【正文】 ........................................................................... 25 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競(jìng)賽搶答器 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競(jìng)賽搶答器 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)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(gè)部分，成本較低 ，且基本能夠使用于學(xué)校的一些活動(dòng)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(shí)器和三極管構(gòu)成報(bào)警電路，時(shí)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(shí)報(bào)警的功能，和數(shù)顯的功能，當(dāng)搶答開始后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)倒計(jì)時(shí)， 并且時(shí)間是可以預(yù)設(shè)的，期間有人搶答的話系統(tǒng)會(huì)停止計(jì)時(shí)，如果期間沒(méi)人搶答，系統(tǒng)會(huì)有短暫的報(bào)警，提示搶答結(jié)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(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競(jìng)賽搶答器 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 2 1. 搶答 器的功能要求 基本功能 ① 設(shè)計(jì)一個(gè)智力競(jìng)賽搶答器，可同時(shí)供 8名選手或 8 個(gè)代表隊(duì)參加比賽，他們的編號(hào)分別是 0、 7，各用一個(gè)搶答按鈕，按號(hào)與選手的編號(hào)相對(duì)應(yīng)，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(kuò)展功能 ① 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 (如 20s)。 ② 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。 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(jī)來(lái)完成，它的功能強(qiáng)大制作簡(jiǎn)單，并且外圍的元件也很少；也可以用 PLC 來(lái)實(shí)現(xiàn)，他的制作也是比較簡(jiǎn)單；還可以用我們學(xué)過(guò)的 EDA 技術(shù)來(lái)制作；最后也可以用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，它的原理比較簡(jiǎn)單，集成塊的價(jià)格也比較便宜且很容易購(gòu)買，與我們學(xué)完的〈〈數(shù)字電路〉〉聯(lián)系緊密，能將我們所學(xué)知識(shí)用于實(shí)際，對(duì)鞏固所學(xué)知識(shí)有重要意義，用了一些成型電路，如 NE555 標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖電路等，使總體方案易于實(shí)現(xiàn)。主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，能顯示選手的編號(hào)，同時(shí)能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。 圖 21數(shù)字電路構(gòu)成的搶答器原理方框圖 圖 21所示的定時(shí)搶答器的工作過(guò)程是：接通電源時(shí)，節(jié)目主持人將開關(guān)置于“清除”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)節(jié)目主持人宣布“搶答開始”，同時(shí)將控制開關(guān)撥到“開始”位置，揚(yáng)聲器給 出聲響提示，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，搶答器要完成以下四項(xiàng)工作： ①優(yōu)先編碼電路立即分辨出搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后由譯碼顯示電路顯示編號(hào)； ②揚(yáng)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(duì)輸入編碼電路進(jìn)行封鎖，避免其他選手再次進(jìn)行搶答； ④控制電路要使定時(shí)器停止工作，時(shí)間顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。 方案二： 采用單片機(jī) 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(guān) 秒脈沖 產(chǎn)生電路 控制 電路 報(bào)警 電路 定時(shí) 電路 譯碼 電路 顯示 電路 主體電路 擴(kuò)展電路 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競(jìng)賽搶答器 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 4 此電路完成的功能如圖 22所示，當(dāng)主持人宣布搶答開始的時(shí)候，按下開始按鈕，此時(shí)電路進(jìn)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(yīng)的信息送往單片機(jī)，再由單片機(jī)輸出到顯示輸出電路中。 圖 22單片機(jī)電路構(gòu)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(dāng)主持人打開啟動(dòng)開關(guān)后，在設(shè)定時(shí)間 TO 內(nèi)，如果某組搶先按下?lián)尨鸢粹o，則驅(qū)動(dòng)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(hào)，此時(shí)電路實(shí)現(xiàn)互鎖，其他組再按下?lián)尨鸢粹o為無(wú)效 。在搶答成功后，主持人打開限時(shí)開關(guān) SW2，啟動(dòng)計(jì)時(shí)器，在設(shè)定的時(shí)間 TI 內(nèi)回答有效，當(dāng)?shù)竭_(dá)設(shè)定時(shí)間 TI 時(shí)，驅(qū)動(dòng)音效電路③，指示燈 L3 亮，表示答題時(shí)間到。 設(shè)計(jì)原理與 各部分單元電路的設(shè)計(jì) 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(guān) 時(shí)序控制電路 搶答按鈕 報(bào)警電路 NE555 秒脈沖產(chǎn)生電路NE555 同 步計(jì)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(jìn)制/BCD 編碼轉(zhuǎn)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(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競(jìng)賽搶答器 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 6 各部分單元電路的設(shè)計(jì) 搶答器電路設(shè)計(jì) 該部分電路要完成兩個(gè)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(hào) ， 同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)；二是禁止其他選手按鍵 ，使其 操作無(wú)效。這個(gè) 電路的工作原理過(guò)程：當(dāng)主持人控制開關(guān) S 置于 清零 端時(shí)， RS 觸發(fā)器的 R 非端均為 0，４個(gè)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(shí)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(zhǔn)確性。 圖 32搶答器電路的設(shè)計(jì) 圖 武漢理工大學(xué)《 數(shù)字電路 — 多路智能競(jìng)賽搶答器 》課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 7 定時(shí)電路設(shè)計(jì) 由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時(shí)間，通過(guò)預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。 圖 33可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路設(shè)計(jì)圖 報(bào)警電路設(shè)計(jì) 由 555 定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖 所示。 PR 為控制信號(hào)，當(dāng) PR 為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。 ② 當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí) ， 揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。 圖 35時(shí)序控制電路設(shè)計(jì)圖 圖中，門 G1 的作用是控制時(shí)鐘信號(hào) CP的放行與禁止，門 G2的作用是控制 74LS148的輸人使能端 。同時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，則 定時(shí)到信號(hào)為 1，門 G2 的輸出 =0，使 74LS148 處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能①的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，則 定時(shí)到信號(hào) 為 0， 74LS148 處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答。集成單穩(wěn)觸發(fā)器 74LS121 用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間。工作過(guò)程：當(dāng)開關(guān)處于清除端時(shí)， 74LS279 的 RS 觸發(fā)器段均為 0信號(hào)，所以四個(gè)觸發(fā)器端均輸出為 0，此時(shí) 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(gè)按下鍵的選手號(hào)碼。因?yàn)橹挥?8名選手，編號(hào)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(dāng)主持人按下開關(guān)可實(shí)現(xiàn)清零，再次按下開關(guān)開始搶答，如選手 1按下，數(shù)碼管顯示 1 并且 其他選手無(wú)法再次搶答。 圖 42 定時(shí)電路調(diào)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