1、<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　第1章 概 述1</b></p><p><b>　　1.1前言1</b></p><p>　　第2章 總體方案設計3</p><p>　　2.1系統(tǒng)設計方案3</p><p&

2、gt;　　2.2系統(tǒng)設計框圖3</p><p>　　第3章 單元電路設計4</p><p>　　3.1總電路的設計4</p><p>　　3.2秒脈沖產(chǎn)生電路設計5</p><p>　　3.3搶答電路設計5</p><p>　　3.4定時電路設計7</p><p>　　3.5控制電路

3、設計7</p><p>　　3.6報警電路設計8</p><p>　　3.7譯碼、顯示電路設計9</p><p>　　第4章 電路的仿真10</p><p><b>　　總 結(jié)14</b></p><p><b>　　參考文獻15</b></p>&

4、lt;p>　　附 錄 元器件清單16</p><p><b>　　第1章 概 述</b></p><p><b>　　1.1前言 </b></p><p>　　搶答器在知識競賽、文體娛樂活動（搶答賽活動）中，能準確、公正、直觀地判斷出搶答者的座位號。傳統(tǒng)搶答器只是大概判斷出搶答成功或犯規(guī)選手臺號，無法顯示出每個選手

5、的搶答時間。而今搶答器可以通過數(shù)據(jù)來說明裁決結(jié)果的準確性、公平性。使比賽大大增加了娛樂性的同時，也更加公平、公正。</p><p>　　本課程設計主要設計一個六人搶答器電路。此搶答器需要滿足在搶答過程中的實際功能。首先我們必須了解一下在一般比賽中的搶答規(guī)則。在主持說開始搶答后（題目已公布），選手開始搶答，第一名搶答的選手有效，其余的在搶答無效，在回答對問題后給于相應的加分。如在規(guī)定的時間后沒有人搶答，則需要說搶答

6、超時，即在搶答無效。若主持人沒有說搶答開始，就開始搶答則屬于犯規(guī)行為，搶答無效，并且一般還要給于提醒或扣分處罰。</p><p>　　所以我們將電路的功能設計如下：</p><p>　　在主持人說開始搶答后，即主持人打開搶答開關后，如果有選手按鍵，則顯示選手號碼，并且鎖存，當然要保證，在此之后其他選手再次按鍵搶答器則不再顯示選手號碼，即在第一名選手按鍵后的其他選手再按鍵無效。若在主持人說開

7、始搶答后在一定的時間內(nèi)沒有人按鍵搶答則要有報警，以示時間超時，此時主持人可以將搶答機會交給現(xiàn)場的其他觀眾。而在主持人沒有說搶答開始，有人按鍵則電路報警，同時顯示犯規(guī)選手的號碼。當主持人將開關由開始搶答打到關閉搶答時，要將電路復位。</p><p>　　在本次課程設計中要求如下：</p><p>　　1、具有搶答開始后20秒倒計時，20秒倒計時后無人搶答顯示超時，并報警；</p>

8、<p>　　2、能顯示超前搶答臺號并顯示犯規(guī)報警；</p><p>　　3、系統(tǒng)復位后進入搶答狀態(tài)，當有一路搶答鍵按下，該路搶答信號將其余各路搶答信號封鎖，同時鈴聲響起，直至該路按鍵松開，顯示牌顯示該路搶答臺號。</p><p>　　在了解搶答器電路要完成的功能之后，我通過翻閱《模擬電子技術基礎》、《數(shù)字電子技術基礎》、《電子技術課程設計實用教程》、《電子技術基礎實驗與課程設

9、計》和《電子技術課程設計指導》等書，以及到各大學科網(wǎng)站翻閱資料。</p><p>　　其電路主要包括如下幾部分：</p><p>　　1、輸入搶答鎖定電路、搶答者序號編碼、譯碼電路和顯示電路；</p><p>　　2、定時電路、聲光報警電路；</p><p>　　3、控制邏輯電路、起動、復位電路；</p><p>　　

