_八路抢答器课程设计报告

武汉理工大学课程设计八路抢答器第1页共22页电子信息工程学院电子课程设计报告八路抢答器姓名：_____专业：______班级：______学号：_______同组人：_______指导教师：_______学校：日期：武汉理工大学课程设计八路抢答器第2页共22页目录摘要---------------------------------------------------------------------------3---------------------------------------------------------------------------4第一章设计要求----------------------------------------------------------51.1基本要求-------------------------------------------------------------51.2提高要求-------------------------------------------------------------5第二章系统的组成及工作原理------------------------------------------62.1系统的组成框图-----------------------------------------------------62.2系统的工作原理-----------------------------------------------------6第三章电路设计--------------------------------------------------------------73.1方案的选择-----------------------------------------------------------73.1.1方案一----------------------------------------------------------73.1.2方案二----------------------------------------------------------83.1.3确定方案-------------------------------------------------------83.2单元电路设计--------------------------------------------------------93.2.1抢答电路的设计----------------------------------------------93.2.2定时电路的设计---------------------------------------------113.2.3报警电路的设计---------------------------------------------123.2.4时序电路的设计----------------------------------------------13第四章电路实验与调试---------------------------------------------------154.1焊接--------------------------------------------------------------------154.2调试中出现的问题及解决-----------------------------------------15第五章设计总结-----------------------------------------------------------15参考文献----------------------------------------------------------------------18附录（元件清单）---------------------------------------19武汉理工大学课程设计八路抢答器第3页共22页摘要本设计是一个八路竞赛抢答器，采用中小规模集成电路实现。电路包括以下几部分：抢答判别部分、显示部分、时序控制部分、定时部分和报警部分、主持人部分及时间设定部分。电路选用优先编码74LS148、锁存器74LS279、74LS48译码器和一个七段数码管组成的抢答显示电路；定时显示主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制可逆计数器74LS192减法计数电路和两个4段数码管等相关电路组成；由555定时器和三极管构成的报警电路。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，扬声器给出声响提示。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。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：编号锁存、优先判断、编号显示、扬声器提示。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。通过课程设计提高和巩固了所学的专业知识，以及知识的综合应用和焊接技术。武汉理工大学课程设计八路抢答器第4页共22页第一章设计要求1.1基本要求1．给定的主要器件：74LS14874LS27974LS4874LS192NE55574LS00发光二极管共阴极显示器74LS1212.功能要求：设计一个智力竞赛抢答器，可同时共8名选手参加比赛，并具有定时抢答功能。具体功能要求如下：基本功能：（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，他们的选号分别是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）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）和抢答器的开始。（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，编武汉理工大学课程设计八路抢答器第5页共22页号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。1.2提高要求（1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。同时扬声器发出短暂的响声，响声持续0.5秒左右。发光二极管灯亮。（2）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。（3）如果定时时间已到，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00。武汉理工大学课程设计八路抢答器第6页共22页第二章系统的组成及工作原理2.1系统的组成框图：图1抢答器的系统组成框图2.2系统的工作原理：如图1所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。扩展电路完成定时抢答的功能以及报警功能。图2.2所示电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s），当主持人将控制开关置于“开始”时，扬声器发出声响，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能：（1）优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号；（2）扬声器发出短暂声响；（3）控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；（4）控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，武汉理工大学课程设计八路抢答器第7页共22页当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。武汉理工大学课程设计八路抢答器第8页共22页第三章电路设计3.1方案的选择：3.1.1本方案设计框图如下图所示，电路选用优先编码74LS148、锁存器74LS279、74LS48译码和一个七段数码管组成的抢答显示电路；先对电路输入信号锁存再优先编码后显示，用锁存后的信号来控制锁存器74LS373的LE端来实现正常抢答。扩展电路采用十进制可逆计数器74LS192减法计时。3.1.2方案二本方案在选手抢答前利用“清除/起始”开关S使基本RS触发器输出端Q为0，使集成8线-3线优先编码器禁止；当主持人按下“清除/起始”开关S时，基本RS触发器输出端Q为1，与优先扩展输出端Yex共同作用，使集成8线-3线优先编码器选通输入端ST为0，允许编码，等待数据输入。此时优先按动序号的组号立即通过编码器按BCD421码输出，经RS锁存器74LS279将该数码锁存到LED显示器上。与此同时，Yex（引脚为14）由1翻转为0，与非门G1输出为1，选通输入端ST为1，编码器被禁止。此外，在Yex由1翻转为0时，还驱动报警电路工作，发出声音。武汉理工大学课程设计八路抢答器第9页共22页5VVCCR13kohmA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14354~RBI~LTU174LS247D~BI/RBOA09A17A26GS1431341522121117463E015V181011121314151617~EI574LS148DU2010U3A74LS279D4723165RS1S2QRSQU3B74LS279D9131112101514RS1S2QRSQ5VVCCABCDEFGBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBusBus8x10kohm主持人开关控制开始清除选手控制开关12374LS00D&45674LS00D&21174LS04D45674LS00D&Q_Q基本RS触发器G1图3.1.3方案三本方案的设计框图如图1，先对输入信号优先编码再锁存后输出显示，主要控制优先编码74LS148选通输入端ST非来控制正常抢答。武汉理工大学课程设计八路抢答器第10页共22页3确定方案方案二中多加了一个基本RS触发器，以及74LS148引脚与74LS279之间连线有所改变，这又涉及到之后的提高方案中的连线的改变。此处基本RS触发器又相当一锁存器，它可以对主持人的指令进行进一步的锁存，这样就可以增强它的抗干扰能力，但其线路过于复杂，由于方案三已能满足基本设计和提高设计的要求，而且它的原理更简单易懂，元件更少，连线也方便，焊接更可靠，且比较容易实现，所以最终选用了方案三。武汉理工大学课程设计八路抢答器第11页共22页3.2单元电路设计3.2.1抢答电路的设计设计电路如图所示，电路选用优先编码74LS148、锁存器74LS279、74LS48译码和一个七段数码管组成的抢答显示电路；该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，同时译码显示编号（显示采用七段数字数码管显示）；二是禁止其他选手按键输入，按键无效。开关SW1置于“清除”端时，锁存器的LE端输入为“1”时，停止工作。开关SW1置于“开始”端时，抢答器处于等待工作状态，锁存器74LS373的LE端输入为“0”时，当选手抢答按键时，LE端变为“1”并锁存，再经编码译码，最后显示。若进行下一轮抢答则需主持人重新将开关SW1置于“清除”端后置“开始”才可。图3.2.1抢答电路武汉理工大学课程设计八路抢答器第12页共22页其工作原理是：当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q～1Q）全部为低电平。于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS14