八路智能抢答器的设计

数字电子技术课程设计报告《八路数字抢答器》系别：专业班级：组员姓名：指导教师：时间：摘要本文介绍了数码显示八路抢答器电路的组成、设计及功能，电路采用74系列常用集成电路进行设计。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能，若超过抢答时间则抢答无效。该抢答器主要运用到了编码器，译码器和锁存器：它采用74LS148来实现抢答器的选号，采用74LS279芯片实现对号码的锁存，采用74LS192实现十进制的减法计数，采用555芯片产生秒脉冲信号来共同实现倒计时功能，采用74LS121单稳态芯片来实现报警信号的输出。从软件仿真验、了原理设计的正确，通过硬件制作实物电路能够同时供8人抢答，并且能够准确的显示编码和及时报警，达到了设计的要求。关键词:八路抢答器;编码;译码;定时;报警目录1任务要求---------------------------------------------------------11.1设计要求------------------------------------------------------12系统的组成及工作原理-------------------------------------------22.1抢答器总体方框图----------------------------------------------23单元电路设计----------------------------------------------53.1时间脉冲产生抢电路的设计--------------------------------------53.2计数电路设计---------------------------------------------------63.3抢答电路设计---------------------------------------------------73.4定时电路设计---------------------------------------------------93.5报警电路设计-------------------------------------------------103.6时序电路设计-------------------------------------------------113.7总体电路-----------------------------------------------------124仿真------------------------------------------------------134.1抢答电路的仿真-----------------------------------------------134.2定时电路的仿真-----------------------------------------------134.3报警电路的仿真-----------------------------------------------135电路焊接与调试------------------------------------------145.1焊接----------------------------------------------------------145.2调试中出现的问题及解决方法------------------------------------146设计总结及其心得----------------------------------------15参考文献-------------------------------------------------16附录------------------------------------------------------16元件清单-------------------------------------------------191任务要求1.1设计要求(1)设计制作一个可容纳8组参赛的数字式枪答器，每组设置一个抢答按钮供抢答者使用。(2)给主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。(3)抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号（1～8），同时扬声器给出音响提示。同时禁止其他选手抢答。(4)抢答器具有定时抢答的功能，抢答时间设定为30秒，当主持人按下开始按钮时，定时器立刻倒计时，并显示。选手在设定的时间内抢答有效。超过时间抢答无效，定时显示器显示00，同时扬声器给出音响提示。2系统的组成及工作原理2.1抢答器的总体框图：图2-1-1抢答器工作框图图2-1-1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1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，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。3单元电路设计3.1时间脉冲产生电路的设计由集成电路定时器555与RC组成的多谐振荡器作为时间标准信号源。（如图3-1-1）A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR451kΩR568kΩC1100nFC251nFVCC5V373836084图3-1-1时间脉冲电路3.2计数电路的设计该电路主要是对选手抢答的时间进行限制，可根据实际情况来设定。我们设定的有效抢答时间是30S，且是30进制的减法器，这样更加具有人性化，能使选手客观的感觉到剩余的时间是多少。我们选用的是74LS192芯片。（如图3-2-1）U2174LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U2274LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR1446450VCC5VVCC图3-2-1计数电路图通过两片74LS192级联，U2的减记数时钟输入端接时钟脉冲产生电路、U2的进位输出端（BO）接U1的减记数时钟输入端。即当U2从9跳变到0的时候给U1一个有效的信号，使得其计数。3.3抢答电路的设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图3-3-1所示：R12X8DIP4.7kΩJ1Key=AJ2Key=AJ3Key=AJ4Key=AJ5Key=AJ6Key=AJ7Key=AVCC5VVCC5VU174LS148DA09A17A26GS14D313D41D52D212D111D010D74D63EI5EO15J8Key=AU2A74LS279D1Q141Q27~1S12~1S23~1R11~1S36~1R25U3B74LS279D1Q141Q27~1S12~1S23~1R11~1S36~1R25U474LS48DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4R10180ΩRPACK8U5ABCDEFGCKR236ΩVCC031302902827262524232221201918171615VCC141312111090087654321图3-3-1抢答电路图八路抢答器的工作原理是：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=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S1），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，此时74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“1”。另外，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的YEX高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号仍不会被接受。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。3.4定时电路的设计该电路主要是对选手抢答的时间进行控制，从而有效的控制赛程的时间。我们设定的时间是30s，所求开始抢答的时候显示是00，而当主持人按下开关的时候则从30开始做减法运算。主要电路如图3-4-1所示：U3B74LS279D1Q141Q27~1S12~1S23~1R11~1S36~1R25A1555_VIRTUALGNDDISOUTRSTVCCTHRCONTRIR4300ΩR54kΩC1100nFC2220uFU774LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U874LS192DA15B1C10D9UP5QA3QB2QC6QD7DOWN4~LOAD11~BO13~CO12CLR14U974LS48DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U1074LS48DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U11ABCDEFGCKU12ABCDEFGCKR1710ΩVCC5V7776757473727170690373836670VCC2122232425262732353940414243848844图3-4-1定时电路图74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码显示在数码管上。74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为30秒。555芯片完成产生秒脉冲的功能。工作过程为：抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。当记到了30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出