8路智力竞赛抢答器数电课程设计报告

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1、-数字抢答器的设计姓 名永宏*201401910034年级14自动化专业自动化系院机械与材料工程学院指导教师王丹1 设计任务与要求11.1根本功能.11.2 扩展功能.12 设计原理.13 电路设计.23.1 抢答电路.23.2定时电路.63.3相关逻辑电路.84元器件的使用列表.105仿真结果116 设计体会11参考资料12. z.-8路智力竞赛抢答器1 设计任务与要求1.1根本功能1设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，其编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7。2

2、给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零编号显示数码管灭灯和抢答的开场。3抢答器具有数据锁存和显示功能。抢答开场，假设有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，同时扬声器发出音响提示 此外要封锁输人电路，制止其他选手抢答，并将优先抢答选手的编号直保持到主持人将系统清零为止。1.2 扩展功能1抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间长度可以由主持人设定如30 s。当节目主持人启动“开场键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的音响，音响持续时间为0.5 s左右。2参赛选手在设定的时间抢答，抢答有效；有效抢答完毕定时器停顿工作显示器上显示选手

3、的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。3如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，制止选手超时后做无效抢答，时间显示器上显示00。2 设计原理定时抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两局部组成。主体电路完成根本的抢答功能，即开场抢答后，中选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，制止其他选手抢答；扩展电路完成定时抢答的功能。图1- 1定时器总体框图图1所示的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“去除位置，抢答器处于制止工作状态，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

4、题目后，说一声“抢答开场，同时将控制开关拨到“开场位置，扬声器发出音响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时开场。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，制止选手在超时后抢答。中选手在定时时间按动抢答键时，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，并由锁存器进展锁存，然后由译码电路显示编号；扬声器发出短暂音响，提醒节目主持人注意。2控制电路要对输人编码电路进展封锁，防止其他选手再次进展抢答。3控制电路要使定时器停顿工作，时间显示器上显示剩余抢答时间并保持到主持人将系统清零为止。中选手将问题答复完毕，主持人操作控制开关使系统回复到制止工作状态，以便进展下轮

5、抢答。3 电路设计3.1 抢答电路抢答电路的功能有两个：是能分辨选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。方案一：选用优先编码器74LS148和八D锁存器74LS573或74LS373可以完成上述功能。通过74LS573可以一次性锁存八个信号输入的功能，将八个抢答的信号送给它29的八个输入管脚，再将它1912的八个管脚接74LS148的优先编码信号输入的八个管脚，最后通过优先编码器的GS端经相应门电路处理后接锁存器的锁存端进展锁存。74LS573管脚与功能如图3-1所示。图3- 174LS573管脚与功能方案二：选用优先编码器74LS148和RS

6、锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图3-2所示。图3- 2抢答器电路其工作原理是：当主持人的控制开关处于“去除位置时，RS触发器的端为低电平，输出端4Q1Q全部为低电平，于是74LS48的0，显示器灭灯；74LS48的选通输入端0， 74LS48处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开场位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端、 、输人信号。当有选手将键按下时如按下S5，74LS148的输出000，0，经RS锁存器后，CTR1，B1，74LS279处于工作状态； 4Q3Q2Q101，经74LS48译码，显示器显示“5”

7、。此外，CTR1，使74LS148的端为高电平74LSl48处于制止工作状态，封锁了其他按键的输人。中选手按下的键松开后，74LS148的为高电平；但由于CTR维持高电平不变，所以，74LS148仍处于制止工作状态，其他按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者答复完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进展下一轮抢答。最终方案：经过比照以上两种抢答电路，我们最终选择实验室有所有现成芯片方案二在最后的方案里对方案二也进展了修改。抢答与按键电路如图3-3和图3-4所示。为了连线方便，图中使用了大量的网络标号，如“RBO、“A0 、“A1 、

8、“A2等。完整电路原理图请看附录。图3- 3抢答电路通过Proteus ISIS 7.8仿真得图3-2的抢答电路未能实现所需的抢答要求。主要为74LS279的最右边个RS触发器输出Q端接74LS148的时，在电路工作状态主持人控制开关不能实现“清零后再“开场让抢答电路继续工作。经过改良得如上图3-3完成了抢答电路要求。RBO从图3-9中产生。图3- 4抢答按键电路图3-4中的8个按钮现实中用1个八位拨码开关代替，简化材料的同时又更加贴近真实抢答过程中选手会一直按着按钮的这种情况的模拟。如果电路中再增加一个74LS83到优先编码器与显示译码器之间，实现二进制码的加一操作可以使数码管从18数码的显

9、示可更加贴近真实抢答中的显示容，同时可以去掉图3-4中的与门。本电路中的与门为对抢答时“0信号的特殊处理，防止抢答时“0号按钮按下而数码管中不显示“0的情况。74LS148是有八个输入端，三个输出端的优先编码器，它的功能是判断抢答选手的编号。74LS148的功能表如表3-1所示。表3-174LS148的功能表七段显示译码器7448输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。七段显示译码器一般与七段数码显示器相连，共同构成四输入端的数码显示电路。共阴极数码显示器的功能表如表3-2所示表3-2共阴极数码显示器的功能表十进制A3A2A1A0abcdef

10、g0000011111101000101100002001011011013001111110014010001100115010110110116011000111117011111100008100011111119100111100113.2定时电路节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间长度，通过预置时间电路对计数器进展预置。主持人按键电路如图3-7所示。现选用十进制同步加减计数器74LS192进展设计，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供，具体电路如图3-5与图3-6所示。图3- 5定时器减计数电路在现实调试中两个74LS192的第5管脚同时接5V高电平才能使计数器正常减计数。

