數(shù)字搶答器課程設計報告

1、<p><b>　　數(shù)字電路課程設計</b></p><p>　　設計課題： 數(shù)字搶答器設計</p><p>　　院（系、部）： </p><p>　　學 生 姓 名： </p><p>　　指 導 老 師： </p>

2、<p>　　2013 年 12 月 7 日</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言</b></p><p><b>　　設計任務與要求</b></p><p><b>　　方案設計與論證</b></p

3、><p><b>　　工作原理說明</b></p><p>　　單元電路設計與參數(shù)計算</p><p><b>　　5.1搶答鎖存電路</b></p><p>　　5.2 LED燈顯示電路</p><p>　　5.3數(shù)碼管顯示電路</p><p><

4、b>　　5.4音響顯示電路</b></p><p><b>　　5.5犯規(guī)電路</b></p><p><b>　　5.6計分電路</b></p><p>　　6．總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　7．結論與心得</b></p>

5、<p><b>　　8．參考文獻</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　我們可以看到在一些比賽活動中，會有提問搶答這一環(huán)節(jié)。那么為了準確、公正、直觀地判斷出第一搶答者，通常設置一臺搶答器。此次搶答器電路設計通過數(shù)顯、燈光及音響等三種方式指示出第一搶答者，同時還設置有記分電路、犯規(guī)電路這兩種電路來完善搶答過

6、程。</p><p><b>　　設計任務與要求</b></p><p>　　1.設計制作一個可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器，每組設置一個搶答按鈕供搶答者使用。</p><p>　　2.參賽者按搶答開關，則該組指示燈亮并用組別顯示電路顯示出搶答者的組別，同時揚聲器發(fā)出“哆-唻”的雙音音響持續(xù)2~3s。此時，電路應具備自鎖功能，使別組的搶答開關不起

7、作用。</p><p>　　3.設置記分電路。每組在開始時預置成100分，搶答后由主持人記分，答對一次加10分，否則減10分。</p><p>　　4.設置犯規(guī)電路。對提前搶答和超時搶答的組別鳴喇叭示警，并由組別電路顯示出犯規(guī)組別。</p><p><b>　　方案設計與論證</b></p><p>　　總體分為三個電路

8、設計，一是搶答鎖存與LED燈、數(shù)碼管、揚聲器等三種方式顯示電路；二是犯規(guī)電路；三是計分電路。</p><p><b>　　計分電路設計</b></p><p>　　這里因為計分環(huán)節(jié)得考慮到搶答人回答的正確與否，需要通過主持人來判斷，所以做為獨立電路來設計，由主持人來進行單獨控制。</p><p><b>　　犯規(guī)電路設計</b&

9、gt;</p><p>　　犯規(guī)電路涉及到提前搶答與超時搶答這兩種犯規(guī)方式。這里設置一個“開始搶答”按鈕,設置搶答后有效回答時間為10秒，由數(shù)碼管顯示。然后判斷主持人未按下“開始搶答”按鈕就開始搶答的視為犯規(guī)一，主持人按下“開始搶答”按鈕后開始搶答，卻超過有效時間的為犯規(guī)二。這樣就可以將犯規(guī)電路融入到第一部分的搶答電路設計中。</p><p><b>　　搶答與顯示電路設計<

10、;/b></p><p>　　題目要求音響顯示通過揚聲器發(fā)出“哆-唻”的雙音音響持續(xù)2~3s來實現(xiàn)，這里用555定時器構成多諧振蕩器，輸出給揚聲器高低電平變換的輸入方式再加上定時三秒實現(xiàn)“哆-唻”的雙音音響持續(xù)3s功能。這里555構成多諧振蕩器設置R1 = R2即采用占空比為2/3的電路，輸出頻率1Hz的方波。因為在揚聲器定時3秒，“開始搶答”后定時10秒，以及采用此振蕩器對揚聲器電路的D觸發(fā)器CLK的持續(xù)

