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1、 編 號： 審定成績： XXXX大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）設(shè)計（論文）題目：單片機(jī)數(shù)字搶答器的實現(xiàn)學(xué) 院 名 稱 ：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)學(xué)院學(xué) 生 姓 名 ：X X專 業(yè) ：計算機(jī)科學(xué)與技術(shù)專業(yè)班 級 ：0490xxx學(xué) 號 ：0610xxxx指 導(dǎo) 教 師 ：X X X答辯組 負(fù)責(zé)人 ：填表時間： 2009 年 5 月XXXX大學(xué)教務(wù)處目 錄引言1第一章 設(shè)計任務(wù)2（1） 設(shè)計要求2（2） 功能要求3第二章 主要器件介紹4（1） 74LS148 4 （2） 74LS485（3） 74LS192及74LS006（4） 74LS121及74LS2797 （5） NE555及74LS118第三章 設(shè)計方案9

2、（1） 搶答功能設(shè)計9 （2） 定時功能設(shè)計及其總方案11第四章 電路實現(xiàn)及電路調(diào)試15第五章 結(jié)論16第六章 參考文獻(xiàn)17附錄117 引言數(shù)字電路產(chǎn)品在生活中有著極其廣泛的應(yīng)用，包括計算機(jī)、數(shù)字通信、智能儀器儀表、自動控制及航天等領(lǐng)域中。這些給人們帶來了生活，工作等方面帶來了極大的方便。工廠、學(xué)校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答器是必要設(shè)備。在我校舉行的各種競賽中我們經(jīng)?？吹接袚尨鸬沫h(huán)節(jié)，舉辦方多數(shù)采用讓選手通過舉答題板的方法判斷選手的答題權(quán)，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。為解決這個問題，我們小組準(zhǔn)備就本次課設(shè)的機(jī)會制作一個低成本但又能滿足學(xué)校需要的八路數(shù)顯

3、搶答器。搶答器在比賽等場合中不可缺少的設(shè)備。本文就是從數(shù)字電路芯片的功能簡介開始，利用功能不同的數(shù)字電路芯片的組合來實現(xiàn)多路搶答器的功能。首先簡要的介紹了數(shù)字電路的發(fā)展和演變。然后介紹幾個主要集成芯片的管腳功能和用法。最后介紹多路搶答器的原理和設(shè)計過程?？偨Y(jié)與改進(jìn)部分，講一些電路在實際設(shè)計調(diào)試中的不足，并加以改進(jìn)。智力競賽是一種生動活潑的教育方式，而搶答就是智力競賽中非常常見的一種答題方式。搶答能引起參賽者和觀眾的極大興趣，并且能在極短的時間內(nèi)，使人們迅速增加一些科學(xué)知識和生活常識。但是，在這類比賽中，對于誰先誰后搶答，在何時搶答，如何計算答題時間等等問題，若是僅憑主持人的主觀判斷，就很容易出

4、現(xiàn)誤判。所以，我們就需要一種具備自動鎖存，置位，清零等功能智能搶答器來解決這些問題。 第第一章 設(shè)計任務(wù) （1）設(shè)計要求搶答器主要是基于 7 4系列集成芯片組成電路各個部分，成本較低 ，且基本能夠使用于學(xué)校的一些活動中。采用74LS148編碼器和74LS279 RS鎖存器組成 搶答器的核心部分搶答電路。采用74LS192十進(jìn)制加/減計數(shù)器設(shè)計搶答器的定時部分，計數(shù)器的時鐘脈沖電路提供。采用555定時器和三極管構(gòu)成報警電路，時序控制電路由74LS121產(chǎn)生。采用七段共陰極LED數(shù)碼管顯示搶答序號和定時時間，由74LS48數(shù)字顯示譯碼管顯示數(shù)碼管。設(shè)計器材統(tǒng)計如下表：（設(shè)計中些基本的器材則實驗室提

5、供）74LS48 3個電阻68 K 1個74LS121 1個電阻510 2個74LS148 1個電容10uF 2個74LS192 2個電容0.1uF 1個74LS279 1個電容100uF 1個NE555 2個發(fā)光二極管 2個電阻1 K 1個按鍵開關(guān) 9個電阻10 K 9個共陰數(shù)碼管 3個電阻15 K 1個74LS00 1個電阻4.7 K 1個74LS11 1個電阻5.1 K 1個三極管3DG12 1只電阻100 K 1個（2）功能要求將主要設(shè)計一個供八人使用的定時搶答器，他要實現(xiàn)以下主要功能：（1）為8位參賽選手各提供一個搶答按鈕，分別編號S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7；（2

