(kāi)始按下?lián)尨鸢存I，將會(huì)將1端置0，或門(mén)輸出低電平，即發(fā)生報(bào)警。如果在主持人按下”開(kāi)始

20、搶答“按鍵后，開(kāi)始搶答，因?yàn)?端已經(jīng)置高電平，所以當(dāng)1端被按下成低電平時(shí)，或門(mén)輸出仍為高電平，不產(chǎn)生報(bào)警。此電路同時(shí)設(shè)置一個(gè)10進(jìn)制計(jì)數(shù)器，當(dāng)有人正常按下?lián)尨鸢存I后，開(kāi)始從0計(jì)數(shù)到10S，到10S時(shí)停止計(jì)時(shí)并保持，同時(shí)產(chǎn)生報(bào)警。這個(gè)控制過(guò)程通過(guò)最下面那個(gè)D觸發(fā)器完成。計(jì)數(shù)器74LS192的進(jìn)位端TCU接至此D觸發(fā)器的S置位端，Q端接U26（74LS48）的LE，再接到蜂鳴器電路，~Q端接計(jì)數(shù)器的置位端PL。這樣，當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)到9，產(chǎn)生進(jìn)

21、位時(shí)，D觸發(fā)器S端置0，Q與~Q電平翻轉(zhuǎn)，將計(jì)數(shù)器保持置0狀態(tài)，并將U26的初始“0001“傳到右端顯示“1“。</p><p><b>　　5.6計(jì)分電路</b></p><p>　　如圖計(jì)分電路，根據(jù)要求以10為單位進(jìn)行加減分?jǐn)?shù)，初始預(yù)置為100?？捎萌齻€(gè)數(shù)碼管，最右端數(shù)碼管因?yàn)槭冀K是顯示“0”狀態(tài)，所以單獨(dú)接成“0”狀態(tài)。再用兩個(gè)74LS192進(jìn)行計(jì)數(shù)，第一個(gè)計(jì)

22、數(shù)器的進(jìn)位端TCU接下一個(gè)計(jì)數(shù)器的正計(jì)數(shù)UP端，借位端TCD接下一個(gè)計(jì)數(shù)器的反計(jì)數(shù)端DN，這樣就可是實(shí)現(xiàn)當(dāng)?shù)谝粋€(gè)計(jì)數(shù)器產(chǎn)生進(jìn)位或借位時(shí)剛好在第一個(gè)千位的數(shù)碼管上顯示出來(lái)。第二個(gè)計(jì)數(shù)器的D3 - D0接“0001”，即當(dāng)按下預(yù)置按鍵時(shí)，將“0001”傳到Q端Q3 - Q0，通過(guò)譯碼器顯示“1”狀態(tài)。</p><p>　　6．總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　6.1總

23、原理圖</b></p><p><b>　　6.2 元器件清單</b></p><p>　　注：另外還有電源端、接地端、導(dǎo)線若干。</p><p><b>　　7．結(jié)論與心得</b></p><p>　　通過(guò)此次數(shù)字電路課程設(shè)計(jì) – 多功能數(shù)字搶答器的設(shè)計(jì)，了解并掌握了搶答器的基本工作原

24、理，可以自己設(shè)計(jì)出一定需求的搶答鎖存與顯示電路，并帶有一些犯規(guī)、計(jì)分這樣的完善搶答過(guò)程的電路。</p><p>　　搶答器主要是搶答部分的鎖存電路設(shè)計(jì)，而鎖存電路一般用一個(gè)鎖存器便可以完成鎖存第一搶答者的功能，鎖存器的另一端可以接一些顯示電路，方便顯示出第一搶答者是誰(shuí)。顯示方式這里用LED燈、數(shù)碼管顯示組別、揚(yáng)聲器發(fā)出雙音音響來(lái)顯示，而在實(shí)際應(yīng)用中可以通過(guò)燈光、音響、顯示屏的方式顯示出第一搶答者。為了使搶答器的功

25、能更加完善，可以增加犯規(guī)電路與計(jì)分電路。通過(guò)輔助電路的設(shè)計(jì)，可以使得搶答的過(guò)程更加公平與合理。這里的犯規(guī)電路采用提前搶答報(bào)警與超時(shí)搶答報(bào)警兩項(xiàng)犯規(guī)電路，這里采用555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器發(fā)出頻率為1Hz的方波來(lái)給計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)器記到一定數(shù)后鎖住計(jì)數(shù)器，即可實(shí)現(xiàn)定時(shí)功能，而定時(shí)功能可以用來(lái)控制音響響應(yīng)時(shí)間與超時(shí)搶答的搶答時(shí)間。</p><p><b>　　8．參考文獻(xiàn)</b></p