八路搶答器設(shè)計(jì)論文

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1、 編 號： 審定成績： XXXX大學(xué) 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 設(shè)計(jì)（論文）題目： 單片機(jī)數(shù)字搶答器的實(shí)現(xiàn) 學(xué) 院 名 稱 ： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 學(xué) 生 姓 名 ： X X 專 業(yè) ： 計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè) 班 級 ： 0490xxx 學(xué) 號 ： 0610xxxx 指 導(dǎo) 教 師 ： X X X 答辯組

2、負(fù)責(zé)人 ： 填表時(shí)間： 2009 年 5 月 XXXX大學(xué)教務(wù)處 目 錄 引言……………………………………………………………1 第一章 設(shè)計(jì)任務(wù)…………………………………………………2 （1） 設(shè)計(jì)要求……………………………………………………2 （2） 功能要求……………………………………………………3 第二章 主要器件介紹……………………………………………4（1） 74LS148 ……………………………………………………4 （2） 74LS48………………………………………………………5（3） 74LS192及74LS00…………………………………………

3、6 （4） 74LS121及74LS279…………………………………………7 （5） NE555及74LS11…………………………………………8 第三章 設(shè)計(jì)方案…………………………………………………9 （1） 搶答功能設(shè)計(jì)……………………………………………9 （2） 定時(shí)功能設(shè)計(jì)及其總方案………………………………11 第四章 電路實(shí)現(xiàn)及電路調(diào)試…………………………………15第五章 結(jié)論……………………………………………………16 第六章 參考文獻(xiàn)………………………………………………17 附錄1…………………………………………………………17

4、 引言 數(shù)字電路產(chǎn)品在生活中有著極其廣泛的應(yīng)用，包括計(jì)算機(jī)、數(shù)字通信、智能儀器儀表、自動(dòng)控制及航天等領(lǐng)域中。這些給人們帶來了生活，工作等方面帶來了極大的方便。工廠、學(xué)校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答器是必要設(shè)備。在我校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斷選手的答題權(quán)，這在某種程度上會因?yàn)橹鞒秩说闹饔^誤斷造成比賽的不公平性。為解決

5、這個(gè)問題，我們小組準(zhǔn)備就本次課設(shè)的機(jī)會制作一個(gè)低成本但又能滿足學(xué)校需要的八路數(shù)顯搶答器。搶答器在比賽等場合中不可缺少的設(shè)備。本文就是從數(shù)字電路芯片的功能簡介開始，利用功能不同的數(shù)字電路芯片的組合來實(shí)現(xiàn)多路搶答器的功能。首先簡要的介紹了數(shù)字電路的發(fā)展和演變。然后介紹幾個(gè)主要集成芯片的管腳功能和用法。最后介紹多路搶答器的原理和設(shè)計(jì)過程?？偨Y(jié)與改進(jìn)部分，講一些電路在實(shí)際設(shè)計(jì)調(diào)試中的不足，并加以改進(jìn)。智力競賽是一種生動(dòng)活潑的教育方式，而搶答就是智力競賽中非常常見的一種答題方式。搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時(shí)間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學(xué)知識和生活常識。但是，在這類比賽中，對于誰先誰后

6、搶答，在何時(shí)搶答，如何計(jì)算答題時(shí)間等等問題，若是僅憑主持人的主觀判斷，就很容易出現(xiàn)誤判。所以，我們就需要一種具備自動(dòng)鎖存，置位，清零等功能智能搶答器來解決這些問題。 第第一章 設(shè)計(jì)任務(wù) （1）設(shè)計(jì)要求 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74LS192十進(jìn)制加/減計(jì)數(shù)器設(shè)計(jì)搶答器的定時(shí)部分，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖電路提供。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

7、路由74LS121產(chǎn)生。。采用七段共陰極LED數(shù)碼管顯示搶答序號和定時(shí)時(shí)間，由74LS48數(shù)字顯示譯碼管顯示數(shù)碼管。 設(shè)計(jì)器材統(tǒng)計(jì)如下表：（設(shè)計(jì)中些基本的器材則實(shí)驗(yàn)室提供） 74LS48 3個(gè) 電阻68 KΩ 1個(gè) 74LS121 1個(gè) 電阻510Ω 2個(gè) 74LS148 1個(gè) 電容10uF 2個(gè) 74LS192 2個(gè) 電容0.1uF 1個(gè) 74LS279 1個(gè) 電容100uF 1個(gè) NE555 2個(gè) 發(fā)光二極管 2個(gè) 電阻1 KΩ 1個(gè) 按鍵開關(guān) 9個(gè) 電阻10 KΩ 9

