8路抢答器毕业论文

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1、楚雄师范学院物理学（师范）本科论文X X 师 范 学 院本 科 生 毕 业 论 文题 目： 简易8路抢答器 系 （院）： XXX 专 业： XXX 学 号： XXX 学生姓名： XXX 指导教师： XXX 职称： XXXX 论文字数： 7510 完成日期： 2012 年 5 月教 务 处 印 制2电子信息科学与技术（非师范）本科毕业论文目录摘要1关键词1Abstract2Key words2一、引言3二、设计目的及要求3三、功能分析及设计方案31八路抢答器的概述32系统的功能与要求33.设计功能介绍33.1基本功能33.2 扩展功能44. 总体方案设计44.1.设计原理44.2工作原理4四、硬

2、件电路设计41.单元模块设计41.1抢答器的总体框图41.2抢答电路的设计51.3定时电路的设计61.4时序控制电路的设计72.主要芯片功能简介82.1优先编码器74LS14882.2锁存器74LS27992.3计数器74LS192102.4单稳态触发器74LS121102.5 74LS48与7段LED数码管112.6 NE555122.7二输入与非门74LS00132.8三输入与非门74LS1013五、设计结果13六、设计总结15参考文献16简易8路抢答器摘要：8路抢答器主要是基于74系列集成芯片组成电路各个部分，成本较低 ，且基本能够使用于学校的一些活动中。采用七段共阴极LED数码管显示抢

3、答序号和定时时间，由74LS48数字显示译码管显示数码管。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时功能。 主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。关键词：八路 抢答器 定时 控制Simple and easy way for 8 vies to answer firstAbstract: 8-way Responder is the composition of the various parts of the circuit bas

4、ed on the 74 series chip, low cost, and basically be able to use some of the activities of the school. Using the seven-segment common cathode led digital tube display the answer in the serial number and timing, and display digital tube 74ls48 digital display decoder. The Responder have a basic answe

5、r in function, but also timing, timing and alarm functions. Host switch to default for the answer in the time time default, the system will complete the automatic countdown. If someone answer in the stipulated time, the timing will automatically stop; if no one answer in within the stipulated time,

6、buzzer system will be sent to the ring, suggesting that host the current round of Responder invalid, an alarm function.Key words: eight-way Qiangda regularly with the police一、 引言 抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合，但目前所使用的抢答器有的成本较高且不便于制作，可靠性低，实现起来很困难；有的则用一些专用的集成块，而专用集成块的购买又很困难。为适应高校等多代表队单位活动的需要而设计一个多功能抢答

7、器，这种抢答器具有电路简单，元件普通易于购买等优点，很好地解决了制作者制作困难和难于购买的问题。二、 设计目的及要求 通过理论设计，查阅资料，选择原件，实际动手安装、调试等过程，了解和掌握电子线路设计的方法。巩固和运用在电路与电子技术等课程中所学理论知识，提高设计能力和动手能力，为以后从事相关工作奠定基础。 （1）设计一个可同时供8名选手参加比赛的8路数字显示抢答器，选手每人设置一个抢答按钮供抢答者使用，按钮编号和选手编号相同。（2）电路具有优先抢答功能，先按按钮的选手编号能被锁存显示。（3）主持人有控制开关，可以手动清零复位。三、功能分析及设计方案1八路抢答器的概述本论文介绍的八路抢答器具有

8、电路简单、成本较低、操作方便、灵敏度可靠等优点，具有较高的使用价值。可用于8人或8人以下的智力竞赛中。比赛前，将参赛者从0至7编号，每人发给对应的的一个抢答按钮。主持人按一下总控制启动键后，抢答开始。此后，哪个最先按下抢答按钮，数码显示器就立即显示此人的编号并锁定。以后，按下任何一路抢答按钮均不起反应。只有主持人重新按动启动键后，才能进行下一次抢答。2系统的功能与要求每个选手有一个抢答按扭，按扭编号与选手编号相对应，8路抢答器有信号的鉴别和数据的锁存、显示的功能。抢答开始后，若有选手抢答按扭，则选手指示灯亮，并在显示器上显示相应的编号。同时，电路应具有自锁功能，防止其他人再抢答，优先抢答者的编

9、号将保持到主持人把系统清零为止。抢答器还有定时抢答的功能。在主持人发出抢答指令后，定时器进行减计时，并在数码管上显示。参赛者在设定的时间内进行抢答，当抢答有效，定时器则停止工作，数码管显示选手的编号，并保持到主持人把系统清零为止。3.设计功能介绍3.1基本功能（1） 抢答器最多可供8名选手抢答，编号为07号，每人分别用一个按钮控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。（2） 抢答器具有数字锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手的编号立即锁存，并在数码管上显示出选手的编号。此时，锁存器封锁输入电路，禁止其他选手再次抢答。优先抢答选手的编号要保持到主持人把系

