三人智力抢答计时器设计
更新时间:2023-11-24 20:59:01 阅读量: 教育文库 文档下载
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一、摘要
智力竞赛抢答计时器是一名公正的裁判员,它的任务是从若干名参赛者中确定出最先的抢答者,并要求参赛者在规定的时间里回答完问题。这好比一名公正的裁判员,它的任务是从若干名参赛者中确定出最先的抢答者,并要求参赛者在规定的时间里回答完问题。本设计实现的是三路抢答,其具有抢答,倒计时功能。它在娱乐、竞赛中起着重要的作用,它体现出公平性、准确性。它替代人们的肉眼观察,主观判断。在公正的比赛中,智力抢答记时器是不可或缺的。
二、电路的组成及工作原理
根据上面所说的功能要求,智力竞赛抢答计事系统的组成框图如下图所示。它主要有六部分组成: 显示声响电路
抢答器 计时声响电路 清零装置 抢答控制电路 振荡电路
图1 智力竞赛抢答计时器系统组成框图
1、抢答器——是智力竞赛抢答器的核心。当参赛者的任意一位首先按下抢答开关时,抢答器即刻接受该信号,指使相应发光极管亮(或音响电路发出声音),与此同时,封锁住其他参赛者的输入信号。
2、清零装置——供比赛开始前裁判员使用。它能保证比赛前触发器统一清零,避免电路的误动作和抢答过程的不公平。
3、显示声响电路——比赛开始,当某一参赛者按下抢答器开关时,触
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发器接受该信号,在封锁其他抢答信号的同时,使该路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发出声响,以引起人们的注意。
4、计时声响电路——是对抢答者回答问题时间进行控制电路。若规定回答为的时间小于100秒(显示为0~99),那么显示装置应该是一个二位数字显示的计数系统。
5、抢答控制器——由三个开关组成。三名参赛者各控制一个,拨动开关使相应控制端的信号为高电平或低电平。
6、振荡电路——它应该提供给抢答器、计时系统和声响电路工作的控制脉冲。
三、设计步骤及方法
图2为三人智力竞赛抢答计时系统的原理图:
图2
一、 抢答控制电路
该系统由开关A,B,C组成,分别由三名参赛者控制。常时态时开关接地,比赛时,按下开关使该端为高电平。为试验方便,抢答开关也可利用试验箱上电平输出开关。拨动逻辑开关,相当于输出高电平。
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二、抢答器
抢答器是由三个D型触发器和一个与非门组成。它的工作原理是这样的:如果参赛者A首先按下开关,使该端的输入信号为高电平,触发器1的输入端D接收该信号使输出Q为高电平,相应的
为低电平,
这个低电平信号同时送到与非门G1的输入端,与非门G1被封锁,使触发器的控制脉冲CP信号由于与非门G1封锁而被拒之门外,触发器FB和FC因为不具备CP脉冲信号而不接收开关B 和C控制端送入的信号(其他两种情况类同)。因为该电路只接收第一个输入信号,即使此时其他参赛者也按下开关,但由于与非门已被封锁,信号是输入不进去的。 此部分使用芯片双D触发器74LS74,其引脚图及功能表如下: 引脚图:
3
功能表:
三、清零装置
为了保证电路正常工作,比赛开始前,裁判员都要将各触发器的状态统一清零。本系统利用D触发器的异步复位端来实现清零功能。该触发器的异步复位端为
均处于高电平,用四、计时显示声响电路
计时电路采用倒计时方法,最大显示为99秒。当裁判员给出“请回答”指令后,开始倒计时,当计时“00”是,可驱动电路发出声响。倒计时器选用可预置数二-十进制同步可逆计数器(双时钟型)74LS192。74LS192的引脚图和功能表如下: 引脚图:
,低电平用一个开关J控制,正常比赛时,使=0实现复位功能。
,
4
功能表:
下图是用两片74LS192组成的一百进制减法计数器电路。
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由功能表可以看出,要使电路实现倒计时(减法)功能,应使CR=0,PE非=1,CP+=1,CP-=CP。可用CR端接电平开关来控制计时器的工作与否。
声响显示电路需要在两种情况下做出反应:一种是当有参赛者按下抢答开关时,相应电路的发光二极管亮,同时推动输出级的蜂鸣器发出声响;第二种情况是当裁判员给出“请回答”指令后,计时器开始倒计时,若回答问题时间到达限定的时间,蜂鸣器发出声响。
显示电路由发光二极管与电阻串联而成,发光二极管正极接电源端,负极接D触发器的Q非端。当某参赛者按下开关,该触发器接受该信号使其输出Q端的状态为高电平,相应的Q非端为低电平,就有电流流过发光二极管是它发亮。计时系统的驱动显示电路选用BCD-7段锁存译码器7448和共阴极七段数码管显示器BS201组成。
