1、精選優質文檔-傾情為你奉上沈陽航空航天大學課 程 設 計（說明書）智能搶答器的設計班級 / 學號 /26學 生 姓 名 王紀堯 指 導 教 師 李智慧 沈陽航空航天大學課 程 設 計 任 務 書課 程 名 稱 電子線路課程設計 課 程 設 計 題 目 智能搶答器的設計 課程設計的內容及要求：一、設計說明與技術指標 用數字電路設計一個具有鎖存與顯示功能的8人搶答邏輯電路。接通電源后，主持人將開關撥到“清除”狀態，搶答器處于禁止狀態，編號顯示器滅燈，定時器顯示設定時間；主持人將開關置于“開始”狀態，宣布“開始”搶答器工作。定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內搶答時，搶答器完成：優先判

2、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”狀態開關。二、設計要求1在選擇器件時，應考慮成本。2根據技術指標，通過分析計算確定電路和元器件參數。3畫出電路原理圖（元器件標準化，電路圖規范化）。三、實驗要求1根據技術指標制定實驗方案；驗證所設計的電路，用軟件仿真。2進行實驗數據處理和分析。四、推薦參考資料1. 童詩白，華成英主編模擬電子技術基礎M北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰寫課程設計報告成績 指導教師 日期 專心-專注-專業1、 概述在各種智力競賽場合，搶答器是必不可少的最公

3、正的用具。在我們各種競賽中我們也經常能看到有搶答的環節，某些舉辦方采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權，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，而搶答器的應用就能避免這種弊端。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用指示燈和一些電路來實現簡單的搶答功能，使第一個搶答的參賽者的編號能通過指示燈顯示出來，避免不合理的現象發生。但這種電路不易于擴展，而且當有更高要求時就無法實現，例如參賽人數的增加。隨著數字電路的發展，數字搶答器誕生了，它易于擴展，可靠性好，集成度高，而且費用低，功能更加多樣，是一種高效能的產品。而如今在市場上銷售

4、的搶答器大多采用可編程邏輯元器件，或利用單片機技術進行設計，本次設計主要利用常見的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計，最后完成了八路智力競賽搶答器的設計。二、方案論述 圖1 智能搶答器電路的原理框圖 設計一個智能搶答電路，原理圖如圖1所示，電路主要包括搶答電路模塊和倒計時電路模塊兩部分。其中搶答電路完成基本的搶答功能，即主持人按下控制開關后，當選手按動搶答鍵時，數碼管顯示選手編號，但是只要主持人沒有按下控制開關，選手搶答無效。倒計時電路模塊完成定時搶答的功能以及報警功能，同時封鎖輸入電路，控制其他選手搶答無效。圖1所示電路的工作過程是：接通電源后，主持人

5、將控制開關置于“清除”處，此時搶答器處于禁止狀態，選手不能進行搶答，定時顯示器顯示設定的時間（30s），當主持人將控制開關置于“開始”時，搶答器處于工作狀態，同時定時器開始倒計時。當選手在規定時間內按動搶答鍵時，電路要完成以下功能： （1）優先編碼電路判斷搶答選手的編號，并由鎖存器進行鎖存，然后通過譯碼顯示電路在數碼管顯示電路上顯示搶答者的編號，并且LED燈工作，給出搶答完畢信號； （2）傳輸門電路對優先編碼器進行封鎖，禁止其他選手進行搶答； （3）傳輸門電路要使定時器停止工作，數碼管上顯示剩余的搶答時間，當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關進行系統清零，使系統恢復到禁止工作狀態，以便進行

6、下一輪搶答。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統將報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。3、 電路設計1.倒計時電路模塊圖2 倒計時模塊原理圖倒計時模塊由兩片74LS192可逆十進制計數器和譯碼電路構成。LED數碼管接收來自74LS192的輸出信號并顯示出來。74LS192的9，10，11，15引腳完成時間設定功能，本設計定時為30秒，所以把左邊的芯片的1，15引腳接高電位，其余的全接低電位，使計時器的初始時間設定為30秒。該電路主要完成兩個功能：一是顯示倒計時時間示數；二是當有選手搶答完畢，禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無效。工作過程為：搶答開始前，74LS192的置數端為低電位，處于初始

7、狀態，數碼管顯示為30，5引腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖推動U7開始倒記時，同時U7產生的信號由13引腳輸出，做為U6的CP信號推動U6倒記時，完成十進制的倒記時功能。當有人搶答后U1的15引腳輸出為1，經過非門U12后變為0，通過與門U13屏蔽了555脈沖秒信號，停止記時，完成顯示搶答時間的功能，同時U6的13引腳產生低電位信號，進過非門U13，變為高電位，反饋到優先編碼器U13的5引腳，使優先編碼器不工作，實現了當有一人搶答完畢時，其他人搶答無效的功能，確保不會出現二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優先性，只要有一組選手先按下搶答器，就會將編碼器鎖死，不再對其他組進行編碼。當計到了30秒

8、時，U6產生的定時時間到信號輸出為低電位，也屏蔽了秒信號，使得數碼管顯示為00。如有再次搶答需由主持人將控制開關重新置“清除”然后再進行下一輪搶答。2.搶答電路模塊 圖3 搶答模塊原理圖 搶答電路模塊使用優先編碼器74LS148，兩片鎖存器74LS279和譯碼器74LS48來完成，原理圖如圖3所示。該電路主要完成功能：分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數字數碼顯示管），同時有相應發光二極管點亮和數碼顯示。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0時，允許編碼。是技能輸出端，只有

