【正文】 ................................................................... 25 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 1 摘 要 該搶答器主要是基于 7 4 系列集成芯片組成電路各個部分，成本較低，且基本能夠使用于學校 的一些活動中。采用 74LS148 編碼器和 74LS279 RS 鎖存器組成搶答器的核心部分搶答電路。采用 555 定時器和三極管構成報警電路，時序控制電路由 74LS121 產(chǎn)生。 本文介紹了一種采用數(shù)字電路制作的多功能數(shù)顯搶答器，它除了具有基本的搶答功能之外，還具有定時報警的功能，和數(shù)顯的功能，當搶答開始后，系統(tǒng)會自動倒計時，并且時間是可以預設的， 期間有人搶答的話系統(tǒng)會停止計時，如果期間沒人搶答，系統(tǒng)會有短暫的報警，提示搶答結束。s timing of the clock pulse counter circuit to provide. Using 555 timer and alarm circuit transistor constitute, timing control circuit is generated by the 74LS121. SevenSegment LED cathode using a total of digital display and serial number Answer regular time, figures from the 74LS48 decoder digital tube display. In this paper, a digital circuit using a number of significant production Answer multifunctional device, which in addition to the Answer with the basic functions, but also has a regular alarm functions, and several significant features, when the start Answer, the system will automatically countdown, and can be preset time period if it was Answer system will stop the clock, if no one Answer period, the alarm system will be shortlived, suggesting that the end Answer. 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 2 1. 搶答 器的功能要求 基本功能 ① 設計一個智力競賽搶答器，可同時供 8名選手或 8 個代表隊參加比賽，他們的編號分別是 0、 7，各用一個搶答按鈕，按號與選手的編號相對應，分別是 So、 S S S S S S S7。 ③ 搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示的功能。此外，要封鎖輸 入電路，禁止其他選手搶答。 擴展功能 ① 搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間可以由主持人設定 (如 20s)。 ② 參賽選手在設定的時間內搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 2. 方案論證與比較 制作搶答器可以用好多的方法，可以用單片機來完成，它的功能強大制作簡單，并且外圍的元件也很少；也可以用 PLC 來實現(xiàn)，他的制作也是比較簡單；還可以用我們學過的 EDA 技術來制作；最后也可以用數(shù)字電路來實現(xiàn)，它的原理比較簡單，集成塊的價格也比較便宜且很容易購買，與我們學完的〈〈數(shù)字電路〉〉聯(lián)系緊密，能將我們所學知識用于實際，對鞏固所學知識有重要意義，用了一些成型電路，如 NE555 標準秒脈沖電路等，使總體方案易于實現(xiàn)。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。 圖 21數(shù)字電路構成的搶答器原理方框圖 圖 21所示的定時搶答器的工作過程是：接通電源時，節(jié)目主持人將開關置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時顯示器顯示設定的時間，當節(jié)目主持人宣布“搶答開始”，同時將控制開關撥到“開始”位置，揚聲器給 出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時器倒計時。當選手在定時時間內按動搶答鍵時，搶答器要完成以下四項工作： ①優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號； ②揚聲器發(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行封鎖，避免其他選手再次進行搶答； ④控制電路要使定時器停止工作，時間顯示器上顯示剩余的搶答時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 方案二： 采用單片機 搶答 按鈕 優(yōu)先編碼電路 鎖存器 譯碼 電路 譯碼 顯示 主持人 控制開關 秒脈沖 產(chǎn)生電路 控制 電路 報警 電路 定時 電路 譯碼 電路 顯示 電路 主體電路 擴展電路 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 4 此電路完成的功能如圖 22所示，當主持人宣布搶答開始的時候，按下開始按鈕，此時電路進入搶答狀態(tài)，選手的輸入采用了掃描式的輸入，之后把相應的信息送往單片機，再由單片機輸出到顯示輸出電路中。 