- 相關(guān)推薦
四人智力競賽搶答器
數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計
課 題：智力競賽搶答器學(xué) 院：電氣與電子工程學(xué)院專 業(yè)：班 級：組 長：組 員：
指導(dǎo)教師：
時 間：
自動化 100303
王金玉 20100846
齊兆舉 20100841
侯 楠 20100832 劉婧瑤 20100836
蒲春華
2013.1.7—2013.1.11
設(shè)計題目十 智力競賽搶答器
搶答器是競賽問答中的一種常用的必備裝置，從原理上講，它也是一種典型的數(shù)字電路，包括了組合邏輯電路和時序邏輯電路。
一、設(shè)計目的
1. 掌握搶答器的設(shè)計方法。 2. 熟悉鎖存器的應(yīng)用。
3. 了解學(xué)習(xí)觸摸開關(guān)和發(fā)聲元件。 二、設(shè)計指標
1.可供四組搶答，有人搶答時，蜂鳴器發(fā)聲，同時優(yōu)先搶答者對應(yīng)的指示燈亮，而后搶答者對應(yīng)的指示燈不亮。
2.主持人具有將搶答器復(fù)原的功能。
3.搶答者和主持人的按鈕開關(guān)采用觸摸按鈕，蜂鳴器用壓電陶瓷蜂鳴器作發(fā)聲元件。
三、設(shè)計方案
智力競賽搶答器是用來判斷哪一個預(yù)定狀態(tài)首先發(fā)生的電路。選手通過按鍵開關(guān)電路發(fā)出搶答信號，先按動者，搶答成功，保持與封鎖電路將該信息保持下來，同時封鎖其他選手的輸入。搶答成功后對應(yīng)燈亮，并啟動聲響電路發(fā)出搶答成功提示。主持人按鍵電路發(fā)出復(fù)位信號使保持與封鎖電路的各輸出清零。所以主要由開關(guān)陣列電路、觸發(fā)鎖存電路、脈沖產(chǎn)生電路、顯示電路幾部分構(gòu)成。
（1）開關(guān)陣列電路是由多路開關(guān)組成，競賽者與開關(guān)相對應(yīng)。
（2）保持與封鎖電路是當(dāng)某一開關(guān)首先按下時，觸發(fā)鎖存電路被觸發(fā)，在輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的開關(guān)電平信息，同時為防止其它開關(guān)隨后觸發(fā)而產(chǎn)生紊亂。
（3）時鐘脈沖源為鎖存器提供時鐘脈沖。
（4）顯示電路即按鈕開關(guān)按下時對應(yīng)的指示燈亮。 根據(jù)上述設(shè)計，該裝置的原理框圖如下：
四、具體分析 1.觸摸按鈕
下圖為兩種自制的觸摸按鈕的原理圖。觸摸開關(guān)是兩塊距離約為1mm彼此絕緣的小導(dǎo)體（如銅片），也可用兩根距離約為1mm的裸導(dǎo)線組成。圖（a）示所示電路，原始狀態(tài)時非門G輸出為高電平，當(dāng)有人用手指觸及兩個銅片時，相當(dāng)于兩塊銅片間串接一個等效電阻，使非門輸出變?yōu)榈碗娖�；圖（b）所示電路，原始狀態(tài)時非門G輸出為低電平，當(dāng)人用手指觸及兩塊銅片時，非門輸出變?yōu)楦唠娖剑瑸楸Ｗo電路選用較大電阻。
2.按鍵保持與封鎖電路
下圖為4D觸發(fā)器74LS175D，搶答前74LS175D四個搶答者的按鈕均未按下，鎖存器的輸入端D1~D4全為0，所有顯示電路無反應(yīng)，當(dāng)主持人宣布“搶答開始”之前，脈沖源信號進入CLK端此時搶答開關(guān)均為啟動，輸入均為0，觸發(fā)器狀態(tài)不變。開始后，有一個搶答
信號發(fā)出，Dn和Qn均為1，相應(yīng)顯示電路二極管發(fā)亮，Qn變?yōu)?，同時通過與非門送出信號，
鎖住其余三個搶答者的電路，不再接受其他信號，知道主持人再次清除信號為止。
顯示電路
開關(guān)列陣電路
4D觸發(fā)器74LS175介紹如下：
3.脈沖產(chǎn)生電路
該電路是由555定時器接成的多諧振蕩器，由555定時器和外接元件R1,,,R2 C構(gòu)成多諧振蕩器，腳2與腳6直接相連。電路沒有穩(wěn)態(tài)，僅存在兩個暫穩(wěn)態(tài)，電路亦不需要外加觸發(fā)信號，
1
2
利用電源通過R1,,,R2 向C充電和放電，使電路產(chǎn)生振蕩。電容C在3Vcc 和3Vcc之間充電和放電，其波形是方波。其產(chǎn)生的方波為鎖存器提供CLK脈沖。
由555定時器的特性參數(shù)可知，555電路要求R1和R2均應(yīng)大于或等于1K歐姆，但R1+R2應(yīng)小于或等于3.3M歐姆。
當(dāng)電源電壓為5V時，在100mA的輸出電流下輸出的電壓的典型值為3.3V所以取VCC=5V可以滿足對輸出脈沖幅度的要求。由于對輸出脈沖的占空比要求不高，為便于計算，令占空比D=
R1?R2R1?2R2
?23
，故得到R1=R2，令f=1Hz,則T=0.7（R1+2R2）C=1。若取C=0.1uF，得R1=R2=48k
Ω。
4.顯示電路