6、）主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開始；（3）搶答器要有數(shù)據(jù)鎖存與顯示的功能。搶答開始后，若有任何一名選手按動搶答按鈕，則要顯示其編號至系統(tǒng)被主持人清零，并且揚聲器發(fā)生提示，同時其他人再按對應(yīng)按鈕無效；（4）搶答器要有自動定時功能，并且一次搶答時間由主持人任意設(shè)定。當(dāng)主持人啟動“開始”鍵后，定時器自動減計時，并在顯示器上顯示。同時揚聲器上發(fā)出短暫聲響；（5）參賽選手只有在設(shè)定時間內(nèi)搶答方為有效搶答。若搶答有效，則定時器停止工作，并且顯示搶答開始時間直到系統(tǒng)被清零；（6）若設(shè)定時間內(nèi)無選手進(jìn)行搶答（按對應(yīng)按鈕），則系統(tǒng)短暫報警，并且禁止選手超時搶答，定時器上顯示00。數(shù)字搶答器由主體電路與擴(kuò)展電路

7、組成。優(yōu)先編碼電路、鎖存器、譯碼電路將參賽隊的輸入信號在顯示器上輸出；用控制電路和主持人開關(guān)啟動報警電路，以上兩部分組成主體電路。通過定時電路和譯碼電路將秒脈沖產(chǎn)生的信號在顯示器上輸出實現(xiàn)計時功能，構(gòu)成擴(kuò)展電路。利用本次設(shè)計出的電路制造成的定時搶答器，即可輕松實現(xiàn)在8人或8個代表隊之間進(jìn)行的搶答比賽中進(jìn)行控制，使得這一活動更加趣味、公平。 第二章 主要器件介紹（1） 74LS148 74LS148優(yōu)先編碼器（a） 符號圖 (b) 管腳圖74LS148的功能表：輸 入輸 出 1000000000 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1

8、1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 10 1 1 1 1 1 1 11 1 11 1 10 0 00 0 10 1 00 1 11 0 01 0 11 1 01 1 11 10 11 01 01 01 01 01 01 01 0 （2）74LS48 74LS48符號圖和管腳圖（a）符號圖 （b）管腳圖顯示譯碼器74LS48的功能表： （3）74LS192及74LS0074LS192管腳圖74ls192功能表： 輸入 輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 1 0000 0 0 dcbadcba 0 1 1 加計數(shù) 0 1 1 減計數(shù)74LS00管腳圖及其功能表： （4）74LS121及7

9、4LS27974LS121管腳圖及其功能表：74LS279管腳圖及其功能表：74LS279進(jìn)行反碼和鎖存作用（5）NE555及74LS11NE555管腳圖： 74LS11管腳圖及其真值表: Y=ABC Input Output A B C Y X X L L X L X L L X X L H H H H 第三章 設(shè)計方案（1）搶答功能設(shè)計設(shè)計電路如圖1所示。電路選用優(yōu)先編碼器 74LS148 和鎖存器 74LS297 來完成。該電路主要完成兩個功能：一是分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號（顯示電路采用七段數(shù)字?jǐn)?shù)碼顯示管）；二是禁止其他選手按鍵，其按鍵操作無

10、效。工作過程：開關(guān)S置于清除端時，RS觸發(fā)器的 R、S端均為0，4個觸發(fā)器輸出置0，使74LS148的優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端）0，使之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于開始時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，當(dāng)有選手將搶答按鍵按下時（如按下S5），74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后，CTR=1,RBO(圖中4端) =1,七段顯示電路74LS48處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)譯碼顯示為5。此外，CTR，使74LS148 優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端），處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入。當(dāng)按鍵松開即按下時，74LS148的 此時由于仍為CTR，使優(yōu)先編碼工作標(biāo)志端（圖中5號端），所以74LS148

11、仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會出二次按鍵時輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置清除然后再進(jìn)行下一次搶答。 圖1輸入端（按鍵）真值表如下圖2：（2）定時功能設(shè)計及其總方案定時原理及設(shè)計（圖3）：該部分主要由555定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進(jìn)制同步加減計數(shù)器74LS192減法計數(shù)電路、74LS48譯碼電路和2個7段數(shù)碼管即相關(guān)電路組成。具體電路如圖3所示。兩塊74LS192實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電路74LS48顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供。74192的預(yù)置數(shù)控制端實現(xiàn)預(yù)置數(shù)，由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定一次搶答的時間，通過預(yù)置時間電路對計數(shù)器進(jìn)行預(yù)

12、置，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管DPY_7-SEG 上，當(dāng)有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時的倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時， 輸出低電平到時序控制電路，控制報警電路報警，同時以后選手搶答無效。下面結(jié)合圖4具體講一下標(biāo)準(zhǔn)秒脈沖產(chǎn)生電路的原理。結(jié)合圖3，圖中電容C的放電時間和充電時間分別為 于是從NE555的3端輸出的脈沖的頻率為 結(jié)合我們的實際經(jīng)驗及考慮到元器件的成本，我們選擇的電阻值為R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到振蕩頻率fo143（RI2R2）C中即得 ，即秒脈沖。 總方案如下：總方案電

