智力抢答器设计.docx
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1、智力抢答器设计 四川信息职业技术学院课程设计说明书(论文) 目 录 绪 论 . 2 第1章 总体方案的设计 . 3 1.1 任务要求 . 3 第2章 单元电路的设计 . 5 2.1 抢答电路 . 5 2.1.2 优先编码器 74LS148 . 6 2.1.3 CD4511引脚图. 7 2.1.3 七段数码显示管 . 9 2.2 计时器电路 . 10 2.2.1 计数器74LS160加法计数器 . 10 2.2.2 其它元件 . 11 2.3 报警电路 . 11 2.4 振荡电路 . 11 第3章 整机电路的工作原理 . 13 第4章 系统仿真与调试 . 15 4.1 multisim系统介绍
2、. 15 4.2 电路仿真 . 19 4.2.1 电路仿真图 . 19 第5章 实物制作 . 21 5.1 制作过程 . 21 5.2 元器件表器件 . 21 5.3 器件插放及焊接工艺 . 21 5.3.1 器件插放 . 21 5.3.2 元器件焊接工艺要求 . 26 总 结.28 第 1 页 四川信息职业技术学院课程设计说明书(论文) 绪 论 随着我国经济和文化事业的发展,在很多竞争场合都要求有快速公正的额竞争裁决,例如证券、股票交易及各种智力竞赛等。在现代生活中,智力竞赛更是作为一种生动活泼的教育形式和方法能够引起观众的极大兴趣。而在竞赛中往往分为几组参加,这时针对主持人提出的问题,各组
3、一般都要进行必答和抢答,对必答一般有时间限制,到时有声响提示;对于抢答,要判定哪组先按键,为了公正,这就要有一种逻辑电路抢答器作为裁判员,一般抢答器由很多门电路组成,线路复杂,可靠性低,特别是抢答路数增多时,实现起来就更加困难。本文介绍了一种利用数字电路实现的抢答系统,具有很强的实用性。 数字抢答器由主体电路与扩展电路组成。优先编码器、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出;用控制器和主持人开关启动报警电路,以上两部分组成主体电路。抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存,并在数码显示器上显示选手编号,同时扬声器给出提示音;同时所存输入电路,禁止其
4、他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。抢答器具有定时抢答的功能,且一次抢答时间为10秒。当主持人启动“开始”按钮后,要求定时器立即进行加计时,并用显示器显示通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能,构成扩展电路。参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间,并保持到主持人将系统清零为止;如果定时抢答时间已到,而没有选手抢答时,本次抢答无效,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答,定时显示器上显示9并保持。经过布线、焊接、调试等工作后数字抢答器完成。 第 2 页 四川信息职业技术学院课程设计说明书(
5、论文) 第1章 总体方案的设计 1.1 任务要求 (1)4名选手编号为:K1,K2,K3,K4。各有一个抢答按钮,按钮的编号与选手的编号对应,也分别为1,2,3,4。 (2)给主持人设置一个控制按钮,用来控制系统清零和抢答的开始。 (3)抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,该选手编号立即锁存,并在抢答显示器上显示该编号,同时扬声器给出音响提示,封锁输入编码电路,禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。 (4)抢答器具有定时抢答的功能。当主持人按下开始按钮后,定时器开始计时,定时显示器显示计时间间,若无人抢答,计时结束时,扬声器响,音响持续1
6、秒。参赛选手在设定时间内抢答有效,抢答成功,扬声器响,音响持续1秒,同时定时器停止计时,抢答显示器上显示选手的编号,定时显示器上显示抢答时间,并保持到主持人将系统清零为止。 (5)如果抢答定时已到,却没有选手抢答时,本次抢答无效。系统扬声器报警,并封锁输入编码电路,禁止选手超时后抢答,时间显示器显示9。 (6)可用石英晶体振荡器或者555定时器产生频率为1Hz的脉冲信号,作为定时计数器的CP信号。 1.2 总体电路框图 当主持人宣布开始,定时电路开始秒脉冲电路的作用而进行倒记时,并通过译码器在显示器中显示。报警电路给出声音提示。当选手首先按某一开关键时,可通过触发锁存电路被触发并锁存,在输出端
