四路抢答器(完整版)【专业经验】

1、华北科技学院课程设计说明书班级： 电子B071 姓名： 郭亚立 设计题目： 四路智能抢答器 设计时间： 2010.1.9 至 2010.1.22 学 号： 200703014138 指导教师： 杜志伟 评 语： 评阅成绩： 评阅老师： 四路抢答器设计报告目录一、 设计任务和要求：- 3 -1.1 设计任务- 3 -1.2 设计要求- 3 -二、 设计方案的选择与论证- 4 -2.1 方案的选择、论证- 4 -2.2 设计总方案- 4 -三、电路设计计算与分析- 5 -3.1 抢答器控制电路设计- 5 -3.1.1 优先编码器 74LS148- 7 -3.1.2 锁存器74LS279- 9 -3.1.3 74LS121单稳态触发器：- 10 -3.2 定时时间电路的设计- 10 -3.2.1 计数器74LS192- 12 -3.3 控制电路和报警电路- 13 -3.3.1 振荡电路- 17 -3.4 整体仿真- 19 -四、总结及心得- 20 -五、 附录- 22 -5.1 主要元器件列表- 22 -5.2 总原理图- 23 -六、参考文献- 24 -一、 设计任务和要求：1.1 设计任

2、务设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。 用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器鸣响。选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器鸣响，倒计时停止。1.2 设计要求 1) 4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。2) 给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）和抢答的开始。3) 抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。抢答器具有定时（15秒）抢答的功能。4) 当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响。参赛选手在设定时间（15秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时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。5) 如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警，

3、并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。6) 用石英晶体振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP信号。二、 设计方案的选择与论证2.1 方案的选择、论证方案一：用一片四D触发器74LS175和四输入2或非门CD4002实现。四D触发器输出经四输入或非门到四路抢答按键开关，加到触发器的四个输入端，同时经四输入或非门和反相器作为四D触发器的时钟信号，四D触发器清零端经上拉电阻接电源，同时经过清零控制开关到地。电路简单成本低，稍加扩展就能达到实用化。方案二：用一片八线三线优先编码器74LS148、四RS触发器74LS279和七段译码器74LS48实现数显四路（八路）抢答器，电路稍显复杂，但功能较完善。方案一电路简单能够满足要求，但是由于需要4个4D触发器，接线繁琐，增加了电路设计与仿真的难度，方案二用集成器件，电路减小了体积，提高了稳定性，并且可以应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。故采用方案二设计。2.2 设计总方案本设计电路主要由控制电路、脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和报警产生电路组成。如图1所示为总体方框图。其工作原理为

4、：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。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。图1.四人智力竞赛抢答器框图三、电路设计计算与分析3.1 抢答器控制电路设计设计电路见图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS279 来完成。抢答器控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：1) 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，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码管显示）。 2) 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。3）当主持人清零后，可再次进行抢答。工作过程：开关J5置于“清除”端时，RS触发器的 R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）=0，使之处于工作状态。当开关J5断开，J6置于“开始”

5、时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下J2），74LS148的输出经RS锁存后，CTR = 1,RBO(图中4端) =1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q = 010,经译码显示为“2”。此外，CTR=1，使74LS148 优先编码工作标志端（图中2号端）=1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为CTR=1，使优先编码工作标志端为1，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。如有再次抢答需由主持人将J5开关重新置“清除”然后才可能进行。 仿真结果3.1.1 优先编码器 74LS14874LS148为8线3线优先编码器，表3.1.1为其真值表，下图为其管脚图。74LS148管脚图 表3.1.1 74LS148 8线3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

6、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。由功能表可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端（优先级别最低位）有低电平输入时，A2A1A0均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由GS的状态加以区别，当GS1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时A2A1A0=111为非编码输出；GS0时，A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码（编码输出）。EO只有在EI为0，且所有输入端都为1时，输出为0，它可与另一片同样器件的EI连接，以便组成更多输入端的优先编码器。 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。 3.1.2

7、锁存器74LS279 原理：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，此变换如图4.2.所示。 图 74LS279管脚引线图3.1.3 74LS121单稳态触发器：3.2 定时时间电路的设计 原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和1个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。一块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时， 输出低电平到时序控制电路，控制74LS48使0闪烁

8、，同时以后选手抢答无效。由555定时器产生时间基准信号秒脉冲。振荡周期为15秒脉冲信号经两级有预置功能的可逆十进制计数器74LS192对时钟信号进行计数，当计数到达预置的时间，计数器产生溢出而封锁计数脉冲，使计数器停止计数。数码管指示时间值。具体电路如下图： 仿真结果3.2.1 计数器74LS192十进制可逆计数器74LS192（54/74194）两个引脚图管脚及功能表如下：74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示： （a）引脚排列 (b) 逻辑符号图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端， 为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如下： 输入 输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011 加计数011 减计数3.3 控制电路和报警电路 由555 芯片构成多谐振荡电路，震荡频率f=1/(R1+R2)C21.43/(R1+R2)C555 的输出信号再经或门控制显示闪烁。控制电路包括时序和报警两个电路，如图所示。控制电路需具有以下几个功能： l 主持人闭合开关，多路抢答器电路和

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