八路搶答器設(shè)計論文

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

2、負責人 ： 填表時間： 2009 年 5 月 XXXX大學教務(wù)處 目 錄 引言……………………………………………………………1 第一章 設(shè)計任務(wù)…………………………………………………2 （1） 設(shè)計要求……………………………………………………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)計方案…………………………………………………9 （1） 搶答功能設(shè)計……………………………………………9 （2） 定時功能設(shè)計及其總方案………………………………11 第四章 電路實現(xiàn)及電路調(diào)試…………………………………15第五章 結(jié)論……………………………………………………16 第六章 參考文獻………………………………………………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，包括計算機、數(shù)字通信、智能儀器儀表、自動控制及航天等領(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)常看到有搶答的環(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為主持人的主觀誤斷造成比賽的不公平性。為解決

5、這個問題，我們小組準備就本次課設(shè)的機會制作一個低成本但又能滿足學校需要的八路數(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)計過程。總結(jié)與改進部分，講一些電路在實際設(shè)計調(diào)試中的不足，并加以改進。智力競賽是一種生動活潑的教育方式，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，并且能在極短的時間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學知識和生活常識。但是，在這類比賽中，對于誰先誰后

6、搶答，在何時搶答，如何計算答題時間等等問題，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)計任務(wù) （1）設(shè)計要求 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74LS192十進制加/減計數(shù)器設(shè)計搶答器的定時部分，計數(shù)器的時鐘脈沖電路提供。采用555定時器和三極管構(gòu)成報警電路，時序控制電

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時間，由74LS48數(shù)字顯示譯碼管顯示數(shù)碼管。 設(shè)計器材統(tǒng)計如下表：（設(shè)計中些基本的器材則實驗室提供） 74LS48 3個 電阻68 KΩ 1個 74LS121 1個 電阻510Ω 2個 74LS148 1個 電容10uF 2個 74LS192 2個 電容0.1uF 1個 74LS279 1個 電容100uF 1個 NE555 2個 發(fā)光二極管 2個 電阻1 KΩ 1個 按鍵開關(guān) 9個 電阻10 KΩ 9

8、個 共陰數(shù)碼管 3個 電阻15 KΩ 1個 74LS00 1個 電阻4.7 KΩ 1個 74LS11 1個 電阻5.1 KΩ 1個 三極管3DG12 1只 電阻100 KΩ 1個 （2）功能要求 將主要設(shè)計一個供八人使用的定時搶答器，他要實現(xiàn)以下主要功能：（1）為8位參賽選手各提供一個搶答按鈕，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、并且揚聲器發(fā)生提示，同時其他人再按對應(yīng)按鈕無效；（4）搶答器要有自動定時功能，并且一次搶答時間由主持人任意設(shè)定。當主持人啟動“開始”鍵后，定時器自動減計時，并在顯示器上顯示。同時揚聲器上發(fā)出短暫聲響；（5）參賽選手只有在設(shè)定時間內(nèi)搶答方為有效搶答。若搶答有效，則定時器停止工作，并且顯示搶答開始時間直到系統(tǒng)被清零；（6）若設(shè)定時間內(nèi)無選手進行搶答（按對應(yīng)按鈕），則系統(tǒng)短暫報警，并且禁止選手超時搶答，定時器上顯示00。 數(shù)字搶答器由主體電路與擴展電路組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼

10、電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴展電路。利用本次設(shè)計出的電路制造成的定時搶答器，即可輕松實現(xiàn)在8人或8個代表隊之間進行的搶答比賽中進行控制，使得這一活動更加趣味、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 加計數(shù) 0

15、1 1 減計數(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)計方案 （1）搶答功能設(shè)計 設(shè)計電路如圖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

17、出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）＝0，使之處于工作狀態(tài)。當開關(guān)S置于"開始"時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當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(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。當按鍵松開即按下時，74LS148的 此時由于仍為CTR＝１，使優(yōu)先編碼工作標志端（圖中5號端）＝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

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"然后再進行下一次搶答。 圖1 輸入端（按鍵）真值表如下圖2： （2）定時功能設(shè)計及其總方案 定時原理及設(shè)計（圖3）：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個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。74192的預(yù)置數(shù)控制端實現(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)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進行預(yù)置

19、，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，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，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。下面結(jié)合圖4具體講一下標準秒脈沖產(chǎn)生電路的原理。結(jié)合圖3，圖中電容C的放電時間和充電時間分別為 于是從NE555的3端輸出的脈沖的頻率為 結(jié)合我們的實際經(jīng)驗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，下面是報警和時序控制電路圖。 報警電路圖： 由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖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)三極管推動揚聲器。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。 時序控制電路圖： 時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能： ①主持人將控制開關(guān)撥到"開始"位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進入正常搶答工作狀態(tài)。 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。 ③當設(shè)定的搶答時間到

21、，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。 總框圖如下： 1. 搶答器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當主持人啟動"開始"鍵后，定時器進行減計時。 2. 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進行搶答，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的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。 3.如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示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)，搶答器處于禁止狀態(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；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)。

23、 第四章 電路實現(xiàn)及電路調(diào)試 3塊實驗電路板分別做成數(shù)字搶答器電路、可預(yù)置時間的定時電路、報警電路及時序控制電路，根據(jù)EWB仿真電路及工程上的可操作性布置芯片、元件、導線等。可以通過很多電路仿真軟件進行，通過對以上進行了解，到仿真電路中去（例如：multisim），以上都可以很好的實現(xiàn)其功能 電路調(diào)試:（針對搶答功能） 第1點（圖1）：依次按S0至S7鍵，每按完進行清除，達到數(shù)碼管（顯示選手號碼）顯示的數(shù)字一一與按鍵對應(yīng)，達到效果，反之，查找問題所在：第2點（總體方案）：模擬搶答過程，（1）預(yù)設(shè)時間倒記時開始，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）倒記時結(jié)束，搶答開始，同時或者只按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芯片的合成體，也沒什么復(fù)雜性，所以很好的做出來，但實踐中就有些小小的麻煩，就是電壓在實踐中很難把握。 總之，這次實踐是非常成功的，我們追求的是理論與實踐并存，

25、課程設(shè)計就很好的為大學生表現(xiàn)自己綜合能力提供有力的平臺。實踐中有很多電路原理弄不清楚，這說明學的不太好，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，這是理想的學習過程。 第六章 參考文獻 [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，《單片機基礎(chǔ)》[M]，北京：北航出版社，2001． [3] 梁超，一款基于單片機技術(shù)的電子搶答器[J ]，機電工程技術(shù)，2005，34 (1)． [4] 李朝青，單片機原理及接口技術(shù)[M]，北京：北京航空航天大學出版社，1999． [5] 齊向東，多功能數(shù)字顯示搶答器[J ] . 黃石高等?？茖W院學報，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 -