11、輸入方波，可以同時使用這一個振蕩器實現(xiàn)，就不需要分頻電路。</p><p><b>　　工作原理說明</b></p><p>　　四組搶答按鍵，主持人 “開始搶答”、“清零復位”兩個控制按鍵。下面是種搶答情況：</p><p>　　一是正常搶答。即主持人按下“開始搶答”之后，第一個搶答人在有效時間內回答了，則主持人在搶答人開始回答后就按下“清零

12、復位”鍵。</p><p>　　二是提前搶答。即主持人未按下“開始搶答”時，有人就已經開始搶答，則蜂鳴器立即報警，同時會顯示組別。主持人按下“清零復位”恢復初始狀態(tài)。</p><p>　　三是超時搶答。即主持人按下“開始搶答”之后，該搶答人未能在有效時間內回答，則蜂鳴器開始報警。主持人按下“清零復位”恢復初始狀態(tài)。</p><p>　　所有搶答情況都有當有人按下?lián)尨?/p>

13、按鍵，出現(xiàn)LED燈、數(shù)碼管、揚聲器3秒三種顯示。</p><p>　　單元電路設計與參數(shù)計算</p><p><b>　　5.1搶答鎖存電路</b></p><p>　　根據(jù)要求設置4組按鍵，通過7CHC573這個8進制D型鎖存器控制LED燈、數(shù)碼管和音響的鎖存顯示，同時取消別組再搶答的作用。因為是4路搶答，所以可以用一個74HC573的8個輸

14、出依次驅動4個LED燈和數(shù)碼管控制。如圖所示，初始狀態(tài)，鎖存器的輸出全都是低電平，且鎖存器處于選通狀態(tài)，當有一組按鍵被按下后，將在輸出給一個高電平，此時或非門將由默認的高電平轉變?yōu)榈碗娖?，則此時LE置低，鎖存了輸出Q，從而使其他按鍵再次按下時無法輸出到Q端。</p><p>　　鎖存了輸出，當最下面那個復位鍵按下時，將給LE一個高電平，同時鎖存器選通，D0-D3的0000將輸出到Q0-Q3，或非門輸出恢復高電平，

15、從而使整個電路恢復到初始狀態(tài)。</p><p><b>　　LED燈顯示電路</b></p><p>　　只需在對應的Q0 – Q3分別連接一個LED燈，共地即可實現(xiàn)。</p><p>　　5.3數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　通過鎖存器的剩余四個口來控制數(shù)碼管0 – 4段碼的顯示。如下第一個圖是74LS48這個7段

16、顯示譯碼器的0 – 4段碼的DCBA電平顯示。這樣初始狀態(tài)0000剛好是鎖存器的輸出狀態(tài)，由于這里所用的段碼D位都是低電平，所以將D端直接接地即可。分別通過Q4 – Q7分別控制段碼1 – 4。從圖中可以看出段碼”1 2 4“只需一個高電平，而段碼”3“需在第三組按鍵按下時同時給AB高電平才可以將數(shù)碼管置”3“。其功能可通過接兩個或門實現(xiàn)，如下圖。</p><p><b>　　5.4音響顯示電路<

17、/b></p><p>　　如圖，左上角的或門接Q4 – Q7則可實現(xiàn)按下一組按鍵之后鎖存一個高電平。555定時電路構成多諧振蕩器設置振蕩周期為1S，占空比為2/3輸出，輸出接下面那個D觸發(fā)器的CLK和鎖存器74HC573的D7，這樣有按鍵按下，第一個D觸發(fā)器將這個高電平鎖存住，同時LE置高電平，鎖存器選通，D7直接由振蕩器輸入周期為1S的方波，這樣揚聲器就可以發(fā)出“哆-唻”的雙音音響，再用74LS192這

18、個計數(shù)器實現(xiàn)3秒計數(shù)。如圖，當記到第三秒的時候，鎖存器的Q3 – Q1依次是0011，所以用兩個取反器加上一個或門，就可以實現(xiàn)當記3S的時候反饋一個地電平給第一個D觸發(fā)器的R置位端，將Q也即LE置低，使鎖存器禁止選通，此時揚聲器將不再接受方波信號發(fā)出聲響，即可實現(xiàn)3秒定時雙音音響。</p><p>　　復位方式：通過第一個D觸發(fā)器的R置位端輸入前接個兩線與門，一個接給低電平的復位開關，可以通過“清零復位”開關接個

