毕业设计——四路智力竞赛智能抢答器(1).doc

摘要和关键词本文主要围绕四路选手抢答电路的设计和制作而展开叙述的，叙述了电路设计的过程该电路主要包括电源电路、抢答显示电路、倒计时电路和脉冲电路构成电源电路提供稳定的5V电源，抢答显示电路能够锁存抢先获得抢答权的选手编号，倒计时电路能够对选手答题时间进行控制，脉冲电路为电路提供秒脉冲信号关键词：抢答电路 仿真 电路板 倒计时目 录一. 绪论.........................................11.1 设计任务与要求..................................................11.2 设计方案........................................................1二. 模块设计及仿真.................................22.1 仿真软件介绍....................................................22.2 电源电路的设计和仿真............................................32.3 抢答显示电路....................................................42.4 定时电路........................................................52.5 脉冲电路........................................................5三. 元件及封装选择.................................63.1 74LS279锁存器...................................................63.2 优先编码器 74LS148..............................................73.3 555定时器.......................................................93.4 译码器及应用...................................................11四. PCB电路板的制作...............................124.1 Protel 2004软件介绍.........................................124.2 电路板的概念...................................................124.3 制作过程.......................................................134.4 焊接与调试.....................................................16五、小结..........................................18六、参考文献......................................19七、附录..........................................20一． 绪 论1.1 设计任务与要求要求设计一个四路信号抢答电路，要求如下：1）抢答器同时供4名选手参加比赛，分别用四个按钮表示；2）设置一个系统清除和抢答控制开关，该开关由主持人控制；3）抢答器有锁存与显示功能。

即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在数码管上显示，同时扬声器发出报警声提示选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止4）抢答器具有定时抢答功能，抢答时间为30秒当主持人按动开始键后，定时器开始倒计时5）如果定时时间到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示006）要求完成电路图的设计和仿真，并完成电路板的设计和制作，最后进行焊接调试1.2.设计方案抢答器的工作过程如下：接通电源后，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；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，当定时时间到，却没有选手抢答时，系统封锁输入电路，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"状态开关根据以上功能，电路中应该有一个电源电路，实现将220V的交流电转换为5V的直流电，有一个脉冲电路为整个电路提供一个脉冲信号，有一个数码显示电路，用来显示选手编号，有一个倒计时电路，用来进行抢答计时。

系统框图如图1.1所示抢答按钮触发器锁存电路译码电路主持人控制开关控制电路秒脉冲产生电路定时电路译码电路显示电路显示电路图1.1系统框图二． 模块设计及仿真2.1 仿真软件介绍Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力Multisim的启动界面如图2.1所示图2.1 Multisim的启动界面工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路进行仿真Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育通过Multisim和虚拟仪器技术，PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程2.2、电源电路的设计和仿真电源电路的主要功能是将220V的交流电转换为电路工作所需要的5V直流电所使用的元件主要有整流桥Bridge、稳压管7805电路如图2.1所示图2.2电源电路原理图如图所示电路为输出电压+5V、输出电流1.5A的稳压电路。

它由电源变压器，桥式整流电路D1～D4，滤波电容C1、C2，和一只固定式三端稳压器(7805)极为简捷方便地搭成的220V交流电通过电源变压器变换成交流低压，再经过桥式整流电路D1～D4和滤波电容C1的整流和滤波，在固定式三端稳压器LM7805的Vin和GND两端形成一个并不十分稳定的直流电压(该电压常常会因为市电电压的波动或负载的变化等原因而发生变化)此直流电压经过LM7805的稳压便能在稳压电源的输出端产生了精度高、稳定度好的直流输出电压2.3、抢答显示电路图2.3 抢答显示电路图该部分主要完成两个功能：一是分辨选手按键的先后，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锁存器可以完成上述功能，所组成的电路图如2.2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个触发器输出（Q4--Q1）全部置0，使74ls148的BI的非=0，显示器灯灭：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，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端的信号，当有选手将键按下时（比如按下s5），74ls148的输出Y2Y1Y0的非=010，YEX的非=0，经RS锁存后，CTR=1，BI的非=1，经74ls148译码后，显示器显示为“5”。

此外，CRT=1,使74ls148的ST的非为高电平，封锁其他按键的输入如果再次抢答需有主持人将S开关重新“清除”，电路复位2.4、定时电路 图2.4定时电路定时电路主要用来控制选手抢答时间和答题时间当主持人按下开始按钮后，抢答开始，计时电路开始倒计时如果在规定的时间内，无人抢答，则开始下一轮抢答由节目主持人控制定时器的“开始”和“清零’，定时30秒计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供定时电路选用十进制同步加减计数器74LS190进行设计2.5、脉冲电路 脉冲电路的主要作用是产生1HZ的脉冲，用来控制倒计时电路的计数主要由555、两个电阻、两个电容构成电路如图2.4所示图2.5 脉冲电路三．元件及封装选择3.1、74LS279锁存器1、功能介绍在本电路中，当某个选手按下抢答按钮后，要求其他选手抢答无效这样就需要将抢答成功的选手编号锁存起来，使其他选手的按钮失效本电路中所使用的锁存器就是74LS27974LS279为四个RS锁存器，共有 54/74279 和 54/74LS279 两种线路结构型式,其主要电器特性的典型值如下(不同厂家具体值有差别):四个锁存器中有 2 个具有 2 个置位端（/SA,/SB）。

当/S 为低电平，/R 为高电平时，输出端 Q 为高电平当/S 为高电平，/R为低电平时，Q 为低电平当/S 和/R 均为高电平时，Q 被锁存在已建立的电平 当/S 和/R 均为低电平时，Q 为不稳定的高电平状态对/SA和/SB，/S的低电平表示/SA和/SB只要有一个为低电平，/S的高电平表示/SA和/SB均为高电平74LS279的逻辑符号如图3.1所示，功能表如表3.1所示输 入输出 · QH HL HH LL L Q0HL/ 图3.1 74LS279逻辑符号 表3.1 74LS279功能表2、封装选择 74LS279的实物图见图3.2，封装见图3.3 图3.2 74LS279 图3.3 DIP-163.2、优先编码器 74LS1481、功能介绍编码器在同一时刻内只允许对一个信号进行编码，否则输出的代码会发生混乱优先编码器既在同一时间内，当有多个输入信号请求编码时，只对优先级别高的信号进行编码的逻辑电路，称为优先编码器常用的集成优先编码器有74LS148（8线－3线）和74LS147（10线－4线）两种制式。

优先编码器是较常用的编码器，下面以74LS148为例，介绍它的逻辑功能此芯片为8线－3线优先编码器图3.4是74LS148的逻辑结构图，表3.2是74LS148的功能表图3.4 74LS148逻辑结构图表3.2 74LS148功能表~是输入信号，~为三位二进制编码输出信号，＝1时，编码器禁止编码，当＝0时，允许编码是技能输出端，只有在＝0，而~均无编码输入信号时为0为优先编码输出端，在＝0而~的其中之一有信号时，＝0~各输入端的优先顺序为：级别最高，级别最低如果＝0（有信号），则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按编码，＝000优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申。