1、 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)24 / 24下載文檔可編輯廣東石油化工學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū) 一、 設(shè)計(jì)題目 四路搶答器二、 主要內(nèi)容及要求 （1）當(dāng)某臺(tái)參賽者按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)時(shí)，由數(shù)碼管顯示該臺(tái)編號(hào)并伴有聲響。此時(shí)，搶答器不再接收其他輸入信號(hào)。（2）電路具有定時(shí)功能。要求回答問(wèn)題的時(shí)間30秒（顯示為2900），時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)方式。當(dāng)達(dá)到限定時(shí)間時(shí)，發(fā)出聲響提示。（3）具有計(jì)分功能。每組參賽者起始分為100分，搶答后由主持人計(jì)分，答對(duì)1次加10分，否則減去10分（4）在復(fù)位狀態(tài)下臺(tái)號(hào)數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈）。提高要求：（5）答題時(shí)間還剩5s時(shí)，每秒發(fā)出提示聲音。三、 進(jìn)度安排1、掌握multisi

2、m仿真器軟件的使用（5月25號(hào)）。2、去圖書(shū)館和網(wǎng)上查找需要的資料，并整理好。（5月26日）。3、對(duì)課程設(shè)計(jì)的要求進(jìn)行理解，初步設(shè)計(jì)。（5月27日）。4、整體設(shè)計(jì)開(kāi)始，并逐步改進(jìn)和調(diào)試。（5月29日）5、完成設(shè)計(jì)并寫(xiě)課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)。（5月30日）6、課題答辯（6月20日）四、 總評(píng)成績(jī)指導(dǎo)教師 學(xué)生簽名 搶答器電路設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1可容納四組參賽的數(shù)字式搶答器；2當(dāng)某臺(tái)參賽者按下?lián)尨痖_(kāi)關(guān)時(shí)，由數(shù)碼管顯示該臺(tái)編號(hào)并伴有聲響。此時(shí)，搶答器不再接收其他輸入信號(hào)；3電路具有定時(shí)功能。要求回答問(wèn)題的時(shí)間60秒（顯示為0059），時(shí)間顯示采用倒計(jì)時(shí)方式。當(dāng)達(dá)到限定時(shí)間時(shí)，發(fā)出聲響提示；4具有計(jì)分功能

3、。要求能設(shè)定初始分值，能進(jìn)行加減分5在復(fù)位狀態(tài)下臺(tái)號(hào)數(shù)碼管不作任何顯示（滅燈）二、方案設(shè)計(jì)與論證如圖所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人將開(kāi)關(guān)撥到“清零”狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間；主持人將開(kāi)關(guān)置“開(kāi)始”狀態(tài)，宣布“開(kāi)始”，搶答器工作。定時(shí)器倒計(jì)時(shí)，選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí)，搶答器完成優(yōu)先判斷、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開(kāi)始”狀態(tài)開(kāi)關(guān)。計(jì)分模塊搶答器計(jì)時(shí) 模塊搶答器鑒別模塊方案一：以74LS175+74LS48為主，構(gòu)成搶答電路模塊；以74LS192

4、+數(shù)碼管+蜂鳴器構(gòu)成計(jì)時(shí)模塊；以74LS192+74LS160為主構(gòu)成計(jì)分模塊。（搶答模塊實(shí)現(xiàn)如下圖）其工作原理如下，主持人開(kāi)關(guān)是74LS175的清零控制端，當(dāng)主持人打下開(kāi)關(guān)時(shí)整個(gè)電路開(kāi)始工作，有一個(gè)搶答信號(hào)產(chǎn)生時(shí)74LS175被封鎖，該芯片得不到時(shí)鐘信號(hào)，處于不工作狀態(tài)，不允許其他信號(hào)的輸入有效，相對(duì)于方案二沒(méi)有優(yōu)先級(jí)，不會(huì)產(chǎn)生公平性的問(wèn)題。在74LS175有了一個(gè)輸出信號(hào)后，通過(guò)或門(mén)的組合產(chǎn)生一個(gè)編碼給74LS48讓其進(jìn)行譯碼輸出譯碼顯示臺(tái)號(hào)。例如編碼為XXX1的有一號(hào)和三號(hào)，所以通過(guò)或門(mén)組合可以實(shí)現(xiàn)顯示功能。優(yōu)點(diǎn)是便于擴(kuò)展，容易添加新的電路，缺點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)顯示時(shí)，如果臺(tái)號(hào)過(guò)多需要更多的門(mén)電路

