四路抢答器

目录第一章设计任务和要求..............................................................................................11.1本次课程设计题目..........................................................................................11.2设计任务和功能要求......................................................................................11.3课程设计的工作任务及要求...........................................................................2第二章系统设计..........................................................................................................32.1基本思路..........................................................................................................32.2方案选择..........................................................................................................4第三章原理电路设计..................................................................................................53.1电路流程图......................................................................................................53.2单元电路设计..................................................................................................63.2.1锁存器电路的设计................................................................................63.2.2编码器电路的设计................................................................................73.2.3译码器和数码管显示电路的设计........................................................73.2.4倒计时电路的设计................................................................................83.2.5时钟电路的设计....................................................................................93.2.6报警电路的设计..................................................................................113.3proteus仿真.......................................................................错误!未定义书签。3.3.1整体电路图.............................................................错误!未定义书签。3.3.2电路工作原理......................................................................................15第四章实物调试与测试结果....................................................................................16第五章总结................................................................................................................17第六章参考文献........................................................................................................18附录一：有关芯片与数码管引脚图.............................................错误!未定义书签。附录二：元件清单.........................................................................错误!未定义书签。第一章设计任务和要求1.1本次课程设计题目题目：四路抢答器1.2设计任务和功能要求1.2.1设计任务设计一个供4个选手竞赛的四路抢答器。具有清零功能，用集成触发器清除端实现，由主持人输入手动负脉冲控制；有四个抢答键和显示选手编号功能。1.2.2设计功能(1)抢答器供4名选手抢答,分别用4个按钮数字键1~4表示.(2)设置一个总开关S,负责系统清零和抢答控制,由主持人掌控.用来控制系统清零和抢答的开始.(3)抢答器具有锁存与显示功能.即抢答开始后,选手按动按钮,锁存相应编号,并在编号显示器上显示该编号.同时封锁输入编码电路,禁止其他选手抢答,优先抢答选手编号一直保存到主持人将系统清零为止.(4)抢答器具有定时抢答功能,要求定时器开始倒计时,并用数码管显示倒计时时间.(5)选手在设定时间(9秒)内抢答,抢答有效,同时定时器停止倒计时,编号显示器上显示选手编号,定时显示器上显示剩余抢答时间,并保持到主持人清零为止.1.3课程设计的工作任务及要求1、熟悉、分解设计任务，查找资料熟悉相关设计的方法；2、画出完整的电路图并用proteus仿真，选择最佳的设计方案；3、安装与调试电路并能实现要求的功能。4、撰写设计报告、调试报告、设计心得体会。第二章系统设计2.1基本思路分三个模块电路，第一是抢答电路，用锁存器接收抢答键输来的电平信号，而优先抢答的输出信号用来锁住锁存器实现禁止其他选手继续抢答，并将输出信号经编译码输至数码管显示优先抢答者编号；第二是倒计时与报警电路，因为倒计时到0便要响应报警，则报警电路与倒计时应同步，用计数器实现计数，而用1赫兹脉冲实现计数变化间隔时间刚好1秒即可实现计时，输出信号为BCD码经译码给数码管显示计数；第三是时钟电路，可用555定时器改成多谐振荡器产生脉冲，作为脉冲端输入信号。2.2方案选择1.方案比较方案一：抢答电路：使用74LS175作为锁存电路，当有人抢答时，利用锁存器的输出信号将时钟脉冲置零，74ls175立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫1s，这是抢答无效，使用74ls148作为编码器，对输入的型号进行编码，输出4位的BCD码，再将这四位的BCD码输入共阴数码管里显示出抢答者的编号。主持人电路：利用74ls190计数器作为倒计时的芯片，当主持人按下抢答按钮时，74ls190被置九，同时将显示上次抢到题目的选手编号的数码管清零，并开始倒计时，并通过74ls48编码器将即时时间进行编码，并送到7段共阴数码管，显示此时的时间。假如在9秒内有人抢答，则计数器停止倒计时，将锁存器锁存，禁止选手抢答，蜂鸣器鸣叫，停止倒计时。方案二：锁存电路采用CD4042来触发，如果用CD4042，则可以用低电平触发，当有人抢答时，利用锁存器的输入信号将时钟脉冲置零，CD4042立即被锁存，同时蜂鸣器鸣叫一秒，这是抢答无效。此时当倒计时到0时，利用借位RC0——端来将锁存器的信号置零，而不是像方案一那样使用max\min端。对以上两个方案进行比较可以发现，两个方案均能理论上实现电路的功能。但是从实际情况看，CD4042比较少见，很难买到这个芯片，而74ls175则很常见，比较容易买到。而在实际情况中，虽然74ls175的max\min端和RC0——同样是借位端，当时RC0——只有半个周期变化，所以用max\min比较合适，综上所述，选择第一个方案比较合理。第三章原理电路设计3.1电路流程图3.2单元电路设计3.2.1锁存器电路的设计锁存器电路采用74LS175锁存器，选用其Q非端输出，原本输入全为低电平则输出高电平，当4个抢答端出现高电平信号输入时，锁存器立即锁存，禁止抢答，其原本4个高电平的输出端也变成3高1低，可用一个4输入与非门将其与非，再接一个非门后，可与74LS175时钟信号与非，使CLK端输入信号变为高电平，从而阻止其他选手抢答，进而达到锁存目的。74LS175功能介绍：D0~D3为输入端，选用Q非端输出，CLK为其脉数码管脉冲电路计时器译码器门控制电路报警电路主持人数码管译码器抢答按钮锁存器编码器冲端，MR端为复位端，用以主持人清零系统。74ls175的真值表如下：锁存器的单元电路设计如下：3.2.2编码器电路的设计编码器采样74ls148作为编码芯片，将输入的信号进行编码，然后输出2二进制码，由于74ls175为优先编码其，故需要将其未用到的高优先级的端和74ls175的输出的4与非端进行连接，避免在无人抢答时输出型号。74ls148的真值表如右图：74LS148编码器功能介绍：74ls148优先编码器管脚功能介绍:为16脚的集成芯片，电源是VCC(16)GND(8),I0—I7为输入信号，A2,A1,A0为三位二进制编码输出信号，EI是使能输入端，EO是使能输出端，GS为片优先编码输出端。使能端OE(芯片是否启用)的逻辑方程：E0=I0·I1·I2·I3·I4·I5·67·EI当E0输入EI=1时，禁止编码、输出(反码)：A2,A1,A0为全1。当E0输入EI=0时，允许编码，在I0～I7输入中，输入I7优先级最高，其余依次为：I6,I5,I4,I3,I2,I0，I0等级排列。从以上的的功能表中可以得出，74ls148输入端优先级别的次序依次为I7，I6，…，I0。当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端没有低电平输入时，输出端才输出相应该输入端的代码。例如：I5=0且I6=I7=1(I6、I7优先级别高于I5)则此时输出代码010(为(5)10=(101)2的反码)这就是优先编码器的工作原理。据此设计的编码器电路如下：3.2.3译码器和数码管显示电路的设计抢答部分和倒计时部分的译码器均采用74ls48芯片，而数码管则选择与之相对应的7段共阴数码管搭配，为避免电路过小，可在译码器与数码管间接上拉电阻以增大电流，上拉电阻选用1k的7针排阻。74LS48译码器功能表如下：74ls48功能表—七段译码驱动器功能表十进数或功能输入BI/RBO输出备注LTRBIDCBAabcdefg0HH0000H111111011Hx0001H01100002Hx0010H11011013Hx0011H11110014Hx0100H01100115Hx0101H10110116Hx0110H00111117Hx0111H11100008Hx1000