声响电路由两部分组成:一是由门电路组成的控制电路,二是三极管驱动电路。门控电路主要由或门组成,它的两个输入,一个来自抢答电路各触发器输出Q非的与非,他说明只要有一Q非为低电平,就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣发生器;另一个来自计时系统高位计数器的借位信号QB,它说明计时电路在99秒向98秒,97秒,??2秒,1秒,0秒倒计时再向99秒转化时向高位借位时给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。这个高电平信号也能使蜂鸣器发声,为了保证电路的可靠工作,也可采用与非门构成的基本RS触发器驱动。 五、振荡电路
本系统需要产生三种频率的脉冲信号,一种是频率为1KHZ的脉冲信号,用于声响电路;一种是频率为500KHZ的脉冲信号,用于触发器的CP信号。第三中频率为1HZ信号用于计时电路。以上电路可用555定时器组成,也可用石英晶体组成的振荡器经过分频得到。555定时器构成的多谐振荡器如图3所示,多谐振荡器的振荡频率可由式(1)估算。CC7555单定时器的外部引线排列见图4所示
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四、安装与调试
一、抢答显示功能测试
按有关部分在实验箱上连线,将开关A,B,C,全部处于低电平。首先拨动开关A,该端发光二极管亮,此时再拨动开关B或C,观察其他发光二极管的情况。 二、清零功能测试
在以上实验的基础上,将74LS74的所有R端连在一起通过开关J控制。由此可以看出,74LS74的异步控制信号高电平有效,因此可用R=1实现复位功能。开关J可以利用实验箱上的电平开关。常态时,它处于低电平。拨动开关J,观察二极管是否全灭。 三、倒计时功能测试
电路在实验箱上连线,计数器的输出可接发光二极管,
在CP作用下,观察发光二极管显示情况。通过控制CR端的状态,在观察发光二极管显示情况。
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五、遇到问题及解决方法
○1元件连接问题。有些元件错误连接导致电路不能正常工作。信号源的连接方法:正端连接芯片的CP端,负端接地。蜂鸣器:一端接入电路,而另一端接地。
○2元件选择问题。开关:本系统中所需要的开关均是按下之后需要恢复的开关,因此要选择复位开关。电阻:为了使二极管正常发光或熄灭,以及引脚正确呈现高低电平,需要使用合适的电阻。这里,与二级
管相连的电阻选择1千欧,与开关相连的电阻选择3千欧。 ○3参数设定问题。信号源频率设定:倒计时电路中需要1秒倒计时倒计一次,因此信号设定为1HZ;在抢答电路中则需要较高频率,因此设定为50KHZ。电源均设定为5V。
○4线路连接问题。再调试过程中遇到功能不显现的情况时,在电路元件连接完好,参数设定正确的情况下,很有可能是由线路连接不牢固或者连接不符合规则造成的,因此在连接线路时一定要头脑清晰,连接条理清晰。
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六、元件明细表
1. 74LS74四D触发器1个 2. 74LS192同步十进制双时钟可逆计数器2个 3. 74LS20双4输入与非门2个 4. 74LS32四2输入或门1个 5. 74LS08四2输入与门1个 6. LED发光二级管3个
7. BCD-七段显示译码器7448 2个
8. 共阴极七段数码管显示器BS201 2个 9. 开关3个 10. 三极管1个 11. 蜂鸣器1个
12. 5V电源、接地装置
13. 电阻:1KΩ*3 5.1KΩ*1 3KΩ*3
七、设计心得和体会
通过本次课程设计我收获良多,使我认识到了自己所学的专业知识的实用性和重要性。本次设计使我对课本上的知识进行了复习和运用。但在起初不知该如何下手,后来通过上网查询和查阅相关书籍资料,总算是有点眉目了。知道了如何下手,后面的工作相对就容易一些了。埋头苦干的过程是苦涩的,在书山中查找资料的过程是疲倦的,但当课程设计完成时,收获的感觉是甜蜜的。没有耕耘,哪来的收获的喜悦,不懂的付出怎么能知道回报的快乐,一份耕耘一份收获,有付出才有回报,就在这样的痛苦与快乐的交换中,我学到了知识,学到了做人的道理,收获了一份珍贵的财富。
这次实践使我认识到了我现在所学的知识还远远不够,在实际操作应用过程中还有些问题不能独立解决,所以我会在今后的学习中更加努力学习,学号自己的专业知识,来发展迅速的现代社会。
在此次设计中我非常感谢李老师,我在设计过程中遇到过一些不明白的问题,多亏了老师的指导和帮忙,但我的设计还存在有很多不足之处,还望老师予以指正,提出修改的建议,使该设计更加完善。
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参考文献
[1] 康光华. 电子技术基础 数字部分(第四版). 高等教育出版社 2000
[2]李维. 数字电路课程设计及实验. 大连理工大学出版社. 2008.
[3] 孙余凯 项绮明. 常用集成电路使用手册. 电子工业出版社.2005
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