数电课程设计四人智力竞赛抢答器..

-1-西华大学课程设计说明书竞赛抢答器要求：设计一个供四人参赛的抢答器，能准确分辨、记录第一个有效按下抢答键者，并用光指示；主持人没有宣布抢答开始时，抢答不起作用。主持人宣布抢答开始时，按“开始”键，抢答开始，同时启动计时器计时；拓展要求：外加一个计时器，计时器计时采用正计数的方式，以加强现场气氛，增加紧迫感。若预定时间内无人抢答，自动给出信号停止抢答，以免冷场。倒计数定时器的时间精确到秒，最多为两分钟，一旦超出限时，则取消抢答权。设计提示：关键是要存住第一抢答者的信息，并阻断以后抢答者的信号。可用集成的多组触发器或锁存器辅以逻辑门实现；；计时器可用加法计数器完成；各单元电路分别设计、调试，最后合成。-2-西华大学课程设计说明书目录1.前言.........................................................-1-2.总体方案设计.................................................-4-2.1方案说明..................................................-4-2.2方案优点..................................................-4-3.单元模块设计.................................................-5-3.1抢答器电路................................................-5-3.2计时器，数字显示器电路....................................-8-4.主要器件介绍................................................-10-5.系统功能调试................................................-10-6.总结与体会..................................................-11-【参考文献】......................................................18附录..........................................................-12--3-西华大学课程设计说明书1前言关于这次设计的用于多人竞赛抢答的器件，在现实生活中很常见，尤其是在随着各种智益电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛，让观众看得更有情趣。可见抢答器在现实生活中确实很实用，运用前景非常广泛。在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。这次设计的智力竞赛抢答器，主要是由三个部分构成：一个是由几个D触发器的构成的用于抢答的部分，用三个74LS192构成用于计时器-4-西华大学课程设计说明书2.总体方案设计2.1方案说明：以下设计的是智力抢答器的方案流程图：图2.1方案流程图抢答器主要是由F1是四D触发器74LS175，F2是双四输入与非门74LS20；F3是74LS20组成的多谐振荡器；F4是74LS74组成的四分频电路。工作原理：是当主持人按下抢答开关时，选手能进行抢答，抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关S，74LS175的输出Q1~~Q4全为0.所有发光二极管的LED均熄灭，当主持人宣布“抢答开始”后，首先作出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时，通过的与非门F2送出信号锁住其他三个抢答者的电路，不再接受其他信号，直到主持人再次清除信号为止。电路图如下：2.2方案优点，方案的设计是每当有选手抢答成功时，都会有声光伴随，而且是具体到每一位，给人直观的感觉。该方案简洁、易行，而且使用到的元器件也都是我们所常用到的一些元件比如：74LS175以及开关二极管电阻显得更简单、明了。秒脉冲计时控制抢答控制器光提示计时显示主持人控制-5-西华大学课程设计说明书3.单元模块设计此部分主要是详细介绍该智力抢答器各个组成模块，以及各模块的器件组成以及相应的功能。此智力竞赛抢答器由两部分组成：抢答器、计时器。下面就依次介绍各组成部分的设计方法，功能等。3.1抢答器电路F1是四D触发器74LS175，F2是双四输入与非门74LS20；F3是74LS20组成的多谐振荡器；F4是74LS74组成的四分频电路，。电路图如下：Q0.Q1.Q2..Q3...Res2..Res2..Res2..Res2.选手1.选手2.选手3.选手4SRD4SRD2SRD3SRD1VCCVCCS1主持人QQQQL1SpeakerL2SpeakerL3SpeakerL4SpeakerDLED1DLED2DLED3DLED4..Res2..Res2.NOR4N1S.NOR4N1S.NOR4N1S.NOR4N1S图3.1抢答器其工作原理如下：-6-西华大学课程设计说明书是当主持人按下抢答开关时，选手能进行抢答，抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关S，74LS175的输出Q1~~Q4全为0.所有发光二极管的LED均熄灭，当主持人宣布“抢答开始”后，首先作出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时，通过的与非门F2送出信号锁住其他三个抢答者的电路，不再接受其他信号，直到主持人再次清除信号为止。首先，D触发器的的构成原件见下图：图3.2D触发器此D触发器又叫维持——阻塞边沿触发器，该触发器有六个与非门组成，其中啊a和b构成基本RS触发器下面分析其工作原理：Sd和Rd接至基本RS触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当Sd=0且Rd=1时，不论输入端D为何种状态，都会使Q=1，Q=0,即触发器置一；当Sd=1且Rd=0时，触发器的状态为0，Sd和Rd通常又称为直接置1和置0端。