(八路抢答器设计与实现)毕业设计

1毕业设计（论文）（成教）题目：基于八路抢答器的设计院(系)：机电工程学院专业：机电一体化机械设计方向姓名：杨帆学号：2009701295指导教师：蒋祥龙二〇一一年二月二十日2毕业设计（论文）任务书学生姓名学号专业院（系）毕业设计（论文）题目任务与要求完成时间段年月日至年月日共周指导教师单位职称院（系）审核意见3毕业设计(论文)进度计划表日期工作内容执行情况指导教师签字教师对进度计划实施情况总评签名年月日本表作评定学生平时成绩的依据之一毕业设计(论文)中期检查记录表学生填写毕业设计(论文)题目:学生姓名:学号：专业：指导教师姓名:职称:检查教师填写毕业设计(论文)题目工作量饱满一般不够毕业设计(论文)题目难度大适中不够毕业设计(论文)题目涉及知识点丰富比较丰富较少毕业设计(论文)题目价值很有价值一般价值不大学生是否按计划进度独立完成工作任务学生毕业设计(论文)工作进度填写情况指导次数学生工作态度认真一般较差其他检查内容：存在问题及采取措施:检查教师签字:年月日院（系）意见(加盖公章):年月日5目录摘要………………………………………………………………………………………………..6前言……………………………………………………………………………………….……........71.系统框图及原理简述…………………………………………………………….......71.系统框图……………………………………………………………………………..71.原理简述…………………………………………………………………………......72.主要器件介绍………………………………………………………………….……….82.1优先编码器74LS148………………………………………………….……….....82.译码器及应用……………………………………………………………………….92.3BCD显示译码驱动器…………………………………………………………..…112.4RS触发器……………………………………………………………….……...….122.5计数器………………………………………………………………….…….……132.6555定时器……………………………………………………………………..…..163.电路设计……………………………………………………………………………….…..173.1抢答部分…………………………………………………………………………..173.2定时电路…………………………………………………………………….…….183.3时钟产生和时序控制电路………………………………………………….…….193.4报警控制电路……………………………………………………………………..204.整机调试…………………………………………………………………………………….21结束语……………………………………………………………………………………………...22参考文献……………………………………………………………………………..………….236八路抢答器的设计摘要随着现代娱乐节目及其它环节的需要，也为了更加完善节目的紧张气氛和观众的互动，所以就出现了多路智力抢答器，本抢答器的基本功能：它可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是I0～I7，各用一个抢答按钮，按钮的编号分别与选手的编号相对应，分别是S0～S7。关键词：74LS48RS触发器74LS192555定时器7前言随着现代科学技术的发展，抢答器械也由以前的各种传统式抢答器演变到现在的数字式抢答器。抢答器应用广泛，工厂、学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛,抢答器是必要设备。在各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。从而达不到抢答的真正效果，为了解决此类问题，现代科学技术把抢答器推上一个新的平台，从而告别了传统抢答模式。数字抢答器是利用一些数字集成电路组成，其中包括抢答电路、定时电路、时钟产生和时序控制电路、报警电路等组成。数字抢答器能够弥补以前的诸多不足之处，以提高信号接收的快速性、精确性。应用到日常生活中能够给人们带来更大的方便，以提高效率。1.系统框图及原理简述1.1系统框图图1系统框图1.2原理简述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部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。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“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时器倒8计时。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。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优先缎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扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；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，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。2.主要器件介绍2.1优先编码器74LS148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2（a）是其功能简图，图2（b）是管脚引线图。图274LS148的输入端和输出端低电平有效。图2（a）是其功能简图，图中电源和地未画，I—0～I—7是输入信号，Y—2～Y—0为三位二进制编码输出9信号，I—S＝1时，编码器禁止编码，当I—S＝0时，允许编码。