5、進(jìn)行處理，顯得冗余?？紤]僅僅是由四人搶答的，不需要更多的門(mén)實(shí)現(xiàn)選擇了該方案。其余模塊在下面進(jìn)行詳細(xì)描述。 方案二：以74LS148、鎖存器 74LS279、74LS48為主構(gòu)成搶答模塊；其余的模塊基本相同。（搶答模塊如下圖所示）其工作原理如下，開(kāi)關(guān)S置于清除端時(shí)，RS觸發(fā)器的 端均為0，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的 0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開(kāi)關(guān)S置于開(kāi)始時(shí)，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S3），74LS148的輸出 經(jīng)RS鎖存后，1Q=1,74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=100,經(jīng)譯碼顯示為4。此外，1Q1，使74LS1481，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的

6、輸入。當(dāng)按鍵松開(kāi)即按下時(shí)，74LS148的此時(shí)由于仍為Q1，74LS1481，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出二次按鍵時(shí)輸入信號(hào)，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開(kāi)關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。 電路實(shí)現(xiàn)功能比較完整，基本符合設(shè)計(jì)的要求，但是該電路實(shí)行附加的功能是難以實(shí)現(xiàn)，要做較大的改動(dòng)才可以完善，在早期的時(shí)候被我們淘汰。優(yōu)點(diǎn)是電路基本可以嚴(yán)謹(jǐn)處理所有的事務(wù)仿真的時(shí)候不易出現(xiàn)問(wèn)題。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算 搶答器鑒別模塊: 搶答器模塊=74LS175+74LS48+門(mén)電路+七段數(shù)碼管74LS175：74LS175的功能真值表:從表可見(jiàn)： CLR是清零端，且

7、低電平有效。 CLK是時(shí)鐘脈沖，且下降沿觸發(fā)。上圖中的74ALS175N為一四路的鎖存器，當(dāng)CLK引腳輸入上升沿時(shí)，1D-4D被鎖存到輸出端（1Q-4Q）。在CLK其他狀態(tài)時(shí)，輸出與輸入無(wú)關(guān)74LS48A0-A3 譯碼地址輸入端BI/RBO 消隱輸入端（低電平有效）/脈沖消隱輸出（低電平有效）LT 等燈測(cè)試輸入端（低電平有效）RBI 脈沖消隱輸入端（低電平有效）Ya-Yg 輸出端 搶答器計(jì)時(shí)模塊：搶答器=74LS192+數(shù)碼管+蜂鳴器74LS192具有下述功能： （1）.異步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 （2）.異步置數(shù)：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0（3

8、）.保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài) （4）.加計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計(jì)數(shù) （5）.減計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計(jì)數(shù)74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。 搶答器記分模塊：計(jì)分器=74LS192+74LS160+控制開(kāi)關(guān)+門(mén)電路74LS160:是同步十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，依靠CP信號(hào)來(lái)工作，EP、ET高電平是工作，計(jì)分的單元電路中EP接數(shù)據(jù)輸出端的與非輸出，只要令清零端的數(shù)據(jù)輸出位數(shù)與EP端的位數(shù)相減等于你要的位數(shù)即可實(shí)現(xiàn)加減相應(yīng)的分?jǐn)?shù)的功能

9、。74160功能表CLKCLRLOADENPENT工作狀態(tài)0置零10預(yù)置數(shù)1101保持110保持(但C=0)1111計(jì)數(shù)例如：下圖EP端是0011，而CLR端是0100，兩端相減是0001，即十進(jìn)制的1，所以實(shí)現(xiàn)加減一分的功能。四、總電路工作原理及元器件清單1總原理圖2 電路完整工作過(guò)程描述（總體工作原理） 搶答器鑒別模塊:該電路完成三個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)；二是禁止其他選手按鍵操作無(wú)效；三是同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào)。74LS175工作過(guò)程：主持人開(kāi)關(guān)置于清除端時(shí)，芯片開(kāi)始工作，A、B、C、D四個(gè)開(kāi)關(guān)開(kāi)始搶答，根據(jù)下圖的真值表，可以知道當(dāng)有一個(gè)開(kāi)關(guān)打下時(shí)，通過(guò)