11、不然会发生无法借位的情况。图3-5中74LS192输入所用的“0、“1的逻辑开关，在实际电路中使用一侧接地的拨码开关代替。拨码开关导通时，输入为“0；拨码开关断开时，输入为“1TTL悬空的输入默认为高电平。表3-474LS192的功能表图3- 6定时器1秒脉冲发生电路555定时器构成一个多谐振荡器，产生一个周期接近1秒方波信号从第3管脚输出。而接一个与非门是为了对方波信号整型。555定时器的振荡频率计算公式为：图3-6中R11=15K，R12=68K，C2=10uF带入公式得：由以上计算得555电路产生的方波周期约为1秒。图3- 7主持人按键与抢答指示灯电路由于光比声音在空气中的速度快，而每个

12、抢答按钮与提示开场抢答的信号距离不一定相等，所以图3-7的电路中使用LED的熄灭模拟主持人按下按钮后提示选手开场抢答的现象。即图3-7中D3灯灭时，选手开场抢答，同时图3-5中数码管显示每秒减一个数字，直到显示为零。3.3相关逻辑电路逻辑控制电路是抢答器设计的关键。它要完成以下三项功能：1主持人将控制开关SW1拨到图3-7显示的状态为定时器减计数电路置数，也是抢答器总复位状态。当控制开关SW1拨到另一个位置时，抢答电路和定时电路进人正常工作状态。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顿工作。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顿工作。根据上

13、面的功能要求以及前面所有电路，设计的逻辑控制电路如图3-9所示。图3- 8相关逻辑控制电路图3-9中，U2:B、U2:C、U2:D的三个与非门通过反演律组成一个或门5、9脚悬空即为高电平。U12:C、U12:D、U16:A的功能与前面一样。反演规则：i.变换时应保持原函数运算顺序不变。ii.变换运算符号的优先顺序，遵循 “先进展括号里的运算变换，再进展逻辑乘的运算变换，最后进展逻辑加的运算变换。iii.不属于单个变量上的非号应保存不变。当74LS279输出的A0、A1、A2有信号时，则RBO为高电平，实现74LS148封锁输入。由图3-9得逻辑函数表达式如下：RBO=(A0+A1)+A2= A

14、0+A1+A2TCD4=RBO= (A0+A1+A2)TCD2=(TCD4)(D0) 注：D0在图3-4中TCD3=(TCD2)(TCD)DCLK=(CLK)(TCD3) 注：CLK在图3-6中表3-4函数RBO与TCD4的真值表输入输出A0A1A2RBOTCD40000100110010100111010010101101101011110当74LS279输出为零的二进制码，即A0、A1、A2都为0时，不能使RBO为1，因而不能实现74LS148封锁输入。在本抢答器电路中对0号按钮抢答选手对应的0号做了特殊处理。U15:B中只要TCD3=0则使DCLK不能随着CLK的变化而变化，74LS19

15、2就不会计数。4元器件的使用列表表3-5元器件清单元器件数量74LS192274LS48374LS148174LS279174LS00274LS081NE55518位拨码开关2一位7段共阴数码管310K电阻91K电阻315K电阻168K电阻110电阻13的LED10.1uF无极性电容110uF有极性电容11N40071电源开关按钮18550三极管1蜂鸣器1小型面包板7导线假设干5仿真结果仿真效果良好，完成所有设计要求。6 设计体会经过这次课程设计的学习，我确实学习了很多知识，真正的感受到了理论联系实际的重要性，以及这之间莫大区别，到最后看着自己的结果心里还是感到很欣慰的。在课程设计期间我懂得了

16、怎样利用网上的资源和图书馆里的资源，通过网上的资源和图书馆的资源我了解了许多电子元件的工作原理，如：74LS121、74LS48、74LS192等。但同时也暴露出我在知识上掌握缺乏等缺点。其次在此次设计过程中由于我们频繁的使用电子设计软件如：Proteus等，因此使我熟悉了软件的使用，同时在电脑的电子设计和绘图操作上有了进一步提高。同时我深刻的体会到实际与理论有很大的区别。在我们学习的过程中不仅考验了我们对知识的吸收和掌握，而且也考验了我们的细心和耐心。特别是在仿真过程中对参数的改良和电路图的查找过程中，我深有体会。我认为这次实习不仅仅学习了软件知识，还提高了我们专业素质。完成这次课程设计我觉

17、得收获很多，不但进一步掌握了数电的知识及相关专业仿真软件的根本操作，还提高了自己的设计能力及动手能力。实践是检验真理的唯一标准。理论知识的缺乏在这次实习中表现的很明显。这将有助于我今后更加明确学习的方向，可认识到自己的缺乏，确定自己的目标，从而更加努力的学习。只有这样我们才能真正的去掌握它，真正的去运用它。虽然只是初步学会了数字抢答器的设计，离真正掌握还有一定距离，但学习的这段日子确实令我收益匪浅，因为我有学到了课本以外的很多知识，还锻炼了自己的动手能力。作为一个电气工程及其自动化专业的学生，我深刻体会到课程设计的重要性。我以后会更加注重这方面能力的培养，在学习好理论知识的同时加强时间能力。很快乐有这样一个锻炼、提高自己的时机。参考资料1阎石，?数字电子技术根底?，高等教育出版社2童诗白华成英，?模拟电子技术根底?，高等教育出版社3彭介华，?电子技术课程设计指导?，高等教育出版社4海，?74系列芯片手册?，大学出版社5朱清慧凤蕊翟天嵩王志奎，?Proteus教程?，清华出版社6邱关源 罗先觉，?电路?，高等教育出版社原理图PCB图实物八路抢答器反面图 实物八路抢答器正面图. z.