搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。另外設(shè)置系統(tǒng)清除開關(guān)一個，該開關(guān)由主持人控制。搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應(yīng)的編號，揚聲器發(fā)出聲響提示，并在七段數(shù)碼管上顯示選手號碼。選手搶答實行優(yōu)先鎖存，優(yōu)先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。
當(dāng)主持人按下清除鍵后，參賽選手可以進行搶答，同時倒計時電路開始倒計時，搶答有效時，紅燈亮，倒計時停止，顯示器上顯示選的編號，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止。
如圖2-1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人按下清零狀態(tài)開關(guān)，同時宣布"開始"，編號顯示器顯示“空值”，開始倒計時，搶答器工作。選手開始搶答，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，禁止二次搶答。如果再次搶答必須由主持人再次操作清零狀態(tài)開關(guān)。
圖 2-1數(shù)字搶答器總體方框圖
2.2搶答器電路設(shè)計
圖2-2電源電路
2.3搶答器電路設(shè)計搶答電路的功能有兩個：一是分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按按鈕操作無效。選用優(yōu)先編碼器74LS148和D觸發(fā)器可以完成上述功能，其電路組成如圖2-3所示。
圖2-3搶答器電路
工作原理是：當(dāng)主持人控制開關(guān)按下時，RS觸發(fā)器的
端為低電平，輸出端（4Q~1Q）全部為低電平。于是74LS148的
/
=0,顯示器滅燈：74LS148的選通輸入端
=0,74LS148處于工作狀態(tài)。當(dāng)主持人開關(guān)松開后優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態(tài)，即搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端
7 ~ 0 輸入信號，當(dāng)有選手將按鈕按下時（按下S5）,74LS148的輸出
2
1
0 =010, 
GS =0,經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，/=1，74LS74處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101,經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器上顯示出“5”。此外，CTR=1, 使74LS148的
為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖其他按鈕的輸入。當(dāng)選手按下的按鈕松開后，74LS148上的GS 為高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其他按鈕的輸入信號不會被接收。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完為題后，主持人只需再次按下清除按鈕，便可以進行下輪搶答。
節(jié)目主持人跟據(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)器進行預(yù)置，選用十進制同步加/減計數(shù)器74LS192進行設(shè)計，計數(shù)器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖2-4所示：
電路由555定時器和三極管構(gòu)成的報警電路如圖2-5所示。其中，555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為：
fo =
其輸出信號經(jīng)三極管推動揚聲器。RST為控制信號，當(dāng)RST為高電平時，多諧振蕩器工作；反之，電路停振。
圖2-5報警電路
2.6時序控制電路設(shè)計
時序控制電路是搶答器設(shè)計的關(guān)鍵，他要完成以下三項功能。
（1）主持人按下控制開關(guān)后，揚聲器發(fā)聲，搶答器和定時電路進入正常工作搶答狀態(tài)。
（2）當(dāng)參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發(fā)生，搶答電路和定時電路停止工作。
（3）當(dāng)設(shè)定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發(fā)生，同時搶答電路和定時電路停止工作。
設(shè)計的時序控制電路如圖2-6a和圖2-6b所示。圖中，門G1,G2的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G3的作用是控制74LS148的輸入使能端。圖2-4a所示電路的工作原理是：主持人控制開關(guān)按下時，來自于圖2-2所示的74LS74的輸出CTR=0，經(jīng)G4 反相，A=1，則從555輸出端來的時鐘信號CP能加到74LS192的CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，來自于圖2-3所示的借位輸出端
=1,門G3的輸出=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能（1）的要求。當(dāng)選手在定時時間內(nèi)按動搶答按鈕時，CTR=1經(jīng)G4反相A=0，封鎖CP信號，定時器處于保持工作狀態(tài)；同時，門G3的輸出=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實現(xiàn)功能（2）的要求。到定時時間到時，來自74LS192的=0，=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進行搶答，同時G1處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號，是定時電路保持00狀態(tài)不變，從而實現(xiàn)功能（3）的要求。圖2-6b所示電路用于控制報警電路。