10、统清零为止。（3） 开关S作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关S被按下时抢答电路清零，松开后则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关S0S7实现。3.2 扩展功能（1） 定时抢答功能。抢答器定时为30S，启动开始键后，定时器开始工作，立即减计，并在数码管上显示出来。（2） 参赛者在系统设定时间内抢答，当抢答有效后定时器则停止工作，数码管上显示出选手的编号和抢答时刻的时间，并且保持到主持人将系统清零为止。（3）当定时抢答时间到时，还没有选手抢答，则本次抢答无效，锁存器封锁电路，禁止选手超时后抢答，时间在数码管上显示为00.4. 总体方案设计4.1.设计原理 设计的根本目的在于能准确判断出

11、第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择使用锁存器实现。在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，其他人的抢答信号无效。第一抢答信号在主持人发出抢答命令之后有效。当系统收到第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的序号。在主持人没有按下开始抢答按钮前，参赛者的抢答开关无效；当主持人按下开始抢答按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有选手抢答，显示该组别并使抢答指示灯亮表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无选手抢答，则计时指示灯灭表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。4.2工作原理电源接通后，主持人将开关拨到清零状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设

12、定时间；主持人将开关置开始状态，宣布开始抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作清除和开始状态开关。1四、硬件电路设计1.单元模块设计1.1抢答器的总体框图 抢答按钮优先编码电路74LS148主持人控制开关秒脉冲产生电路NE555同步计数器74LS192显示电路（七段显示器）译码电路74LS48二进制/BCD编码转化电路锁存器74LS279译码电路74LS

13、48显示电路（七段显示器） 如图所示，定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清零”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布抢答题目后， “抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：（1) 优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；（2) LED显示器显示出抢答的参赛者的序号，提醒主持人注意；（3) 控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行

14、抢答；（4) 控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到起始状态，以便进行下一轮抢答。21.2抢答电路的设计该部分电路要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能2，所组成的电路图如下所示。这个电路的工作原理过程：当主持人控制开关S置于清零端时，RS触发器的R非端均为0，4个触发器输输出（Q4Q1）全部置0，使74LS48的BI的非等于0，显示器灯

15、灭；74LS148的选通输入端ST的非=0，使之处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人把开关S置于开始时，优先编码器和锁存电路同时处于工作状态，抢答器处于等待工作状态，等待输入端的信号输入，当有选手将按键按下时（如按下S3），74LS148的输出Y2Y1Y0的非=100，YEX的非=0，经RS锁存后，CTR=1，BI的非=1，74LS279处于工作状态，Q4Q3Q2 =011,74LS48处于工作状态，经74LS148译码后，显示器显示为3。此外，CTR=1，使74LS148的ST的非为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的YEX的

16、非为高电平， 但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”，电路复位。图1抢答器电路然后再进行下一轮抢答。1.3定时电路的设计由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，1具体电路下图所示。图2定时电路1.4时序控制电路的设计时序控制电路是八路抢答器设计的关键，因为它要完成以下三项功能：（1）主持人将控制开关拨到开始位置时

17、，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。（2）当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。图3 时序控制电路（3）当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。根据上面的功能要求以及抢答器电路，我们设计的时序控制电路如上图所示。图中，门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输人使能端ST的非。电路图的工作原理是：主持人控制开关从清除位置拨到开始位置时，来自于抢答电路中的74LS279的输出CTR=0，经G3反相, A1，则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，

18、定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，来自于定时电路的74LS192的错位输入端BO2的非=1，门G2的输出ST的非=0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，CTR=1，经G3反相， A=0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出ST的非=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到时，来自74LS192的BO2的非=0，ST的非=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。2同时，门G1处于关门状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能的要求。整机电路的设计通过

19、上面各单元电路的设计，可以画出设计的八路抢答器的整机电路。如下图所示(图4)。图4整机电路2.主要芯片功能简介2.1优先编码器74LS14874LS148为8线3线优先编码器，表1为其真值表，图5为其管脚图。图5 74LS148管脚表1 74LS148 83线二进制编码器真值表74LS148工作原理如下： 该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。此外，电路还设置了输入使能端EI，输出使能端EO和优先编码工作状态标志GS。 当EI=0时，编码器工作；而当EI=1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。这种情况被称为输入

20、低电平有效，输出也为低电来有效的情况。当EI为0，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑0）时，优先编码工作状态标志GS为0。表明编码器处于工作状态，否则为1。3 从功能表不难看出，输入优先级别的次为7，6，0。输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。例如5为0。且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时，输出代码为010，这就是优先编码器的工作原理2.2锁存器74LS279在74ls279中，由于4回路中2回路置位端子为两个，所以使用其一时，整理两个置位输入作为1个使用，或将另一个输入固定为“H”使用。另外，作为

21、稍微变化74LS279 的使用方法，也可将3组作为RS锁存器使用，剩余的RS锁存器作为2输入NAND门电路使用，复位输入例如管脚固定为”L”时其输入为”H”，所以可构成将和作为输入，输出为的2输入NAND。其管脚图如图7所示。图6 74LS279管脚引线图2.3计数器74LS19274LS192具有下述功能： 异步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 异步置数：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态 加计数：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数 减计数：CR=