19、反相器連接，另一個接圖中的四線或門。</p><p><b>　　5.5犯規(guī)電路</b></p><p>　　如圖，設置一個”開始搶答“按鍵。初始狀態(tài)時，二線或門2端默認為低電平；Q4 – Q7初始是低電平，則初始時給1端高電平，或門輸出高電平；當有人在主持人未按下”開始搶答“時，有人開始按下?lián)尨鸢存I，將會將1端置0，或門輸出低電平，即發(fā)生報警。如果在主持人按下”開始

20、搶答“按鍵后，開始搶答，因為2端已經置高電平，所以當1端被按下成低電平時，或門輸出仍為高電平，不產生報警。此電路同時設置一個10進制計數(shù)器，當有人正常按下?lián)尨鸢存I后，開始從0計數(shù)到10S，到10S時停止計時并保持，同時產生報警。這個控制過程通過最下面那個D觸發(fā)器完成。計數(shù)器74LS192的進位端TCU接至此D觸發(fā)器的S置位端，Q端接U26（74LS48）的LE，再接到蜂鳴器電路，~Q端接計數(shù)器的置位端PL。這樣，當計數(shù)器計數(shù)到9，產生進

21、位時，D觸發(fā)器S端置0，Q與~Q電平翻轉，將計數(shù)器保持置0狀態(tài)，并將U26的初始“0001“傳到右端顯示“1“。</p><p><b>　　5.6計分電路</b></p><p>　　如圖計分電路，根據(jù)要求以10為單位進行加減分數(shù)，初始預置為100?？捎萌齻€數(shù)碼管，最右端數(shù)碼管因為始終是顯示“0”狀態(tài)，所以單獨接成“0”狀態(tài)。再用兩個74LS192進行計數(shù)，第一個計

22、數(shù)器的進位端TCU接下一個計數(shù)器的正計數(shù)UP端，借位端TCD接下一個計數(shù)器的反計數(shù)端DN，這樣就可是實現(xiàn)當?shù)谝粋€計數(shù)器產生進位或借位時剛好在第一個千位的數(shù)碼管上顯示出來。第二個計數(shù)器的D3 - D0接“0001”，即當按下預置按鍵時，將“0001”傳到Q端Q3 - Q0，通過譯碼器顯示“1”狀態(tài)。</p><p>　　6．總原理圖及元器件清單</p><p><b>　　6.1總

23、原理圖</b></p><p><b>　　6.2 元器件清單</b></p><p>　　注：另外還有電源端、接地端、導線若干。</p><p><b>　　7．結論與心得</b></p><p>　　通過此次數(shù)字電路課程設計 – 多功能數(shù)字搶答器的設計，了解并掌握了搶答器的基本工作原

24、理，可以自己設計出一定需求的搶答鎖存與顯示電路，并帶有一些犯規(guī)、計分這樣的完善搶答過程的電路。</p><p>　　搶答器主要是搶答部分的鎖存電路設計，而鎖存電路一般用一個鎖存器便可以完成鎖存第一搶答者的功能，鎖存器的另一端可以接一些顯示電路，方便顯示出第一搶答者是誰。顯示方式這里用LED燈、數(shù)碼管顯示組別、揚聲器發(fā)出雙音音響來顯示，而在實際應用中可以通過燈光、音響、顯示屏的方式顯示出第一搶答者。為了使搶答器的功

25、能更加完善，可以增加犯規(guī)電路與計分電路。通過輔助電路的設計，可以使得搶答的過程更加公平與合理。這里的犯規(guī)電路采用提前搶答報警與超時搶答報警兩項犯規(guī)電路，這里采用555定時器構成的多諧振蕩器發(fā)出頻率為1Hz的方波來給計數(shù)器計數(shù)，當計數(shù)器記到一定數(shù)后鎖住計數(shù)器，即可實現(xiàn)定時功能，而定時功能可以用來控制音響響應時間與超時搶答的搶答時間。</p><p><b>　　8．參考文獻</b></p