10、門(mén)電路的控制封鎖時(shí)鐘禁止其他開(kāi)關(guān)的輸入，使其他輸入無(wú)效。74LS48芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器，常用在各種數(shù)字電路和單片機(jī)系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中，顯示選手的臺(tái)號(hào)。 搶答器計(jì)時(shí)模塊：定時(shí)電路選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)。74LS192具有下述功能： （1）.異步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 （2）.異步置數(shù)：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0（3）.保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原態(tài) （4）.加計(jì)數(shù)：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法規(guī)律計(jì)數(shù) （5）.減計(jì)數(shù)：CR=

11、0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按減法規(guī)律計(jì)數(shù)74LS192是雙時(shí)鐘方式的十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器。 CPU為加計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端，CPD為減計(jì)數(shù)時(shí)鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。 CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。 CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出 BO為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。 電鍵是控制清零端的開(kāi)關(guān)，開(kāi)關(guān)P是置數(shù)端的開(kāi)關(guān)，P打開(kāi)置數(shù)端指數(shù)，P關(guān)閉置數(shù)端不工作，并給予時(shí)鐘信號(hào)。電路工作，剩余20秒是給予提醒信號(hào)。搶答器記分模塊： 該電路有74LS160、74LS192和門(mén)電路構(gòu)成，74LS160構(gòu)成的是分值電路，74LS192是加減電路。

12、由開(kāi)關(guān)控制輸入信號(hào)傳向UP或DOWN，實(shí)現(xiàn)加減分。對(duì)一分鍵電路，在U4上，當(dāng)從0000變化到0011時(shí)，QA與QB通過(guò)與非門(mén)接到EP，RD則通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制，當(dāng)?shù)竭_(dá)0011的時(shí)候，經(jīng)過(guò)QA與QB的與非門(mén)出來(lái) 的為零，使它保持0011的狀態(tài)不變， QB輸出的則是一個(gè)脈沖了。對(duì)三分鍵電路，在U6上，當(dāng)從0000變化到0101時(shí)，QA與QC通過(guò)與非門(mén)接到EP，RD則通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)來(lái)控制，當(dāng)?shù)竭_(dá)0011的時(shí)候，經(jīng)過(guò)QA與QC的與非門(mén)出來(lái) 的為零，使它保持0101的狀態(tài)不變， QA輸出的則是三個(gè)脈沖了。通過(guò)雙向開(kāi)關(guān)切換電路為加法電路和減法電路，將異或門(mén)U7接至U1、U2、U3的UP端，為加法部分，將異或

13、門(mén)U8接至U1、U2、U3的DOWN端，為減法部分。從而控制比賽分?jǐn)?shù)的加減。開(kāi)關(guān)J4控制U1、U2、U3的CLR端接通電源，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合是，分?jǐn)?shù)置零，開(kāi)始重新計(jì)數(shù)。3元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注VCCVCC0GROUNDV1,V3AC_POWER2V2,V4DC_POWER2V5,V6,V7,V8,V9,V10SIGNAL_VOLTAGE_SOURCE -S6CLOCK_VOLTAGER1,R2,R7,R11,R12,R13,R14,R15,R16RESISTOR200Ohm 9R3,R4,R5,R6,R8,R9,R10RESISTOR560Ohm7R17,R18,R19,R20,R21

14、,R22,R23,R24RESISTOR100Ohm8J1DIPSW11SWITCHJ7PB_DPST1J9,J10,J11,J12,J13,J14,J15,J16SPDT8J5A,J6A,J8A,J17A,J18A,J19A,J20A,J21A,J22A,J23A,J24ADIPSW611LED1LED_red 15VLED2LED_green15VLED3LED_orange15VLED4LED_blue15VU174LS175D1U3 74LS48D 1U32,U33,U36,U37,U39,U40,U43,U44,74192N 8U58,U60,U60,U64,U66,U68,U70,

15、U72,74HC160N84VU4 SEVEN_SEG_COM_K_GREEN HEX_DISPLAY1U2A,U12A ,74HC32D_2V2U16,U1774LS192D2U11A,74HC20D_2V1U13,U14DCD_HEX_DIG_YELLOW2U18,U19,U20,U21,U22,U23,U24,U25,U26,U27,U28,U29 DCD_HEX6U7,U9BUZZER 2U10A 74S03D1U61A,U59A,U69A,U67A,U71A,U73A 4011BD_5V6U46A,U47A,U48A,U49A4071BT_5V4U53A.U52A,U51A,U54A