8、個(gè) 共陰數(shù)碼管 3個(gè) 電阻15 KΩ 1個(gè) 74LS00 1個(gè) 電阻4.7 KΩ 1個(gè) 74LS11 1個(gè) 電阻5.1 KΩ 1個(gè) 三極管3DG12 1只 電阻100 KΩ 1個(gè) （2）功能要求 將主要設(shè)計(jì)一個(gè)供八人使用的定時(shí)搶答器，他要實(shí)現(xiàn)以下主要功能：（1）為8位參賽選手各提供一個(gè)搶答按鈕，分別編號S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；（2）主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開始；（3）搶答器要有數(shù)據(jù)鎖存與顯示的功能。搶答開始后，若有任何一名選手按動(dòng)搶答按鈕，則要顯示其編號至系統(tǒng)被主持人清零，

9、并且揚(yáng)聲器發(fā)生提示，同時(shí)其他人再按對應(yīng)按鈕無效；（4）搶答器要有自動(dòng)定時(shí)功能，并且一次搶答時(shí)間由主持人任意設(shè)定。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后，定時(shí)器自動(dòng)減計(jì)時(shí)，并在顯示器上顯示。同時(shí)揚(yáng)聲器上發(fā)出短暫聲響；（5）參賽選手只有在設(shè)定時(shí)間內(nèi)搶答方為有效搶答。若搶答有效，則定時(shí)器停止工作，并且顯示搶答開始時(shí)間直到系統(tǒng)被清零；（6）若設(shè)定時(shí)間內(nèi)無選手進(jìn)行搶答（按對應(yīng)按鈕），則系統(tǒng)短暫報(bào)警，并且禁止選手超時(shí)搶答，定時(shí)器上顯示00。 數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊(duì)的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動(dòng)報(bào)警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時(shí)電路和譯碼

10、電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。利用本次設(shè)計(jì)出的電路制造成的定時(shí)搶答器，即可輕松實(shí)現(xiàn)在8人或8個(gè)代表隊(duì)之間進(jìn)行的搶答比賽中進(jìn)行控制，使得這一活動(dòng)更加趣味、公平。

11、 第二章 主要器件介紹 （1） 74LS148 74LS148優(yōu)先編碼器 （a） 符號圖 (b) 管腳圖 74LS148的功能表： 輸 入 輸

12、 出 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

13、 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 （2）74LS48

14、74LS48符號圖和管腳圖 （a）符號圖 （b）管腳圖 顯示譯碼器74LS48的功能表： （3）74LS192及74LS00 74LS192管腳圖 74ls192功能表： 輸入 輸出 MR P3 P2 P1 P0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 0 0 0 0 0 0 d c b a d c b a 0 1 1 加計(jì)數(shù) 0

15、1 1 減計(jì)數(shù) 74LS00管腳圖及其功能表： （4）74LS121及74LS279 74LS121管腳圖及其功能表： 74LS279管腳圖及其功能表： 74LS279進(jìn)行反碼和鎖存作用 （5）NE555及74LS11 NE555管腳圖： 74LS11管腳圖及其真值表: Y=ABC Input Output A B C Y X X L L X L X L L X X L

16、 H H H H 第三章 設(shè)計(jì)方案 （1）搶答功能設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)電路如圖1所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。該電路主要完成兩個(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，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?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(shí)，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸

17、出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）＝0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于"開始"時(shí)，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(shí)（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端) =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(biāo)志端（圖中5號端）＝１，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí)，74LS148的 此時(shí)由于仍為CTR＝１，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）＝１，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時(shí)輸入信號，保證

18、了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置"清除"然后再進(jìn)行下一次搶答。 圖1 輸入端（按鍵）真值表如下圖2： （2）定時(shí)功能設(shè)計(jì)及其總方案 定時(shí)原理及設(shè)計(jì)（圖3）：該部分主要由555定時(shí)器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192減法計(jì)數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個(gè)7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實(shí)現(xiàn)減法計(jì)數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時(shí)鐘信號由時(shí)鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實(shí)現(xiàn)預(yù)置數(shù)，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，通過預(yù)置時(shí)間電路對計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置

19、，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計(jì)數(shù)器開始減法計(jì)數(shù)工作，并將時(shí)間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時(shí)，停止計(jì)數(shù)并顯示此時(shí)的倒計(jì)時(shí)時(shí)間；如果沒有人搶答，且倒計(jì)時(shí)時(shí)間到時(shí)， 輸出低電平到時(shí)序控制電路，控制報(bào)警電路報(bào)警，同時(shí)以后選手搶答無效。下面結(jié)合圖4具體講一下標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖產(chǎn)生電路的原理。結(jié)合圖3，圖中電容C的放電時(shí)間和充電時(shí)間分別為 于是從NE555的3端輸出的脈沖的頻率為 結(jié)合我們的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)及考慮到元器件的成本，我們選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到振蕩頻率fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］中即得 ，即秒脈沖。