10、4、犯規(guī)電路、超時報警電路等。</p><p>　　通過課本中的知識及翻閱資料可知，搶答鎖存電路要用到芯片74LS279（R-S觸發(fā)器），搶答者序號編碼要用到74LS148（8線-3線優(yōu)先編碼器），譯碼電路要用到74LS48（BCD七段譯碼驅(qū)動器），而顯示電路要用到共陰極八段數(shù)碼管，計時電路要用到74LS192（同步十進制可加\減計數(shù)器），當然要用到一些電阻和電容要通過計算獲得。</p><p

11、>　　利用以上芯片在完成各單元主要功能之后，將電路系統(tǒng)的連接起來，來完成電路的整體功能。當然每一部分電路可以分單獨完成自己的功能，但不代表當將它們連接起來后就能完成總體功能，需要將其調(diào)試。</p><p>　　第2章 總體方案設計</p><p><b>　　2.1系統(tǒng)設計方案</b></p><p>　　設計一個具有計時、鎖存、顯示、報

12、警、復位等基本功能的六人搶答器，主要由編碼譯碼電路（帶鎖存功能）、定時電路、時序控制電路、報警電路等組成。</p><p><b>　　2.2系統(tǒng)設計框圖</b></p><p>　　圖2-1 六人搶答器系統(tǒng)框圖</p><p>　　如圖2-1為系統(tǒng)框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關撥到“清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈

13、，定時器顯示設定時間；主持人將開關置為“開始”狀態(tài)，宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計時。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。當一輪搶答之后，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。</p><p>　　第3章 單元電路設計</p><p><b>　　3.1總電路的設計</b&

14、gt;</p><p>　　搶答器具有定時搶答的功能，且一次搶答的時間為20秒。當節(jié)目主持人啟動“開始”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示。</p><p>　　參加選手在未開始搶答時按下?lián)尨疰I，則犯規(guī)。顯示器上顯示選手的編號,并報警。 </p><p>　　參加選手在設定的時間內(nèi)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

15、到主持人將系統(tǒng)清零為止。 </p><p>　　如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。</p><p>　　圖3-1 六人搶答器原理總圖</p><p>　　3.2秒脈沖產(chǎn)生電路設計</p><p>　　設計電路見圖3-2所示。由555定時器構成的多諧振蕩器是數(shù)字鐘的核心部分，需要由它產(chǎn)生C

16、LK信號控制著計數(shù)器的計數(shù)。振蕩器的穩(wěn)定性及頻率的精確度決定了數(shù)字鐘計時的準確程度，一般來說555產(chǎn)生出來的秒脈沖不太穩(wěn)定，所以我們需要在555定時器的5角處連一個C（10nf)的電容，達到精確及保護電路的作用，用555定時器組成多諧振蕩器輸出方波脈沖。</p><p>　　圖3-2 555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路圖</p><p><b>　　3.3搶答電路設計</b>

17、</p><p>　　設計電路見圖3-3所示。電路選用優(yōu)先編碼器74LS148,74LS48,LED數(shù)碼管和鎖存器74LS279來完成。</p><p>　　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：開關從右到右左，分別是J1、J2、J3、J4、J5、

18、J6。最左邊雙向開關J9，當J9一端閉合接地時，行使的是預置數(shù)功能，當J9一端處于懸空時，整個搶答電路開始工作，如果J1到J6開關有閉合的,數(shù)碼管會顯示閉合開關的編號,當有選手將搶答按鍵按下時（如按下J1），74LS148的輸出經(jīng)74LS48譯碼器接到七段顯示電路處于工作狀態(tài)，1Q2Q3Q=001,經(jīng)譯碼顯示為“2”。此外，4Q＝1，使74LS148優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）＝1，處于禁止狀態(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當按鍵松開時，此