7、产生相应的开关电平信息,同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱,最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。然后在译码器中译码,将触发器输出的数据转换为数码管需要的逻辑状态。最后在显示电路中显示出所按键选手的号第 3 页 四川信息职业技术学院课程设计说明书(论文) 码。若有多个开关同时按下时,则在它们之间存在着随机竞争的问题,结果可能是它们中的任一个产生有效输出。如图1-1 开关阵触发器 锁存电路 译码电路 主持人控制开关 控制电路 报警电路 显示电路 秒脉冲产生电路 定时电路 译码电路 显示电路 图1-1系统框图 第 4 页 四川信息职业技术学院课程设计说明书(论文) 第2章 单元电路的设计
8、 2.1 抢答电路 抢答电路包括:开关阵列电路 K1K4、编码器 74LS148、译码器 4511BP_5V、七段字符显示器; 开关阵列电路 K1space 开关阵列用于选手抢答和主持人控制抢答开关作用,当主持人关闭抢答时即电路接低电平时,其余四组抢答开关无效,并且主持人开关具有清零上一次抢答结果的作用;当主持人开启抢答器时,其余四组开关开始起抢答控制器作用即开始抢答;如图2-1-1所示为开关阵列。 图2-1-1 开关阵列电路 第 5 页 四川信息职业技术学院课程设计说明书(论文) 2.1.2 优先编码器 74LS148 74LS148为8线3线优先编码器,图2-1-2为其管脚,表2-1为其真
9、值表。 1011121312345I0I1I2I3I4I5I6I7SY0Y1Y274LS148YEX97614Ys(a)15I4I5I6I7S(E)Y2Y1GND1234567816151474LS148131211109(b)VCCYSYEXI3I2I1I0Y0图2-1-2 74LS148管脚图 表2-1 74LS148 8线3线二进制编码器真值表 74LS148工作原理如下: 该编码器有8个信号输入端,3个二进制码输出端。此外,电路还设置了输入使能端EI,输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。 当EI=0时,编码器工作;而当EI=1时,则不论8个输入端为何种状态,3个输出端均为高电平,
10、且优先标志端和输出使能端均为高电平,编码器处于非工作状态。这种情况被称第 6 页 四川信息职业技术学院课程设计说明书(论文) 为输入低电平有效,输出也为低电来有效的情况。当EI为0,且至少有一个输入端有编码请求信号时,优先编码工作状态标志GS为0。表明编码器处于工作状态,否则为1。 由功能表可知,在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端有低电平输入时,A2A1A0均为111,出现了输入条件不同而输出代码相同的情况,这可由GS的状态加以区别,当GS1时,表示8个输入端均无低电平输入,此时A2A1A0=111为非编码输出;GS0时,A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码。EO
11、只有在EI为0,且所有输入端都为1时,输出为0,它可与另一片同样器件的EI连接,以便组成更多输入端的优先编码器。 从功能表不难看出,输入优先级别的次为7,6,0。输入有效信号为低电平,当某一输入端有低电平输入,且比它优先级别高的输入端无低电平输入时,输出端才输出相对应的输入端的代码。例如5为0。且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时,输出代码为010,这就是优先编码器的工作原理。 2.1.3 CD4511引脚图 图2-1-3 CD4511 其功能介绍如下: BI:4脚是消隐输入控制端,当BI=0 时,不管其它输入端状态如何,七段数码管均处于熄灭状态,不显示数字。 LT:3脚是测试输入端,当B
12、I=1,LT=0 时,译码输出全为1,不管输入状态如何,七段均发亮,显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE:5脚是锁定控制端,当LE=0时,允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态,译码器输出被保持在LE=0时的数值。 A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。 a、b、c、d、e、f、g:为译码输出端,输出为高电平1有效。 第 7 页 四川信息职业技术学院课程设计说明书(论文) 表2-2 CD4511的逻辑功能表 输入 LE BI非 LT非 A4 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1