9、在0，而均無編碼輸入信號時為0。為優先編碼輸出端，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，000。優先編碼被廣泛用于計算機控制系統中，當有多個外設申請中斷時，優先編碼器總是給優先級別高的設備先編碼。表1 74LS148真值表輸 入輸 出1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X01111111100100

10、1111111111013.譯碼顯示電路模塊圖4 譯碼顯示電路二進制譯碼器是將輸入的二進制代碼的各種狀態按特定含義翻譯成對應輸出信號的電路。也稱為變量譯碼器。若輸入端有n位，代碼組合就有2n個，當然可譯出2n個輸出信號。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。其輸出是驅動七段字形的七個信號，常見產品型號有74LS48、74LS47等。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光筆劃組成。電子計算器，數字萬用表等顯示器都是顯示分段式數字。而LED數碼顯示器是最常見的。通常有紅、綠、黃等顏色。LED的死區電壓較高，工作電壓大約1.53V，驅動電流為幾十毫安

11、。74LS47譯碼驅動器輸出是低電平有效，所以配接的數碼管須采用共陽極接法；而74LS48譯碼驅動器輸出是高電平有效，所以，配接的數碼管須采用共陰極接法。使用時，共陰極接地，7個陽極ag由相應的BCD七段譯碼器來驅動。4. 脈沖電路模塊圖5 555計時器電路圖 由于本電路需要計時器，所以由555芯片構成周期為1秒的多諧振蕩器。原理圖如圖5所示。其中由555芯片構成的多諧振蕩器，振蕩頻率為： 要使周期為1秒，那么頻率也為1Hz，人為設定電阻，為40k，電容的值為10F。這樣多諧振蕩器的周期就近似為1秒。4、 性能的測試1. 脈沖電路的測試如表2所示，該脈沖信號輸出波形為周期（T）=1s，頻率（f

12、）=1Hz的脈沖。表2 脈沖電路測試數據表值(k)值(k)值(F)頻率（Hz）周期(s)40401011圖6 脈沖電路周期2.搶答電路測試圖7 搶答電路測試經測試，當選手3在規定時間內率先搶答時，LED數碼管顯示3。3. 電路整體性能測試圖8 整體電路測試 對電路的整體測試結果完全符合實驗最初設計要求，電路設計連接成功。5、 結論接通電源，主持人將開關打到預置端，倒計時數碼管顯示30，此時選手按下搶答按鍵，搶答無效。當主持人撥動開關后，倒計時電路開始從30秒倒數，8路觸點開關處于待命狀態。這時若有選手按下所在開關（搶答），搶答電路顯示選手所在編碼（07），倒計時電路停止計時，同時其他選手所在的

13、開關被鎖定，搶答無效。如果30秒倒計時結束后仍無人搶答，LED燈熄滅，倒計時電路鎖定為00，搶答不再有效。如果想進行下一輪的搶答，這時只需主持人重新將開關打到預置段，整個電路全部回到初態。6、 性價比 本實驗設計電路結構十分簡單，進過查詢資料和商家的報價，了解到元器不但件價格十分低廉，而且易獲取，所有的材料的價格總和不到人民幣35元，最后電路運行可靠。所以本實驗可實現性較高，性價比較高。7、 課設體會及合理化建議一開始拿到任務書的時候，個人覺得這次電路課程設計的是比較復雜的。剛開始做的時候還是感到無從下手。于是在圖書館和網上查閱相關的資料，再運用自己在課堂上學習的數字電路的知識，也慢慢有了一些

14、初步的模型。同時這也是我再一次接觸Multisim軟件。在整個電路的設計過程中，花費時間最多的過程應該是各個單元電路的連接及電路的細節設計。在多種方案的選擇中，仔細比較分析各個芯片的原理以及可行性，最后在仿真軟件上通過多次對電路的改進，終于使整個電路可穩定工作。在設計電路過程中，深刻地體會到在設計過程中，連接電路和選擇元件是非常復雜和繁瑣的，在這個過程中很容易產生錯誤，這個時候人也非常的煩躁，也會想到放棄，但是再要靜下心來，分析電路的結構，了解電路的原理，最后仔細地檢查電路，就可以找到問題的根源。設計電路模塊階段，這個階段可以說是考察數字電書路書本知識的階段。所有的設計方法還有步驟在書本上都有

15、，每個元件的引腳圖和功能表也需要自己查閱。如果遇到某個芯片在書本上查不到，就需要查閱課外資料來了解了。所以這個階段的問題也不是很大，耐心一些就也可以把電路設計出來。連接仿真電路階段，也可以說是這次設計中最重要的部分，需要靈活運用Multisim這款設計電路軟件，也熟練了這軟件的運用，了解了基本電路元件的屬性、代號，掌握了基本電路的繪制要求。總之，通過這次課程設計我有了很多收獲。在摸索該如何設計電路使之實現所需功能的過程中，培養了我的設計電路思維，增強了動手能力。在改進電路的過程中，經過查閱各方面的資料，最后的電路已經比初期設計有了很大提高。參考文獻1.數字電子技術基礎 范文兵 清華大學出版社 2007年2.數字電路邏輯設計（第三版） 王毓銀 高等教育出版社 2005年3.數字電路實驗基礎 崔葛瑾 同濟大學出版社 2005年4.數字電路實驗與課程設計 呂思忠、施齊云 哈爾濱工程大學出版社 2001年5.Multsim9在電工電子技術中的應用 董玉冰 清華大學出版社 2008年附錄I 總電路圖附錄II 元器件清單序號型號名稱數量編號174LS08D 與門3U16,17