1、<p>　　課 程 設(shè) 計</p><p><b>　　（說明書）</b></p><p><b>　　智能搶答器的設(shè)計</b></p><p>　　班級 / 學(xué)號 </p><p>　　學(xué) 生 姓 名 </p

2、><p>　　指 導(dǎo) 教 師 </p><p>　　課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書</p><p>　　課 程 名 稱 電子技術(shù)綜合課程設(shè)計 </p><p>　　課 程 設(shè) 計 題 目

3、 智能搶答器的設(shè)計 </p><p>　　課程設(shè)計的內(nèi)容及要求：</p><p>　　一、設(shè)計說明與技術(shù)指標</p><p>　　用數(shù)字電路設(shè)計一個具有鎖存與顯示功能的8人搶答邏輯電路</p><p>　　接通電源后，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示

4、設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置于“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān)。</p><p><b>　　二、設(shè)計要求</b></p><p>　　

5、1．在選擇器件時，應(yīng)考慮成本。</p><p>　　2．根據(jù)技術(shù)指標，通過分析計算確定電路和元器件參數(shù)。</p><p>　　3．畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規(guī)范化）。</p><p><b>　　三、實驗要求</b></p><p>　　1．根據(jù)技術(shù)指標制定實驗方案；驗證所設(shè)計的電路，用軟件仿真。</p&

6、gt;<p>　　2．進行實驗數(shù)據(jù)處理和分析。</p><p><b>　　四、推薦參考資料</b></p><p>　　1. 童詩白，華成英主編．模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)．[M]北京：高等教育出版社，2006年</p><p>　　五、按照要求撰寫課程設(shè)計報告</p><p>　　成績

7、 指導(dǎo)教師 日期 </p><p><b>　　一、概述</b></p><p>　　進入21世紀越來越來多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學(xué)校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答記分器是必要設(shè)備。過去在舉行的各種競賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判

8、斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。人們于是開始尋求一種能不依人的主觀意愿來判斷的設(shè)備來規(guī)范比賽。因此，為了克服這種現(xiàn)象的慣性發(fā)生人們利用各種資源和條件設(shè)計出很多的搶答器，從最初的簡單搶答按鈕，到后來的顯示選手號的搶答器，再到現(xiàn)在的數(shù)顯搶答器，其功能在一天的趨于完善不但可以用來倒計時搶答，還兼具報警，計分顯示等等功能，有了這些更準確地儀器使得我們的競賽變得更加精彩紛呈，也使比賽更突顯其公平公正的原則。

9、</p><p>　　今天隨著科技的不斷進步搶答器的制作也更加追求精益求精，人們擺脫了耗費很多元件僅來實現(xiàn)用指示燈和一些電路來實現(xiàn)簡單的搶答功能，使第一個搶答的參賽者的編號能通過指示燈顯示出來，避免不合理的現(xiàn)象發(fā)生。但這種電路不易于擴展，而且當(dāng)有更高要求是酒無法實現(xiàn)，例如參賽人數(shù)的增加。隨著數(shù)字電路的發(fā)展，數(shù)字搶答器誕生了，它易于擴展，可靠性好，集成度高，而且費用低，功能更加多樣話，是一種高效能的產(chǎn)品。而如今在市

10、場上銷售的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機技術(shù)進行設(shè)計，本次設(shè)計主要利用常見的74LS系列集成電路芯片和555芯片，并通過劃分功能模塊進行各個部分的設(shè)計，最后完成了八路智力競賽搶答器的設(shè)計。</p><p><b>　　二、方案設(shè)計</b></p><p>　　圖1 智能搶答器電路的原理框圖</p><p>　　如圖所示電路包括主

11、體電路和擴展電路兩部分。其中主體電路完成基本的搶答功能，即主持人按下控制開關(guān)后，當(dāng)選手按動搶答鍵時，數(shù)碼管顯示選手編號，同時封鎖輸入電路，其他選手搶答無效。擴展電路完成定時搶答的功能以及報警功能。圖1所示電路的工作過程是：接通電源后，主持人將控制開關(guān)置于“清除”處，此時搶答器處于禁止狀態(tài)，選手不能進行搶答，定時顯示器顯示設(shè)定的時間（30s），當(dāng)主持人將控制開關(guān)置于 “開始”時，搶答器處于工作狀態(tài)，同時定時器開始倒計時。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)

12、按動搶答鍵時，電路要完成以下功能：</p><p>　　（1）優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后通過譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號；</p><p>　　（2）控制電路對其余輸入編碼進行封鎖，禁止其他選手進行搶答；</p><p>　　（3）控制電路要使定時器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時間，當(dāng)選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)進

13、行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)恢復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。當(dāng)定時時間到，卻沒有選手搶答是，系統(tǒng)將報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。</p><p><b>　　三、電路設(shè)計</b></p><p><b>　　1.搶答電路</b></p><p>　　此部分電路主要完成的功能是實現(xiàn)8路選手搶答并進行鎖存，同時有相應(yīng)