13、 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 A3 A2 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 8 灭 维持 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 灭 灭 输出 A1 g f e d c b a 显示字符 1 0 不变 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1
14、0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 第 8 页 四川信息职业技术学院课程设计说明书(论文) 2.1.3 七段数码显示管 图2-1-4 七段数码显示管 7段数码管是由7个独立的二极管采用共阴或共阳的方法连接而成。通常将这7个独立的二极管做成a、b、c、d、e、f、g这7个笔划。通过一个7位的二进制电平信号就可以显示出想要的结果。例如,点亮二极管b、c,数码管将会显示数字1,点亮a、b、c、d、e、f、g,数码管将会显示数字0。所以,数码管的显示需要有7根连线。每个数字对应的
15、二进制码如表2-2所示。 表2-3 七段数码显示器功能表 显 示 数 字 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 a 1 0 1 1 0 1 0 1 1 0 b 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 c 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 d 1 0 1 1 0 1 1 0 1 1 e 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 f 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 g 0 0 1 1 1 1 1 0 1 1 第 9 页 四川信息职业技术学院课程设计说明书(论文) 本电路是采用共阴极LED数码管,输入高电平有效,其公共端接地。 2.2 计时器电路 计时器电路包括:计数器74LS160加
16、法计数器、译码器4511BP_5V、七段字符显示器; 2.2.1 计数器74LS160加法计数器 图2-2-1 74LS160管脚图 各种管脚的功能如下: 16号管脚:VCC:接5伏电压 15号管脚:CO 进位输出 1411号管脚:信号输出 10号管脚:CTT 9号管脚:置数端 8号管脚:GND 接地 7号管脚:CTP 63号管脚:信号输入 2号管脚:接CP 1号管脚为异步清零端,当CR非=0时,Q0Q3均为0。10号管脚LD非为置入控制端,当CR非=1、LD非=0时,在CP时钟的上升沿作用下,外加输入数据D0D3同时置入,及Q0=D0,Q1=D1,Q2=D2,Q3=D3。CTP,CTT为计数
17、控制信号,在CR非=1,LD非=1的情况下,CTP=1,CTT=1完成4为二进制加法计数;CTT=0,CTP=1时,电路中各级触发器的状态处于保持状态,而输出CO=0;CTT=1,CTP=0时电路各级触发器均处于保持。 表2-3 74LS160逻辑功能表 输入 CLK CLR 0 1 LOAD 0 ENP ENT D D C C B B A A 输出 QD 0 D QC 0 C QB 0 B QA 0 A 第 10 页 四川信息职业技术学院课程设计说明书(论文) 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 保持 保持 计数 2.2.2 其它元件 译码器4511BP_5V、七段数码显示器同2.1.3
18、译码器 4511BP_5V、2.1.4七段字符显示器。 2.3 报警电路 报警电路包括:分频器、蜂鸣器BUZZER; 分频器 分频器主要用于降低多谐振荡器产生的秒脉冲信号使蜂鸣器获得低电平从而发出报警音,图2-3-1为由两个74LS00组成的分频器。 图2-3-1分频器 蜂鸣器BUZZER 蜂鸣器主要用于产生报警信号,在本设计中采用低电平报警器,在选手开始抢答时,一旦某选手率先抢答成功就发出提示音,抢答时间结束蜂鸣器发出提示音,图2-3-2所示为该蜂鸣器 图2-3-2 蜂鸣器 2.4 振荡电路 555定时器是一种多功能的中规模集成器件,它的结构比较复杂,在定时器内部,一般包含20多只晶体管,1
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