19、時由于4Q仍為1，使優(yōu)先編碼工作標志端為1，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。如有再次搶答需由主持人將J9開關重新置為接地后再懸空，搶答方能再次開始。</p><p>　　圖3-3 搶答電路設計電路圖</p><p><b>　　3.4定時電路設計</b></p><p>　　該部分主要由55

20、5定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制可逆計數(shù)器74LS192、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關電路組成。具體電路如圖3-4所示。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74LS192的預置數(shù)控制端由主持人控制開關J9實現(xiàn)預置數(shù)，當主持人端為低電平時,74LS192置數(shù);當主持人端為高電平時,電路開始倒計時。當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒

21、計時時間到時，輸出低電平到時序控制電路，之后選手搶答無效,并報警。</p><p>　　圖3-4 定時電路設計電路圖</p><p><b>　　3.5控制電路設計</b></p><p>　　控制電路如圖3-5所示，控制電路由定時電路和搶答電路共同構成。</p><p>　　定時部分的控制電路：由555芯片構成多諧振蕩

22、電路 ,74LS192的借位端經(jīng)反相器的輸出信號與555的輸出信號相或，輸出的信號再與74LS148的15號管腳的輸出信號或非。當借位端經(jīng)反相器的輸出信號和74LS148的15號管腳的輸出信號都為低電平時，74LS192的輸入脈沖根據(jù)555的輸出信號變化；當借位端經(jīng)反相器的輸出信號和74LS148的15號管腳的輸出信號都為高電平時，74LS192的輸入脈沖被鎖定在低電平，由于74LS192是由上升沿觸發(fā)，當為低電平時，電路停止工作。&l

23、t;/p><p>　　搶答部分的控制電路：搶答部分的控制電路由兩個輸入信號組成，一是74LS279的4Q端輸出信號，二是74LS192的借位端經(jīng)反相器的輸出信號。兩個信號中，只要有一個信號為高電平，電路就停止工作。當?shù)褂嫊r到零還沒人搶答時，74LS192的借位端輸出一個電平，經(jīng)反相后，為高電平，電路停止工作。當?shù)褂嫊r還沒到零時，有人搶答，74LS279的4Q端輸出高電平信號，電路停止工作。</p>&l

24、t;p>　　圖3-5 控制電路設計電路圖</p><p><b>　　3.6報警電路設計</b></p><p>　　如圖3-6所示，由三極管、LED以及蜂鳴報警器共同構成報警電路，當外界給予一個報警信號，由三極管控制LED發(fā)光和蜂鳴報警器的鳴叫報警。</p><p>　　圖3-6 報警電路設計電路圖</p><p&g

25、t;　　3.7譯碼、顯示電路設計</p><p>　　該部分是由譯碼器74LS48和一個共陰極7段顯示器組成，主要完成數(shù)字的顯示和譯碼功能，直觀的反應電路的搶答器功能。通過顯示管的顯示，從而判斷電路的工作狀況，其工作狀況如3-7原理圖所示。</p><p>　　圖3-7 譯碼顯示電路圖</p><p><b>　　第4章 電路的仿真</b>&l

26、t;/p><p>　　啟動Multism仿真軟件，對該電路進行仿真，從圖4-1可以看到整體的電路結(jié)構，由于此時仿真沒有開始，所有電路都處于關閉狀態(tài)。</p><p>　　圖4-1總體電路仿真圖</p><p>　　如圖4-2所示，J9開關撥向接地端，搶答并未開始，倒計時始終顯示20秒，此時J4開關閉合處于超前搶答，LED1發(fā)光蜂鳴器報警，并且搶答電路顯示器顯示超前搶答號

27、數(shù)“4”。</p><p>　　圖4-2 電路超前搶答報警，顯示超強搶答組數(shù)</p><p>　　如圖4-3所示，將J9開關撥向懸空端，六人搶答器此時可以搶答且倒計時開始，當?shù)褂嫊r顯示到第17秒時，因為沒有人搶答，所以搶答器繼續(xù)工作，倒計時繼續(xù)。</p><p>　　圖4-3 已開始搶答，但過了3秒后還沒人搶答，系統(tǒng)正在倒計時</p><p>