圖2-6a時序控制電路1 圖2-6b時序控制電路2
3 電路原理圖設(shè)計（1）上電，檢測電路各級直流狀態(tài)，排除故障后，并記錄特殊節(jié)點的電位數(shù)值；在電路圖中觀測以下特殊節(jié)點的電平變化情況：
節(jié)點 |
| CLR |
| RST(U1) | DWN(U9) |
按S8前 | H | H | H | L | L |
按下S8 | L | L | L | H | H |
S8松開后 | L | L | L | L | H |
規(guī)定時間內(nèi)按下?lián)尨疰I | H | H | H | L | L |
倒計時結(jié)束 | H | H | H | H | L |
圖4-1特殊點電平變化圖
電路接+5V電壓，觀測U1,U10的3（OUT）輸出電平波形；
圖4-3 U2的輸出波形
（2）動態(tài)調(diào)試，接上5V直流電源，將系統(tǒng)清除按鍵按下。74LS192的四個RS觸發(fā)器的置0端均為0，使四個觸發(fā)器均被置0。1Q為0，使74LS148的使能端
=0，74LS148處于允許編碼狀態(tài)，同時1Q為0，使74LS48的滅燈輸入端
=0，數(shù)碼管無顯示。這時搶答器處于準備搶答狀態(tài)。
為0，使1Q=1，即=1，74LS48處于譯碼狀態(tài)，譯碼的結(jié)果顯示為“4”。同時1Q=1，使74LS148的
=1，74LS148處于禁止狀態(tài)，從而封鎖了其他按鍵的輸入。此外，當(dāng)優(yōu)先搶答者的按鍵松開再按下時，由于仍為1Q=1，使=1，74LS148仍處于禁止狀態(tài)，確保不會接受二次按鍵時的輸入信號，保證了搶答者的優(yōu)先性。
圖5-1布線規(guī)則
圖5-2優(yōu)先級
元件 | 參數(shù) | 個數(shù) |
74LS148 | 1 | |
74LS48 | 3 | |
74LS74 | 4 | |
74LS192 | 2 | |
74LS00 | 3 | |
74LS08 | 3 | |
NE555 | 2 | |
蜂鳴器 | 1 | |
8位數(shù)碼顯示管 | 3 | |
按鍵開關(guān) | 9 | |
發(fā)光二極管 | 2 | |
電阻R8-R15 R3 | 10K | 9 |
電阻 | 1K | R1 R7 |
電阻 | 20K | R2 R4 |
電阻 | 60K | R5 |
電容 | 0.1uF | C6 C8 |
電容 | 10uF | C5 C7 |
電阻 | 510 | R6 |
課程設(shè)計不僅是對前面所學(xué)知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。下面是我對本次CAD課程設(shè)計過程做的簡單總結(jié)。
第一，接到陳宇老師的課設(shè)任務(wù)后，我進行了選題，選擇了最感興趣的八路搶答器。這是課程設(shè)計的開端。
第二，題目確定后就是找資料了。查資料是我課程設(shè)計的前期準備工作，好的開端就相當(dāng)于成功了一半，到圖書館借閱相關(guān)書籍、上網(wǎng)查找資料。總之，不管通過哪種方式查的資料都是有利用價值的，一一記錄下來以備后用。（在此過程中我學(xué)習(xí)并掌握了8路數(shù)顯搶答器74系列8-3優(yōu)先編碼器74LS148、BCD7段譯碼器74LS48、NE555定時器、雙時鐘4位十進制加減同步計數(shù)器74LS192、以及具有鎖存功能的74LS等的原理和功能，初步了解電路原理）
第三，通過上面的過程，已經(jīng)積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一些了解，在這樣一個基礎(chǔ)上，綜合已有的資料更透徹的分析了八路搶答器的原理圖。
第四，有了研究方向，就應(yīng)該動手實現(xiàn)了。其實以前的三步都是為這一步作的鋪墊。
通過這次設(shè)計，我對電子線路CAD進行了再次的學(xué)習(xí)，知識得到了加深和鞏固，同時也更熟練地掌握了對Altium DXP的使用。在設(shè)計電路過程中也對數(shù)字電路設(shè)計中的邏輯關(guān)系等有了一定的認識，對以前學(xué)的數(shù)字電路又有了一定的新認識，溫習(xí)了以前學(xué)的知識，就像人們常說的溫故而知新嘛，但在設(shè)計的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識都已經(jīng)不太清楚了，但是通過一些資料又重新的溫習(xí)了一下數(shù)字電路部分的內(nèi)容。在這次課程設(shè)計中也使我們的同學(xué)關(guān)系更進一步了，同學(xué)之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學(xué)。
在此要感謝我的指導(dǎo)陳宇老師，感謝老師給我們這樣的機會鍛煉。在整個設(shè)計過程中有許多不懂得知識，陳宇老師都幫助我們解決。我懂得了許多東西，也培養(yǎng)了獨立工作的能力，樹立了對自己學(xué)習(xí)能力的信心，相信會對今后的學(xué)習(xí)生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創(chuàng)造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設(shè)計過程中所學(xué)到的東西是這次CAD課程設(shè)計的最大收獲和財富，使我終身受益。
圖3-1電源電路
圖3-2搶答器電路
八路智能數(shù)顯搶答器.doc
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