工作过程如下：①、CP=0时，与非门c和g封锁，其输出c=e=1，触发器的状态不变。同时，由于c至f和e至g的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，f=D，g=f=D。g②、当CP由0变1时触发器翻转。这时c和e打开，它们的输出c和e的状态由f和g的输出状态决定。C=f=D，e=g=D。由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=D。③、触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。C和e打开后，它们的输出c和e的状态是互补的，即封锁了D通往基本RS触发器的路径；该反馈线起了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用，故该反馈线称为置0维持线，置1阻塞线。e为0时，将c和g封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。-7-西华大学课程设计说明书维持阻塞D触发器状态方程和状态真值表如下：QQnnD1表3.1D触发器真值表SdRdCPDQnQn110×××001111↑00011↑01011↑10111↑111通过对D触发器的解释，可以大致看出该抢答器的工作流程，其核心就是该D触发器。当主持人宣布开始抢答时，将开关S1断开，选手迅速按键，假设选手1首先按下抢答键，此时一号就输入一个相当于上升沿的脉冲使D1输出高电平同时将该高电平信号传送给或非门，通过或非门的判断将信号输送到其它选手的D触发器的R端并将其锁定使其无法输出信号。其次，运用了放过LED管的单向导电性，节能，性能稳定，能醒目的看出结果。-8-西华大学课程设计说明书3.2计时器，数字显示器电路2、定时电路设计节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器74LSl92进行设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路,设定的定时时间为120S,,有三个74LS192组成120进制的计数器，时间一过就会发出脉冲。主持人说计时开始后，从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递增计时。-9-西华大学课程设计说明书图3.4555结构原理图由图可知，当5脚悬空时，比较器C1和C2的比较电压分别为2/3Vcc和1/3Vcc。当VI12/3Vcc，VI21/3Vcc时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器被置0，放电三极管T导通，输出端Vo为低电平。当VI12/3Vcc，VI21/3Vcc时，比较器C1输出高电平,比较器C2输出输出低电平，基本RS触发器被置1，放电三极管截止，输出端Vo为高电平。当VI12/3Vcc，VI21/3Vcc时，基本RS触发器R=1、S=1，触发器状态不变，电路以保持原状态不变。表3.2555功能表输入输出阀值输入（VI1）R出发输入（VI2）S复位（Rd）输出（Vo）放电管T××00导通2/3Vcc11/3Vcc011截止2/3Vcc01/3Vcc110导通2/3Vcc11/3Vcc11不变不变-10-西华大学课程设计说明书4.主要器件介绍在这次设计的用于竞赛的抢答器，电路图时很简单，组成器件应该说都是数电和模电中很常见的。器件主要是LED显示器，74LS48数码管，电阻，电容，常用的芯片74LS175,74LS20.74LS74,74LS00,74LS192，555定时器，触发器、逻辑门集成555定时器是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在一起的中规模集成电路,因集成电路内部含有3个5千欧电阻而得名,在控制、定时、检测、放声、报警等方面有着广泛的应用。而这次是将555够成一个多谐振荡器。4CLK3D21Q5Q6CLRPRU?A54AC74FMQBD触发器如图，其功能有：⑴D触发器具有接收并记忆信号的功能，又称为锁存器。⑵D触发器属于脉冲触发方式。⑶D触发器不存在约束条件和一次变化现象，抗干扰性能强，工作速度快。而这次正是利用了的以上功能来构成一个简单的抢答器。5.系统功能调试这次设计的抢答器电路图简单，很多芯片的逻辑功能也都很清楚所以在调试时可以前判断该电路会是怎样的结果，对于这个抢答器,它涉及的大多都是数字电路的问题.所需要调试的值并不多.首先将各个模块连接到一起后,注意检查各个部分是否连接正确,还得仔细地看一下所用器件的型号是不是我们要的那种,图5.3555定时器图5.4D触发器-11-西华大学课程设计说明书在确保连接无误的情况下.那就能将整个电路进行防真了。按动各个按键，看看各管脚的电平变化是不是正确的，同时观察各个集成器件的各个管脚的电平变化情况，以及数码显示器的显示是否正确.如有不正确的就将其逐个问题解决了再进行后面的调试，直到所有问题都解决了为止。当连接好所有电路后，自己当主持人测试。首先我断开控制开关，宣布抢答开始，当有选手抢答时,该选手的指示灯不亮。另外也测试了当主持人合拢抢答开关时，看能否抢答。结果和预测的一样是不能抢答的。此抢答器设计是按要求一步一步完成的，因此主要功能有两个个：⑴抢答器的抢答功能，它能准确分辨、记录第一个有效按下抢答键者信息用声、光指示。⑵具有计时，显示功能，这样可以加强现场气氛，增加紧迫感。若时间到，计数器会被清零，并且选手不能抢答。6.总结与体会此次课程设计经过为期2周的不懈努力，目前基本达到了预期的要求，通过对整个系统的调试，可得到如下结论：本次设计是本人第一次运用数字电路模拟实际的东西。因而在许多方面都还不熟练,不如说对一些元器件的功能还不完全了解，不能熟练运用，因而不能完全的一次性设计好该电路。不过通过本次的课程设计我学到了学多的知识，培养了我独立思考问题解决问题的能力，加深了我们对数电、模电知识的