（1）發(fā)光電路由一個發(fā)光二極管與一個電阻串聯(lián)組成。 （2）單音頻音響電路
下圖是用壓電陶瓷蜂鳴器作發(fā)聲元件的單音頻音響電路。壓電陶瓷蜂鳴器再適當(dāng)信號驅(qū)動下能夠發(fā)聲，兩個CMOS門電路與R1、R2和C組成振蕩器，當(dāng)控制端電壓UA為高電平時，振蕩器產(chǎn)生振蕩，輸出的高頻信號驅(qū)動蜂鳴器發(fā)聲；UA為低電平時，振蕩器停振，蜂鳴器不發(fā)聲。
6.總電路圖
7.創(chuàng)新方面
本次設(shè)計在題目要求的基礎(chǔ)上又另加了一個震蕩電路使得在裁判按下開關(guān)之后搶答的過程中LED5是一直閃爍的。
http://www.szmdbiao.com/news/55B80803AE6D96F6.html 五、器件清單
元件名 電位器
蜂鳴器 發(fā)光管 實驗板
型號 200歐 10K歐 5V 紅
數(shù)量 1 1 2 10 2 元件清單
單價(元) 2 2 1 0.15 5
總價（元） 2 2 2 1.5 10
電阻 獨石電容 按鍵 開關(guān)
底座
瓷片電容 銅柱 74LS175 74LS74 74LS00 74LS20 74LS04 555 總計
8腳 14腳 16腳
30 5 10 1 4 4 10 2 4 8 2 1 3 1 1 1
0.015 0.3 0.2 0.5 1.5 0.1 0.16 0.16 0.05 0.5 2 1 1 1 1 1
0.45 1.5 2 0.5 6 0.4 1.6 0.32 0.2 4 4 1 3 1 1 1
45.47
六、調(diào)試過程及現(xiàn)象
1.調(diào)試芯片74LS175 此四D觸發(fā)器，各輸入管腳均接入二極管，控制開關(guān)，檢查4個二極管是否均正常發(fā)光。
2.先用數(shù)字電子實驗室內(nèi)的連續(xù)脈沖源對四D觸發(fā)器的脈沖信號端即CP端提供時鐘脈沖信號，以代替用定時器提供的脈沖源，觀察整個搶答裝置產(chǎn)生的現(xiàn)象。
（1）搶答開始前，開關(guān)K1，K2，K3，K4均置“0”，準備搶答，將開關(guān)S置“0”，發(fā)光二極管全熄滅，再將S置“1”。搶答開始，K1，K2，K3，K4某一開關(guān)置“1”，觀察發(fā)光二極管的亮滅情況，然后再將其他三個開關(guān)中任意一個置“1”，觀察發(fā)光二極管的亮滅是否有改變。
（2）重復(fù)（1）的內(nèi)容，改變K1，K2，K3，K4任意一個開關(guān)的狀態(tài)，觀察搶答器的工作情況。
3.調(diào)試555脈沖源，用示波器觀察其輸出的脈沖波形，并結(jié)合實際電路調(diào)整其輸出脈沖頻率，待用。
4.斷開實驗裝置上的連續(xù)脈沖源，接入設(shè)計出的555脈沖源，再進行實驗。 5.組裝各器件，進行統(tǒng)調(diào)。
6.按下四個開關(guān)按鈕中的任一個，與其編號對應(yīng)的LED被點亮，其他不亮，同時蜂鳴器發(fā)出聲響。
7.確認在按下?lián)尨鸢粹o中的任一個之后，即使按下其他開關(guān)，其他LED也不亮。
8.將電路復(fù)位，觀察現(xiàn)象。(由于連接實物失敗，此調(diào)試過程均為理論過程） 七、總結(jié)
1.設(shè)計電路的優(yōu)缺點
此電路結(jié)構(gòu)清晰，連線簡易，器件大眾化，易購。容易控制，快捷方便。
555多諧振蕩器不易調(diào)試。所設(shè)計的搶答器電路采用組合邏輯和時序邏輯電路設(shè)計，無需編程語言，具有電路簡單，成本低廉，操作方便，靈敏可靠。易于制作等優(yōu)點，而且在實際生活中具有很強的實用性。
2.收獲與體會
本次設(shè)計數(shù)字搶答器，用到數(shù)字電子技術(shù)方面知識。通過這次課程設(shè)計，對集成電路的了解加深，課本上的知識更深的掌握。利用Multisim 10對4路競賽搶答器的設(shè)計進行了仿真驗證，實驗結(jié)果證明該電路設(shè)計合理，具有比較可靠的工作方式和更強的適用性，達到了預(yù)期的設(shè)計目的和要求。通過本次設(shè)計體會到邏輯思維和團隊合作的重要性。
八、參考文獻
《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第五版）》 閻石 主編 《數(shù)字電子技術(shù)實驗指導(dǎo)書》吉林大學(xué)出版社
九、集成芯片資料（另附）
74S175芯片資料：
【四人智力競賽搶答器】相關(guān)文章：
智力競賽作文11-24
【合集】智力競賽作文12-29
畢業(yè)設(shè)計競賽搶答器05-01
智力競賽作文【范例8篇】12-29
四人團隊名字及口號集合11-01
四人合伙協(xié)議范本02-15
童年趣事作文：四人出游記04-22
相親相愛的師徒四人400字作文04-30