圖 22單片機電路構成的搶答器原理方框圖 方 案三：采用 PLC 此電路的功能如圖 23 示，當主持人打開啟動開關后，在設定時間 TO 內，如果某組搶先按下?lián)尨鸢粹o，則驅動音效電路①發(fā)出聲響，指示燈 LI 亮，并且在 8 段數(shù)碼管顯示器上顯示出搶答成功的組號，此時電路實現(xiàn)互鎖，其他組再按下?lián)尨鸢粹o為無效 。在搶答成功后，主持人打開限時開關 SW2，啟動計時器，在設定的時間 TI 內回答有效，當?shù)竭_設定時間 TI 時，驅動音效電路③，指示燈 L3 亮，表示答題時間到。 設計原理與 各部分單元電路的設計 數(shù)字搶答器總體具體方框圖 圖 31數(shù)字搶答器具體方框圖 搶答按鈕 優(yōu)先編碼電路74LS148 主持人控制開關 時序控制電路 搶答按鈕 報警電路 NE555 秒脈沖產(chǎn)生電路NE555 同步計數(shù)器74LS192 顯示電路（七段顯示器） 譯碼電路74LS48 搶答按鈕 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121 二進制/BCD 編碼轉化電路 鎖存器74LS279 譯碼電路74LS48 顯示電路（七段顯示器） 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 6 各部分單元電路的設計 搶答器電路設計 該部分電路要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號 ， 同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵 ，使其 操作無效。這個 電路的工作原理過程：當主持人控制開關 S 置于 清零 端時， RS 觸發(fā)器的 R 非端均為 0，４個觸發(fā)器輸 出端 （ Q4— Q1）全部置 0， 于是 74LS48 的 BI的非＝ 0，顯示器燈滅 ， 搶答器處于禁止工作狀態(tài)； 74LS148 的選通輸入端 ST 的非 =0，使之處于工作狀態(tài)，此時鎖存電路不工作。此外，CTR=1，使 74LS148 的 ST 的非為高電平， 74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。這樣就 保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。 圖 32搶答器電路的設計 圖 武漢理工大學《 數(shù)字電路 — 多路智能競賽搶答器 》課程設計說明書 7 定時電路設計 由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。 圖 33可預置時間的定時電路設計圖 報警電路設計 由 555 定時器和三極管構成的報警電路如圖 所示。 PR 為控制信號，當 PR 為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。 ② 當參賽選手按動搶答鍵時 ， 揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。 圖 35時序控制電路設計圖 圖中，門 G1 的作用是控制時鐘信號 CP的放行與禁止，門 G2的作用是控制 74LS148的輸人使能端 。同時，在定時時間未到時，則 定時到信號為 1，門 G2 的輸出 =0，使 74LS148 處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能①的要求。當定時時間到時，則 定時到信號 為 0， 74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答。集成單穩(wěn)觸發(fā)器 74LS121 用于控制報警電路及發(fā)聲的時間。工作過程：當開關處于清除端時， 74LS279 的 RS 觸發(fā)器段均為 0信號，所以四個觸發(fā)器端均輸出為 0，此時 ST 為 0，根據(jù) 74LS148 功能表可以看出，該芯片處于工作狀態(tài)。根據(jù) 2Q， 3Q， 4Q 的輸出，譯碼器將顯示第一個按下鍵的選手號碼。因為只有 8名選手，編號從0000 到 0111，所以 74LS48 芯片的 A3 端不需要用到，所以可以直接置地。搶答器部分仿真如下，當主持人按下開關可實現(xiàn)清零，再次按下開關開始搶答，如選手 1按下，數(shù)碼管顯示 1 并且 其他選手無法再次搶答。 圖 42 定時電路調試圖 R 1 15 1 0 Ω U 1 2L E D _ R E D _ R A T E DU3A B C D E F GCKU5A B C D E F GCKR91 0 0 Ω R 1 01 0 0 Ω U67 4 L S 4 8 NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U77 4 L S 4 8 NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U87 4 L S 1 9 2 NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U97 4 L S 1 9 2 NA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14V C C5VV C C5V