16、,U55A4009BCL_5V 5U63A,U65A4011BD_5V2U31A U30A U35A U34A U45A U38A U42A U41A4030BD_5V8U50A U56A U57A4009BCL_5V 3U6A 4011BP_5V 1U5A 4077BT_5V1U15B,U8B 74S05N2X1 PROBE_DIG_RED1五、仿真調(diào)試與分析本設(shè)計(jì)基本符合課題的要求，可以實(shí)現(xiàn)搶答、加減分控制、計(jì)時(shí)功能的實(shí)現(xiàn)，主持人打下控制開(kāi)關(guān)電路開(kāi)始工作，搶答結(jié)束顯示臺(tái)號(hào)，接著實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能。完成作答后，加減分功能由控制端實(shí)現(xiàn)。雖然這個(gè)設(shè)計(jì)可以完成要求，但是如果同時(shí)按下開(kāi)關(guān)，指示燈同時(shí)亮?xí)r，

17、顯示臺(tái)號(hào)有出錯(cuò)的可能行存在?？偟膩?lái)說(shuō)，搶答電路部分做的不是十分的理想，存在改善的地方，若以方案一的電路實(shí)現(xiàn)的話可以除去同時(shí)性的問(wèn)題，但是優(yōu)先級(jí)帶來(lái)的問(wèn)題又是需要解決的。6、 結(jié)論與心得經(jīng)過(guò)將近一周的奮戰(zhàn)，我們的課程設(shè)計(jì)總算圓滿結(jié)束，不僅取得了預(yù)期的效果，而且離答辯時(shí)間提前了接近三個(gè)星期，同時(shí)還為我們爭(zhēng)取了足夠的冗余時(shí)間完善設(shè)計(jì)功能，回想設(shè)計(jì)的“歲月”，現(xiàn)在仍記憶猶新！首先，老師一發(fā)課題，我們就商量著選題的事情，最初我們有兩種想法：第一種是隨便選個(gè)簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)課題，做完草草了事；第二種是選個(gè)有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值的課題，認(rèn)真的做好設(shè)計(jì)，展現(xiàn)我們最好的作品。因?yàn)橐獪?zhǔn)備英語(yǔ)四級(jí)，所以才萌發(fā)了以上兩種想法。后來(lái)

18、，經(jīng)過(guò)幾次角逐，第二種想法戰(zhàn)勝了第一種想法，結(jié)果我們果斷的選擇了四人搶答器這一設(shè)計(jì)課題。因?yàn)榧纫獮樗募?jí)爭(zhēng)取更多的復(fù)習(xí)時(shí)間，又要做好課程設(shè)計(jì)，所以我們不得不快馬加鞭，過(guò)關(guān)斬將，速戰(zhàn)速?zèng)Q！因?yàn)槲覀儓?jiān)信，凡事都要做好足夠的準(zhǔn)備，方能百戰(zhàn)百勝！其次，從搜集資料到熟悉設(shè)計(jì)原理，再?gòu)拈_(kāi)始使用仿真軟件到完成整個(gè)設(shè)計(jì)電路圖的整個(gè)過(guò)程，真可謂是夜漫漫其熙遠(yuǎn)兮，吾將上下而求索！汗與淚交織在一起，不知何是汗，何是淚，統(tǒng)一戰(zhàn)線！說(shuō)到仿真軟件,我們經(jīng)歷了一波三折，因?yàn)橛幸恍┰谝恍┓抡孳浖姓也坏交蚴怯貌涣嘶蚴遣皇呛軙?huì)用，所以仿真軟件進(jìn)行了一次升級(jí)，由最先的EWB到Proteus再到Multisim10.0，與此同時(shí)，我們的挫敗感也保持著“升級(jí)”。在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程，最耗費(fèi)時(shí)間的是在調(diào)試電路上，每每接一個(gè)電路，對(duì)電路的調(diào)試必不可少，因?yàn)楹芏鄦?wèn)題時(shí)不時(shí)就給你個(gè)“驚喜”，往往讓你哭笑不得！所以，在這種關(guān)鍵時(shí)刻，最需要的是冷靜的分析，結(jié)構(gòu)和思路的優(yōu)化，更加必不可少的是團(tuán)隊(duì)合作精神，往往很多電路故障的排除思路和解決方法都是在不斷的討論中和嘗試下萌芽的！ 搶答電路模塊經(jīng)過(guò)兩次方案的修改，因?yàn)槿绻捎脙?yōu)先編碼器，雖然可以保證每一次都只有一個(gè)人先