28、;　　如圖4-4所示，倒計時顯示到15秒時，J5開關閉合，第五組搶到該題，因此搶答電路顯示器顯示該組數(shù)“5”，此時倒計時停止，LED1發(fā)光二極管發(fā)光且蜂鳴報警器發(fā)出蜂鳴聲。</p><p>　　圖4-4 答題開始5秒后，第五組搶到該題，倒計時停止</p><p>　　如圖4-5所示，當?shù)谖褰M搶到該題時，電路鎖死，第三組在第五組后雖然也按下?lián)尨鹌靼粹o，但是此時電路只記憶第五組，故不顯示第三組

29、臺號。</p><p>　　圖4-5 第五組搶答后電路鎖死，第三組按下?lián)尨鹌鳠o效</p><p>　　如圖4-6所示，搶答開始直至倒計時結(jié)束也無人搶答該題，此時電路顯示報警，發(fā)光二極管LED1發(fā)光且蜂鳴報警器發(fā)出蜂鳴聲。</p><p>　　圖4-6 倒計時結(jié)束無人搶答該題，電路報警</p><p><b>　　總 結(jié)</b&

30、gt;</p><p>　　本次六人搶答器的設計，搶答器采用74LS148來實現(xiàn)搶答器的選號，采用74LS279芯片實現(xiàn)對號碼的鎖存，采用74LS192實現(xiàn)十進制的減法計數(shù)，采用555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號來共同實現(xiàn)倒計時功能，采用PNP型三極管2N2222來實現(xiàn)報警信號的輸出。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有復位、計時和報警功能。主持人通過開關開啟20秒倒計時開始搶答，系統(tǒng)將完成自動倒計時。若在規(guī)定的時間內(nèi)有

31、人搶答，則計時將自動停止，鎖定當前搶答電路，保證搶答的優(yōu)先性；若在規(guī)定的時間內(nèi)無人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響并且發(fā)光二極管發(fā)光，提示主持人本輪搶答無效，實現(xiàn)報警功能，若超過搶答時間則搶答無效。</p><p>　　在用Multisim仿真過程中發(fā)現(xiàn)，555芯片產(chǎn)生的秒脈沖信號并不是特別穩(wěn)定，計時準確性并不是很高，通過不斷計算調(diào)整電容和電阻的值，使得多諧振蕩器穩(wěn)定性及頻率的精確度達到一個比較優(yōu)的水平，大幅提高了數(shù)

32、字鐘的計數(shù)準確度。最開始的計劃是將超前搶答報警顯示用一個單獨共陰極七段數(shù)碼管進行顯示，但是發(fā)現(xiàn)電路就會變得特別復雜，后來經(jīng)過不斷精簡改進才取消掉這一電路，用一個數(shù)碼管能顯示搶答顯示和超前搶答報警顯示。</p><p>　　本實驗需要實現(xiàn)的功能較多，需要用到的電路知識也比較全面。我最開始制定的目標便是分塊完成各個功能，最后再匯總。通過在網(wǎng)上搜索近似功能電路、查看部分電路參考，我們首先用Multisim對各分塊電路進

33、行仿真，有問題一個一個突破，保證分支部分不出錯誤，在設計中加深了對數(shù)電、模電、Multisim和Altium Designer的應用。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 童詩白，華成英.模擬電子技術基礎(第四版)[M].北京：高等教育出版社，2006.</p><p>　　[2] 閻石. 數(shù)字電子技術基礎

34、(第五版) [M].北京：高等教育出版社，2008.</p><p>　　[3] 陳明義. 電子技術課程設計實用教程(第3版) [M]. 長沙：中南大學出版社，2010.</p><p>　　[4] 高吉祥. 電子技術基礎實驗與課程設計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002.</p><p>　　[5] 韓建，全星慧，周圍.電子技術課程設計指導[M].哈爾濱：哈爾濱