13、路包括四部分：前面具體講了兩部分，下面是報警和時序控制電路圖。報警電路圖：由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖1.5所示。其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率fo143（RI2R2）C，其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當(dāng)PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。時序控制電路圖：時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，它要完成以下三項功能：主持人將控制開關(guān)撥到開始位置時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)聲，搶答電路和定時電路停止工作。當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)聲，同時搶答電路和定時電路停止工作。總框圖如下：1. 搶答

14、器具有定時搶答功能，且一次搶答的時間由主持人設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主持人啟動開始鍵后，定時器進(jìn)行減計時。2. 參賽選手在設(shè)定的時間內(nèi)進(jìn)行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。3.如果定時時間已到，無人搶答，本次搶答無效，系統(tǒng)報警并禁止搶答，定時顯示器上顯示00。對于總體方框圖則只要：（1）將圖1中74LS279的1，5，10，14引腳任意一腳與圖3中任一74LS192的11引腳相連（說明：圖2中74LS279的13引腳輸出CTR信號）；（2）將圖1中輸入74LS148中5引腳信號撤掉換成 74LS279中13引腳輸出的CTR信號經(jīng)一非門

15、與圖3中74LS192的13引腳輸出的信號經(jīng)一與非門輸出的信號。其工作原理為：接通電源后，主持人將開關(guān)撥到清零狀態(tài)，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號顯示器滅燈，定時器顯示設(shè)定時間；主持人將開關(guān)置;開始狀態(tài)，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(nèi)搶答時，搶答器完成：優(yōu)先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當(dāng)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(tài)開關(guān)。第四章 電路實現(xiàn)及電路調(diào)試3塊實驗電路板分別做成數(shù)字搶答器電路、可預(yù)置時間的定時電路、報警電路及時序控制電路，根據(jù)EWB仿真電路及工程上的可操作性布置芯片、

16、元件、導(dǎo)線等?？梢酝ㄟ^很多電路仿真軟件進(jìn)行，通過對以上進(jìn)行了解，到仿真電路中去（例如：multisim），以上都可以很好的實現(xiàn)其功能 電路調(diào)試:（針對搶答功能） 第1點（圖1）：依次按S0至S7鍵，每按完進(jìn)行清除，達(dá)到數(shù)碼管（顯示選手號碼）顯示的數(shù)字一一與按鍵對應(yīng)，達(dá)到效果，反之，查找問題所在：第2點（總體方案）：模擬搶答過程，（1）預(yù)設(shè)時間倒記時開始，依次按S0至S7鍵數(shù)碼管（顯示選手號碼）沒有數(shù)字顯示并且報警發(fā)光二極管亮起表示成功，有則找出問題所在：（2）倒記時結(jié)束，搶答開始，同時或者只按S0至S7任意鍵，發(fā)光二極管亮起，數(shù)碼管顯示號碼，在把所有鍵依次按一遍看顯示號碼會不會改變，不改變則完

17、成調(diào)試，反之則找出問題。第五章 結(jié)論搶答器豐富了我們的生活，社會中本來就充滿著競爭。只是沒有很明顯的表現(xiàn)出來，通過運用它我們可以很好的證明自己的膽識和自信，所以做起搶答器來，也很想去了解它，對于八路搶答器原理也只是幾個芯片的合成體，也沒什么復(fù)雜性，所以很好的做出來，但實踐中就有些小小的麻煩，就是電壓在實踐中很難把握。總之，這次實踐是非常成功的，我們追求的是理論與實踐并存，課程設(shè)計就很好的為大學(xué)生表現(xiàn)自己綜合能力提供有力的平臺。實踐中有很多電路原理弄不清楚，這說明學(xué)的不太好，從中也反映了我們在那些知識的不足，我們也應(yīng)通過老師和自己查資料彌補，這是理想的學(xué)習(xí)過程。 第六章 參考文獻(xiàn)1 康華光，電子技術(shù)基礎(chǔ).數(shù)字部分（第四版），北京：高等教育出版社，20032 李廣弟，單片機(jī)基礎(chǔ)M，北京：北航出版社，20013 梁超，一款基于單片機(jī)技術(shù)的電子搶答器J ，機(jī)電工程技術(shù)，2005，34 (1)4 李朝青，單片機(jī)原理及接口技術(shù)M，北京：北京航空航天大學(xué)出版社，19995 齊向東，多功能數(shù)字顯示搶答器J . 黃石高等專科學(xué)院學(xué)報，1996附錄1：數(shù)碼管引腳圖圖1 數(shù)碼管引腳圖8421BCD碼對應(yīng)顯示圖 - 19 -