14、發(fā)光二極管點亮和數(shù)碼顯示。</p><p>　　使用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS373來完成。該電路主要完成兩個功能：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（顯示電路采用七段數(shù)字數(shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程：開關(guān)S 置于"清除"端時，RS 觸發(fā)器的 R、S 端均為0，4 個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148 的

15、優(yōu)先編碼工作標志端＝ 0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S 置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148 的輸出經(jīng)RS 鎖存后，CTR=1,RBO =1, 七段顯示電路74LS48 處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為“5”。此外，CTR ＝1，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標志端＝１，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，74LS148 的 此

16、時由于仍為CTR＝1，使優(yōu)先編碼工作標志端＝1，5 所以74LS148 仍處于禁止狀態(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。只要有一組選手先按下?lián)尨鹌?，就會將編碼器鎖死，不再對其他組進行編碼。通過74LS48譯碼器使</p><p><b>　　原理圖如下：</b></p><p>　　圖2 搶答模塊原理圖</p><p>　

17、　表1 74LS148真值表</p><p>　　74LS148的輸入端和輸出端低電平有效。~是輸入信號，~為三位二進制編碼輸出信號，＝1時，編碼器禁止編碼，當(dāng)＝0時，允許編碼。是技能輸出端，只有在＝0，而~均無編碼輸入信號時為0。為優(yōu)先編碼輸出端，在＝0而~的其中之一有信號時，＝0。~各輸入端的優(yōu)先順序為：級別最高，級別最低。如果＝0（有信號），則其它輸入端即使有輸入信號，均不起作用，此時輸出只按編碼，＝00

18、0。優(yōu)先編碼被廣泛用于計算機控制系統(tǒng)中，當(dāng)有多個外設(shè)申請中斷時，優(yōu)先編碼器總是給優(yōu)先級別高的設(shè)備先編碼</p><p><b>　　2.譯碼顯示電路</b></p><p>　　圖3 譯碼顯示電路</p><p>　　二進制譯碼器是將輸入的二進制代碼的各種狀態(tài)按特定含義翻譯成對應(yīng)輸出信號的電路。也稱為變量譯碼器。若輸入端有n位，代碼組合就有2

19、n個，當(dāng)然可譯出2n個輸出信號。</p><p>　　顯示譯碼器由譯碼輸出和顯示器配合使用，最常用的是BCD七段譯碼器。其輸出是驅(qū)動七段字形的七個信號，常見產(chǎn)品型號有74LS48、74LS47等。</p><p>　　字符顯示器：分段式顯示是將字符由分布在同一平面上的若干段發(fā)光筆劃組成。電子計算器，數(shù)字萬用表等顯示器都是顯示分段式數(shù)字。而LED數(shù)碼顯示器是最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。

20、LED的死區(qū)電壓較高，工作電壓大約1.5~3V，驅(qū)動電流為幾十毫安。74LS47譯碼驅(qū)動器輸出是低電平有效，所以配接的數(shù)碼管須采用共陽極接法；而74LS48譯碼驅(qū)動器輸出是高電平有效，所以，配接的數(shù)碼管須采用共陰極接法。數(shù)碼管常用型號有BS201、BS202等。使用時，公陰極接地，7個陽極a~g由相應(yīng)的BCD七段譯碼器來驅(qū)動。</p><p><b>　　倒計時電路</b></p>

21、;<p>　　圖4 倒計時模塊原理圖</p><p>　　LED數(shù)碼管接收來自74LS192的輸出信號并顯示出來。74LS192的9，10，11，15引腳完成時間設(shè)定功能，本設(shè)計要求定時30秒，所以把左邊的芯片的1，15引腳接高電位，期于的全接低位，使的初始時間設(shè)定為30秒。555芯片完成產(chǎn)生秒脈沖的功能。工作過程為：搶答開始前，74LS192的置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為30，5引

22、腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖沖推動右邊的芯片開始倒記時，同時右邊芯片產(chǎn)生的信號做為左邊芯片的CP信號推動左邊的芯片倒記時，完成十進制的倒記時功能。當(dāng)有人搶答后1Q的輸出為1，經(jīng)過非門后變?yōu)?，通過與門屏蔽了秒信號，停止記時，完成顯示搶答時間的功能。當(dāng)記到了30秒時，左邊的芯片產(chǎn)生的定時到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使得數(shù)碼管顯示為00。</p><p><b>　　脈沖電路</b>&

23、lt;/p><p>　　圖5 555計時器電路圖</p><p>　　其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：</p><p>　　f0=1/(R1+2R2)*C*ln2=1.43/(R1+2R2)*C</p><p><b>　　性能的測試</b></p><p><b>　　脈沖電路的測

24、試</b></p><p>　　如圖表所示，該脈沖信號輸出波形為周期（T）=1s，頻率（f）=1Hz的脈沖</p><p>　　表1 脈沖電路測試數(shù)據(jù)表</p><p>　　圖6 脈沖電路周期</p><p><b>　　2搶答電路測試</b></p><p>　　圖7 搶答電路測

