多路竞赛抢答器的设计

安徽工业职业技术学院安徽工业职业技术学院《电子技术》课程设计设计题目：多路竞赛抢答器的设计学生姓名余张健、吕玲芳、徐宝学号11117153-24-45班级11电子系部电气工程系指导教师胡老师课程设计起止日期：6.17~6.28二0一三年六月多路竞赛抢答器的设计设计者：徐宝、吕玲芳、余张健一.设计指标和设计要求1.设计任务：用中规模电路设计一个多路竞赛抢答器。安徽工业职业技术学院安徽工业职业技术学院-2-2.设计指标要求：多路竞赛抢答器有八组，抢答功能若任意一组抢答器成功，则显示该组号并伴有音乐提示，其他组被封锁，不能抢答，直到裁判宣布重新开始抢答时，各组才可以进行下一组抢答。二．选择总体方案，确定电路框图1.抢答器电路设计框图1.方案论证多路竞赛抢答器由抢答电路、时序控制电路、和报警电路组成，在开始抢答后，当选手按动抢答键时能显示选手的编号并伴有音乐显示，同时能封锁其他输入电路，禁止其他选手抢答。抢答器的作用过程时，接通电源时节目主持人将开关置于清除位置，抢答器属于禁止工作状态，LED显示灭灯，当主持人宣布开始的时候，同时将控制开关开到开始的位置，抢答器属于工作状态，当选手按抢答键时，能显示选手的编号并有音乐提示，同时封锁其他输入电路，禁止其他选手抢答，当选手抢答时，抢答器完成以下4个过程：①优先编码器立即分辨出选手的编号并由锁存器进行锁存，然后由译码器显示电路显示编码。②音乐芯片有音乐提示，③控制电路对输入编号电路进行锁存避免其他选手抢答，当选手回答问题完毕，主持人操作控制开关使系统恢复到禁止状态，以复进行下一步抢答。二.单元电路的分析1、直流稳压电源LED显示0变8电路译码驱动RS锁存器83编码器抢答器按键门控电路总开关音乐电路安徽工业职业技术学院安徽工业职业技术学院-3-123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Jun-2013SheetofFile:D:\EXAMPLES\设计.ddbDrawnBy:T21234D1In4007x4C3100uF/220vC41000uF/220vC10.33uFC20.1uFVin1GND2+5V3U1UA7805+5vGND变压器T2将220V市电转化为6V~9V交流电，二极管组成的整流桥将交流电转化为直流电，C3为滤波稳压电容，C1改善滤波电压，C2改善负载瞬态响应，C3进一步滤波稳压。2、编码电路8~3线优先编码器74LS148芯片的引脚图如下；设计电路如图2所示。电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS297来完成。该电路主要完成两个功能：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（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S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0，使之处于工作状态。当开关S置于开始时，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S5），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=101,经译码显示为“5”。此外，CTR＝１，使74LS148优先编码工作标志端（图中5号端）＝１，处于禁止状41526374EI5A26A17gnd8A09010111212313GS14E015vcc1674LS148引脚图安徽工业职业技术学院安徽工业职业技术学院-4-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（图中5号端）＝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S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。74LS148为8线－3线优先编码器，表1为其功能表锁存器输入端输出端ST4321131211102A1A0AYEX1××××××××111100×××××××0000010××××××00100110×××××010001110××××0110011110×××10000111110××101001111110×1100011111110111001111111111113、R~S锁存电路74LS279的引脚和功能表如下；1R11S121S231Q42R52S62Q7gnd83Q93R103S1113S2124Q134R144S15vcc1674LS279引脚图安徽工业职业技术学院安徽工业职业技术学院-5-74LS279的功能；4个锁存器中具有2个置位端SA,SB，当S为低电平，R为高电平时，输出为Q为高电平，当S为高电平，R为低电平，输出为Q为低电平。当S和R均为高电平时，输出被锁在已建立的电平，当S和R均为低电平时，输出为稳定的高电平状态，对SA，SB，S的低电平表示只要有一个为低电平，S的高电平表示SA和SB均为高电平，1Q~4Q表示输出端1S~4S表示置位端，低电平有效，1R~4R复位端，低电平有效。输入输出说明RSQn+100×锁存器状态不定，不允许010锁存器置0101锁存器置111Qn锁存器保持原态不变4、译码驱动和显示电路芯片74LS48的引脚功能及真值表；显示译码器由译码器配合使用，最常用的是BCD七段译码器，其输出驱动七段字形的七个信号，由于74LS48输出是高电平有效，所以配接的数码管必须采用共阴极接法。