22、0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数图7 74LS192管脚引线图2.4单稳态触发器74LS121TTL集成器件74121是一种不可重复触发集成单稳态触发器 关于定时：单稳态电路的定时取决于定时电阻和定时电容的数值。74121的定时电容连接在芯片的10、11引脚之间。若输出脉宽较宽，而采用电解电容时，电容C 的正极连接在Cext输出端（10脚）。对于定时电阻，使用者可以有两种选择： 采用内部定时电阻（2 k），此时将9号引脚（Rint）接至电源VCC（14脚）。 采用外接定时电阻（阻值在1.440k之间），此时9脚应悬空，电阻接在11、14脚之间。7412

23、1的输出脉冲宽度tW0.7RC。 通常R的数值取在230k之间，C 的数值取在10pF10F之间，得到的的取值范围可达到20ns200ms。 该式中的R可以是外接电阻Rext，也可以是芯片内部电阻Rint(约2k)，如希望得到较宽的输出脉冲，一般使用外接电阻。图8 74LS121管脚引线图表2 74LS121功能表2.5 74LS48与7段LED数码管74LS48是输出高电平有效的中规模集成BCD七段显示译码器，它的功能简图和管脚引线如下图所示。 图9 74LS48与七段LED数码管的联结使能端的作用如下： (1) 是试灯输入端，当LT=0，BI =1时，不管其它输入是什么状态，ag七段全亮。

24、 (2)灭灯输入 ，当 BI=0，不论其它输入状态如何，ag均为0，显示管熄灭。 (3)动态灭零输入 ，当 LT=1，BI=0时， 如果A0A1A2A3=0000时，ag均为各段熄灭。 (4)RBI为灭“0”信号，用来熄灭器件显示0。2.6 NE555 图10 555定时器引脚图NE555是集成电路，它在应用和工作方式上一般可归纳为3类。每类工作方式又有很多个不同的电路。在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。 NE555时基电路封形式有两种，一是DIP双列直插8脚封装，另一种是SOP-8小型（SMD）封装形式。其他H

25、A17555、LM555、CA555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。NE555属于CMOS工艺制造， NE555的内部中心电路是三极管Q15和Q17加正反馈组成的RS触发器。输入控制端有直接复位Reset端，通过比较器A1，复位控制端的TH、比较器A2置位控制的T。输出端为F，另外还有集电极开路的放电管DIS。它们控制的优先权是R、T、TH。2.7二输入与非门74LS00真值表74LS00管脚图2.8三输入与非门74LS10五、设计结果整机电路图当主持人发出抢答命令后，选手开始抢答，30s倒计时开始，在21秒时0号选手抢答，计时将自动停止，此时其它选手抢答无效（左图为时间显

26、示，右图为编号显示）。本次抢答完毕后，主持人将开关拨到清零状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间一遍下一轮抢答（左图为时间显示，右图为编号显示）。六、设计总结 这次论文设计的电路是比较繁琐的。虽然以前在模电中接触过一些电子电路，但在初期还是感到无从下手。在整个电路的设计过程中，花费时间最多的是各个单元电路的连接及电路的细节设计上，在方案的选择中，我们仔细分析其原理以及可行的原因，最后还是在仿真多次对电路的改进，终于使整个电路可稳定工作。设计过程中，我深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心

27、，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，像查找详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。 设计单元电路阶段，这个阶段可以说是考察数电书本知识的阶段。所有的设计方法还有步骤在数电书上都有，而且还有例题。这个阶段遇到的主要问题就是以前的知识忘记不少，所以做设计的时候要常随手翻阅课本，等于是做了几道数电作业题。这个阶段的难度也不是很大，一般翻课本就可以找到答案并解决问题。制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，电路的焊接要一步一步来，焊点多，走线复杂。这又要我们要灵活处理

28、，一边操作一边构思，在不影响试验的前提下加快进度。另外就是要熟练地掌握课本上的知识，这样才能对试验中出现的问题进行分析解决。这是应用课本知识的大好时机。总之，通过这次练习我有了很多收获。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了我的设计思维，增强了动手能力。在改进电路的过程中，同学们共同探讨，最后的电路已经比初期设计有了很大提高。在让我体会到了设计电路的艰辛的同时，更让我体会到成功的喜悦和快乐。虽然仿真是我们的设想是成功的，但是在接连电路板时未能成功的显示出所需要的结果，不过，我认为此次课程设计还是成功的，让我收获了很多。参考文献1崔本亮.八位竞赛抢答器电子系统电路分析与设

29、计J.现代电子技术，2009(03):46-48.2王虎林.一种数字式竞赛抢答器的设计J.电脑开发与应用,2010(07):31-32.3崔坤征.未知动态环境中移动机器人的路径规划及避障研究J.2005(05):48-49.4李全利.单片机原理及接口技术M.高等教育出版社,2009年1月第1版:54.5张大彪.电子技能与实训M.北京:电子工业出版社,2004年7月:101-103.6康华光.电子技术基础数字部分M.北京:高等教育出版社,2006年1月第5版:65-68.7李海.74系列芯片手册M.重庆:重庆大学出版社,1999年9月版:35. 8肖景和.CMOS数字电路应用300例M.北京:中国电力出版社，2005年1月版:49-53.16