25、試</p><p>　　經(jīng)測試，當(dāng)選手1在規(guī)定時間內(nèi)率先搶答時，LED數(shù)碼管顯示1.</p><p><b>　　電路整體性能測試</b></p><p>　　圖8 整體電路測試</p><p>　　對電路的整體測試結(jié)果完全符合實驗最初設(shè)計要求，電路設(shè)計連接成功。</p><p><b&g

26、t;　　結(jié)論</b></p><p>　　接通電源，開關(guān)打到預(yù)置端，倒計時數(shù)碼管顯示30。主持人撥動開關(guān)后，倒計時電路開始從30秒倒數(shù)，8路觸點開關(guān)處于待命狀態(tài)。若有選手按下所在開關(guān)（搶答），搶答電路顯示選手所在編碼（0～7），倒計時電路停止計時。同時其他選手所在的開關(guān)被鎖定，搶答無效。如果30秒倒計時結(jié)束后仍無人搶答，LED燈熄滅，倒計時電路鎖定為00，搶答不再有效。</p><

27、p>　　這時只需主持人重新將開關(guān)打到預(yù)置段，整個電路全部回到初態(tài)。準備進行下一輪搶答。</p><p><b>　　性價比</b></p><p>　　本實驗設(shè)計電路結(jié)構(gòu)簡單明了，元器件價格低廉，易獲取，且運行可靠。本實驗可實現(xiàn)性較高，性價比較高。</p><p>　　課設(shè)體會及合理化建議</p><p>　　剛開

28、始覺得這次課程設(shè)計的電路是比較復(fù)雜的。初期還是感到無從下手。這是我再一次接觸multisim軟件，熟練以后十分順手。在整個電路的設(shè)計過程中，花費時間最多的是各個單元電路的連接及電路的細節(jié)設(shè)計上，在多種方案的選擇中，我仔細比較分析其原理以及可行的原因，最后還是在通多次對電路的改進，上機仿真以及接線調(diào)試，終于使整個電路可穩(wěn)定工作。設(shè)計過程中，我深刻的體會到在設(shè)計過程中，需要反復(fù)實踐，其過程很可能相當(dāng)煩瑣，有時花很長時間設(shè)計出來的電路還是需要

29、重做，那時心中未免有點灰心，有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查找原因。設(shè)計思路是最重要的，只要你的設(shè)計思路是成功的，那你的設(shè)計已經(jīng)成功了一半。因此我們應(yīng)該在設(shè)計前做好充分的準備，像查找詳細的資料，為我們設(shè)計的成功打下堅實的基礎(chǔ)。</p><p>　　設(shè)計單元電路階段，這個階段可以說是考察數(shù)電書本知識的階段。所有的設(shè)計方法還有步驟在數(shù)電書上都有，而且還有例題。這個階段遇到的主要問題就是以前的知識忘記不少，所以

30、做設(shè)計的時候要常隨手翻閱課本，等于是做了幾道數(shù)電作業(yè)題。這個階段的難度也不是很大，一般翻課本就可以找到答案并解決問題。</p><p>　　實驗階段可以說是這次設(shè)計中最重要的部分，因為以前的只是理論而不是真正的實體。所以說它是最重要的。實驗階段遇到的問題有：對軟件不熟悉；對實驗過程中信號的測量知識學(xué)習(xí)很少；因為各個模塊是分開做而后又組裝到一起的，所以兼容性不是很好（也就是不能融合為一個整體，部分工作能行但是接到一

31、起就會出現(xiàn)問題）;針對以上幾個問題我作出了以下的“對策”:軟件不熟悉，就借來參考書，一步一步的對著學(xué)，而且老師給的資料上也有軟件的使用說明，所以隨著接觸的增加軟件也就越來越熟悉，這方面的問題不是太難因為一邊理論一邊學(xué)習(xí)正好是學(xué)習(xí)的好方法，而且也學(xué)的特別快。另外就是要熟練地掌握課本上的知識，這樣才能對試驗中出現(xiàn)的問題進行分析解決。這是應(yīng)用課本知識的大好時機。</p><p>　　總之，通過這次課程設(shè)計我有了很多收獲

32、。在摸索該如何設(shè)計電路使之實現(xiàn)所需功能的過程中，特別有趣，培養(yǎng)了我的設(shè)計思維，增強了動手能力。在改進電路的過程中，同學(xué)們共同探討，最后的電路已經(jīng)比初期設(shè)計有了很大提高。在讓我體會到了設(shè)計電路的艱辛的同時，更讓我體會到成功的喜悅和快樂。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　1.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》 范文兵 清華大學(xué)出版社 2007</

33、p><p>　　2.《數(shù)字電路邏輯設(shè)計（第三版）》 王毓銀 高等教育出版社 2005</p><p>　　3.《數(shù)字電路實驗基礎(chǔ)》 崔葛瑾 同濟大學(xué)出版社 2005</p><p>　　4.《數(shù)字電路實驗與課程設(shè)計》 呂思忠、施齊云 哈爾濱工程大學(xué)出版社 2001</p><p>　　5.《Multsim9在電工電子技術(shù)中的應(yīng)用》 董玉冰 清華大