功能表如下：输入说明LTRBIBIA3A2A1A0ABCDEFG显示测试0×1××××11111118灭灯××0××××0000000不亮灭010100000000000灭0显011100011111110显0正常译码1×100010110000显1真值表如下；十输出BI输入74LS48芯片引脚图B1C2LT3BI4RBI5D6A7gnd8e9d10c11b12a13g14f15vcc16安徽工业职业技术学院安徽工业职业技术学院-6-进制数LTRBIA3A2A1A0abcdefg01100001111111011×00011011000021×00101110110131×00111111100141×01001011001151×01011101101161×01101101111171×01111111000081×1000111111191×100111111011灭灯××××××00000000灭0100000000000005、0变8电路3~3输入或非门芯片74LS2774LS27为三组三输入端或非门（正逻辑），共有7427,74LS27两种线路形式，其主要电特性的典型值如下：双列直插式极限值电源电压7V输入电压5.5V工作温度0~70oC存储温度-60oC~150oC6、门控电路RS触发器由2个与非门组成74LS00为4~2输入与非门TTL芯片电路中用到2片74LS00组成非门123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Jun-2013SheetofFile:D:\PROTEL99SE\EXAMPLES\MyDesign.ddbDrawnBy:ABY74LS00组成RS触发器A11B12A23B24C25Y26gnd7Y38A39B310C311Y112C113vcc1474LS27芯片引脚图74LS00芯片引脚图1A11B21Y32A42B52Y6gnd73Y83A93B104Y114A124B13vcc14安徽工业职业技术学院安徽工业职业技术学院-7-约束条件：Qn+1=S+RQnRS=07、音乐电路R17、R18为限流分压电阻；R16是分流电阻；C1为耦合电容；D1为稳压二极管反接在电路中；Q1起电流放大的作用；8、总开关C1是滤除谐波；R1为限流分压电阻四.总体电路与分析BI/RBO4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g14U6SN74LS481R11Q41S121S232R52Q72S63R103Q93S1113S2124R144Q134S15U974LS279R15R11R10R9510R14R13R12121312U7ASN74LS27LS1SPEAKERabfcgdeDPY[LEDgn]1234567abcdefgDS1DPY_7-SEGR18470R171KR161KQ1NPN1C10.01uF音乐芯片C2YINYUED13VVCC12345678161514131211109S1SWDIP-841526374EI5A26A17A09010111212313GS14EO15U874LS1488910U3C74LS00111213U3D74LS00123U3A74LS00123U5A74LS00456U3B74LS0012345678161514131211109RP14K*8vccvccR8RES2S2SWSPST123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Jun-2013SheetofFile:D:\PROTEL99SE\EXAMPLES\MyDesign.ddbDrawnBy:S1R14.7KVCCC10.01uF123456ABCD654321DCBATitleNumberRevisionSizeBDate:26-Jun-2013SheetofFile:D:\PROTEL99SE\EXAMPLES\MyDesign.ddbDrawnBy:ABYABYRSQQ安徽工业职业技术学院安徽工业职业技术学院-8-1.电路图2原理分析电路主要是由抢答电路组成，主要原理如下；抢答电路的功能有2个；一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，送给译码显示电路。二是要使其他选手随后的按键操作无效。优先编码器74LS148和锁存器74LS279可以完成上述功能。其电路组成如上图所示，工作原理是：当主持人控制开关闭合时，清除锁定，RS触发器R端为低电平输出端（4Q~1Q）全为低电平。于是74LS48的BI等于0时，数码管显示器灯灭。74LS148的选通输入端ST=1。.74LS148处于不工作状态；此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到开始的位置时，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，等待输入命令端（4；3；2；1；13；12；11；10）输入信号。多路竞赛抢答器原理图BI/RBO4RBI5LT3A7B1C2D6a13b12c11d10e9f15g14U6SN74LS481R11Q41S121S232R52Q72S63R103Q93S1113S2124R144Q134S15U974LS279R15R11R10R9510R14R13R12121312U7ASN74LS27LS1SPEAKERabfcgdeDPY[LEDgn]1234567abcdefgDS1DPY_7-SEGR18470R171KR161KQ1NPN1C10.01uF音乐芯片C2YINYUED13VVCC12345678161514131211109S1SWDIP-841526374EI5A26A17A09010111212313GS14EO15U874LS1488910U3C74LS00111213U3D74LS00123U3A74LS00123U5A74LS00456U3B74LS0012345678161514131211109RP14K*8vccvccR8RES2S2SWSPST安徽工业职业技术学院安徽工业职业技术学院-9-当选手将按钮按下时，74LS148的输出（2Y1Y0Y=010），Yex=0；经过74LS279锁存，74LS48的BI等于1，数码管显示工作。同时经过一个非门将74LS148的选通输入端ST置1；将74LS148锁定。其他选手按钮无效。五.收获体会1.通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力，在整个设计过程