Y—S是技能输出端，只有在I—S＝0，而I—0～I—7均无编码输入信号时为0。Y—EX为优先编码输出端，在I—S＝0而0I~7I的其中之一有信号时，Y—EX＝0。I—0～I—7各输入端的优先顺序为：I—7级别最高，I—0级别最低。如果I—7＝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I—7编码，Y—2Y—1Y—0＝000。优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是给优先级别高的设备先编码。2.2译码器及应用译码与编码是相反的过程，是将二进制代码表示的特定含义翻译出来的过程。能实现译码功能的组合逻辑电路称为译码器。二进制译码器:将输入的二进制代码的各种状态按特定含义翻译成对应输出信号的电路。也称为变量译码器。若输入端有n位，代码组合就有2n个，当然可译出2n个输出信号。显示译码器:由译码输出和显示器配合使用，最常用的是BCD七段译码器。其输出是驱动七段字形的七个信号，常见产品型号有74LS48、74LS47等。目前用于电子电路系统中的显示器件主要有发光二极管组成的各种显示器件和液晶显示器件，这二种显示器件都有笔划段和点阵型两大类。笔划段型的由一些特定的笔划段组成，以显示一些特定的字型和符号；点阵型的由许多成行成列的发光元素点组成，由不同行和列上的发光点组成一定的字型、符号和图形。LED发光二极管由砷化镓、磷砷化镓等半导体材料制成。LED显示器件的供电电压仅几伏，可以和TTL集成电路匹配，单个发光二极管的电流从零点几毫安到几个毫安。它是一种主动发光器件，周围光线越暗，发光显得越明亮，有红、绿、黄、橙、蓝等几种颜色。(a)笔划段型显示器(b)点阵型显示器笔划段型和点阵型显示器的示意图gfedcbadp10(c)共阳极型显示器(d)共阴极型显示器图3笔划段型LED显示器件字符显示器：分段式显示是将字符由分布在同一平面上的若干段发光笔划组成。电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段式数字。而LED数码显示器是最常见的。通常有红、绿、黄等颜色。LED的死区电压较高，工作电压大约1.5～3V，驱动电流为几十毫安。图4是七段LED数码管的引线图和显示数字情况。74LS47译码驱动器输出是低电平有效，所以配接的数码管须采用共阳极接法；而74LS48译码驱动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管须采用共阴极接法。数码管常用型号有BS201、BS202等。图5（a）是共阴式LED数码管的原理图，使用时，公阴极接地，7个阳极a～g由相应的BCD七段译码器来驱动，如图5（b）所示。（a）引线图（b）七段字形组合情况图4七段LED数码管dpgfedcbadpgfedcba11图5共阴式LED数码管的原理图和驱动电路2.3BCD显示译码驱动器表174LS48BCD七段译码驱动器真值表74LS48的输入端是A3A2A1A0四位二进制信号(8421BCD码)，a、b、c、d、e、f、g是七段译码器的输出驱动信号，高电平有效。可直接驱动共阴极七段数码管，LT———，I—BR，I—B/Y—BR是使能端，起辅助控制作用。12（a）74LS48功能简图（b）74LS48管脚引线图6使能端的作用如下：(1)LT———是试灯输入端，当LT———=0，I—B/Y—BR=1时，不管其它输入是什么状态，a～g七段全亮；(2)灭灯输入I—B，当I—B=0，不论其它输入状态如何，a～g均为0，显示管熄灭；(3)动态灭零输入I—BR，当LT———=1，I—BR=0时，如果A3A2A1A0=0000时，a～g均为各段熄灭；(4)动态灭零输出Y—BR，它与灭灯输入I—B共用一个引出端。当I—B=0或I—BR=0且LT———=1，A3A2A1A0=0000时，输出才为0。Y—BR与I—BR配合，可用于熄灭多位数字前后所不需要显示的零。2.4RS触发器当输入端接入S—=R—=1的电平时，如果基本SR触发器现态Q=1、Q—=0，则触发器次态Q=1、Q—=0；若基本SR触发器的现态Q=0、Q—=1，则触发器次态Q=0、Q—=1。即S—=R—=1时，触发器保持原状态不变。当S—=1，R—=0时，如果基本SR触发器现态为Q=1、Q—=0，因R—=0，会使Q—=1，而Q—=1与S—=1共同作用使Q端翻转为0；如果基本SR触发器现态为Q=0、Q—=1，同理会使Q=0，Q—=1。只要输入信号S—=1，R—=0，无论基本SR触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为0态。当S—=0、R—=1时，如果触发器现态为Q=0、Q—=1，因S—=0，会使G1的输出端次态翻转为1，而Q=1和R—=1共同使G2的输出端Q—=0；同理当Q=1、Q—=0，也会使触发器的次态输出为Q=1、Q—=0；只要S—=0、R—=1，无论触发器现态如何，均会将触发器置1。当S—=R—=0时，无论触发器的原状态如何，均会使Q=1，Q—=1。当脉冲abcdefg74LS48A3A2A1A0BRILTBRBYI13去掉后，S—和R—同时恢复高电平后，触发器的新状态要看G1和G2两个门翻转速度快慢，所以称S—=R—=0是不定状态，在实际电路中要避免此状态出现。基本SR触发器的逻辑图、逻辑符号和波形图如图1-5所示。基本SR触发器的输出端Q随输入电平S—和R—变化,表2是基本SR触发器功能真值表，用它来描述SR触发器的逻辑功能。由表2化简得到逻辑功能表达式（也称为特性方程）如式1.1所示，S·R=0，称之为约束条件。图7是74LS279管脚引线图。表2基本SR触发器功能真值S—R—Q功能00X不定011置1100置011Q保持综上所述基本SR触发器具有置0、置1、保持功能且不允许S与R同时为0，集成产品74LS279就是这种四SR触发器。对应的特性方程为：Qn+1=S+R—QnS·R=0（1.1）其中Qn表示现态，即原态。Qn+1表示次态，即新状态。图