20、 總方案如下： 總方案電路包括四部分：前面具體講了兩部分，下面是報(bào)警和時(shí)序控制電路圖。 報(bào)警電路圖： 由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路如圖1.5所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］，其輸出信號經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。PR為控制信號，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。 時(shí)序控制電路圖： 時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能： ①主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。 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。 ③當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到

21、，無人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。 總框圖如下： 1. 搶答器具有定時(shí)搶答功能，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動(dòng)"開始"鍵后，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí)。 2. 參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時(shí)器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 3.如果定時(shí)時(shí)間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答，定時(shí)顯示器上顯示00。 對于總體方框圖則只要：（1）將圖1中74LS279的1，5，10，14引腳任意一腳與圖3中任一74LS192的11引腳相連（說明：圖2中74LS279的13引腳輸出CT

22、R信號）；（2）將圖1中輸入74LS148中5引腳信號撤掉換成 74LS279中13引腳輸出的CTR信號經(jīng)一非門與圖3中74LS192的13引腳輸出的信號經(jīng)一與非門輸出的信號。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到"清零"狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開關(guān)置;開始"狀態(tài)，宣布"開始"搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚(yáng)聲器提示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)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)。

23、 第四章 電路實(shí)現(xiàn)及電路調(diào)試 3塊實(shí)驗(yàn)電路板分別做成數(shù)字搶答器電路、可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路、報(bào)警電路及時(shí)序控制電路，根據(jù)EWB仿真電路及工程上的可操作性布置芯片、元件、導(dǎo)線等?？梢酝ㄟ^很多電路仿真軟件進(jìn)行，通過對以上進(jìn)行了解，到仿真電路中去（例如：multisim），以上都可以很好的實(shí)現(xiàn)其功能 電路調(diào)試:（針對搶答功能） 第1點(diǎn)（圖1）：依次按S0至S7鍵，每按完進(jìn)行清除，達(dá)到數(shù)碼管（顯示選手號碼）顯示的數(shù)字一一與按鍵對應(yīng)，達(dá)到效果，反之，查找問題所在：第2點(diǎn)（總體方案）：模擬搶答過程，（1）預(yù)設(shè)時(shí)間倒記時(shí)開始，依次按S0至S7鍵數(shù)碼管（顯示選手號碼）沒有數(shù)字顯示并且報(bào)警發(fā)

24、光二極管亮起表示成功，有則找出問題所在：（2）倒記時(shí)結(jié)束，搶答開始，同時(shí)或者只按S0至S7任意鍵，發(fā)光二極管亮起，數(shù)碼管顯示號碼，在把所有鍵依次按一遍看顯示號碼會不會改變，不改變則完成調(diào)試，反之則找出問題。 第五章 結(jié)論 搶答器豐富了我們的生活，社會中本來就充滿著競爭。只是沒有很明顯的表現(xiàn)出來，通過運(yùn)用它我們可以很好的證明自己的膽識和自信，所以做起搶答器來，也很想去了解它，對于八路搶答器原理也只是幾個(gè)芯片的合成體，也沒什么復(fù)雜性，所以很好的做出來，但實(shí)踐中就有些小小的麻煩，就是電壓在實(shí)踐中很難把握。 總之，這次實(shí)踐是非常成功的，我們追求的是理論與實(shí)踐并存，

25、課程設(shè)計(jì)就很好的為大學(xué)生表現(xiàn)自己綜合能力提供有力的平臺。實(shí)踐中有很多電路原理弄不清楚，這說明學(xué)的不太好，從中也反映了我們在那些知識的不足，我們也應(yīng)通過老師和自己查資料彌補(bǔ)，這是理想的學(xué)習(xí)過程。 第六章 參考文獻(xiàn) [1] 康華光，《電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分（第四版）》[Ｍ]，北京：高等教育出版社，2003． [2] 李廣弟，《單片機(jī)基礎(chǔ)》[M]，北京：北航出版社，2001． [3] 梁超，一款基于單片機(jī)技術(shù)的電子搶答器[J ]，機(jī)電工程技術(shù)，2005，34 (1)． [4] 李朝青，單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M]，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1999． [5] 齊向東，多功能數(shù)字顯示搶答器[J ] . 黃石高等專科學(xué)院學(xué)報(bào)，1996． 附錄1：數(shù)碼管引腳圖 圖1 數(shù)碼管引腳圖 8421BCD碼對應(yīng)顯示圖 - 19 -