数电抢答器.docx
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数电抢答器
智力竞赛抢答器的设计
一、概述
1.实际意义：
为了准确找出第一个抢答者，在很多电视节目和公共场所运用到抢答器，现实生活中人脑对两个时间差很短的结果很难分辨出谁先谁后，为了公平起见，在很多情况下必须设置一个能分辨先后顺序的抢答器。
来显示出第一个抢答到人。
本次课设题目是让学生自己设计一个四人竞赛抢答电路，并具有显示能。
抢答开始厚若又选手按动强大按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示选手的编号，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。
2.技术指标：
（1）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制；
（2）抢答器具有锁存与显示功能；
（3）抢答器具有定时抢答功能，定时时间为60秒，当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时；
（4）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。
二、方案论证
方案一：
课设共实现抢答并锁存、倒计时、报警系统三方面功能。
根据题目要求共设计了两套方案，第一套方案是：
抢答电路功能用74LS148优先编码器和D触发器来先其抢答和锁功能，定时电路采用两个74LS192、555定时器和七段显示器来实现规定时间内抢答问题，报警电路用555定时器和一个扬声器来完成，当有选手抢答时，显示器会显示选手编号。
方案二：
抢答并锁存功能用74LS148优先编码器和SR锁存器完成，在选择SR锁存器时，由于软件所提供的芯片不能满足要求，也可以用两个与非门设置一个SR锁存器。
定时电路采用74LS192、74LS48和555定时器。
74LS148驱动七段LED显示器。
由于方案一所在用的用四个输入端时，电路仿真时会出现点错误。
报警系统所用元件为555定时器和一个扬声器，当有选手抢答时，扬声器会自动报警。
根据第一个方案的弊端，可采用第二套方案，其总体框图如图1所示。
图1.智力抢答器原理框图
三、电路设计
1.抢答电路
抢答器电路实现两个功能：
一是能分辨出第一个选手，并锁存优先强答者的编号并在译码器上显示，二是封锁其他选手，是其他选手的操作无效。
实现上述功能选用74LS148和组合的与非门（即SR锁存器），挡住主持人控制开关处于“清零”位置时，SR触发器的R端处于低电平，触发器输出全为零，于是74LS148的BI为零，显示器熄灭。
当主持人控制开关处于“开始”状态时，优先编码器和锁存电路同时处于工作状态，当有选手按到开关时，经过门电路组成的锁存器后，BI为高电平，经过74LS48译码后，LED显示器显示选手的号码。
此外BI经过非门和与非门来控制选通输入端EI来禁止其他选手的输入。
其电图如图2所示。
图2.抢答器电路图
（1）优先编码器
根据设计要求，用一片74LS148优先编码器，电路允许同时输入两个以上的编码信号，不过优先编码器已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。
当几个输入信号同时出现时，只对其中优先权最高的一个进行编码。
当有选手输入信号时，通过选通输入端EI使其它选手输入无效，另外它的输入和输出均以低电平为有效信号。
其芯片如图3所示，功能表如表1所示。
表1.74LS148功能表
图3.74LS148芯片
（2）锁存器
锁存器来实现选手的锁存，可以用74LS279但在软件中找不到相应的芯片，可以用组合的与非门设计一个锁存器（即SR锁存器），RS触发器以低电平作为输入信号，当R’端为低电平，由于74LS148没有输入，S’都为1，所以输出端（4Q~1Q）全部为零。
当74LS有输入，相应的S’为零，所对应的输出端变为1，当输入退出时，S’重新变为1，而对应的输出端保持1不变，实现了所存功能。
其特性表如表2所示。
表2.SR锁存器的特性表
S’
R’
Q
Q*
1
1
0
0
0
1
1
0
1
0
0
1
0
0
1
1
2.定时电路
电路通过设定一次抢答时间（60s），通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计。
由电路可知低位片BO借位信号接到高位端的DWON上，每当低位减到零时，从高位借位，高位减一。
计数器的脉冲由555计时器提供。
当主持人按“开始”时，LED显示器自动倒计时，当减到00时，禁止抢答。
其电路图如图4所示。
图4.定时电路
（1）74LS192构成的六十进制计数器
74LS192是十进制可编程同步加减计数器，采用8421码二—十进制编码，并具有直接清零、置数、加减计数功能。
它构成的六十进制递减计数器电路原理图如下，低位片的BO2借位信号接到高位片的DWON上。
其如图5所示
图5.六十进制计数器
（2）74LS148驱动器和LED显示器
74LS48芯片是一种常用的七段数码管译码器驱动器，常用在各种数字电路和单片机系统的显示系统中，BI’/RBO’是一个双功能的输入、输出端。
作为输入端使用时，称为灭灯输入控制端。
其图如图6所示。
图6.显示器
3.报警电路
主要由555定时器组成多谐振荡电路，产生200HZ的脉冲，来驱动扬声器发出声音。
当有信号到达时，也就是PR为高电平，振荡器工作，平时保持平不变。
其路图如图7。
图7.报警电路图
（1）555定时器
由555组成多谐振荡器，产生约为1khz的脉冲，来驱动扬声器发出声音。
当用信号来时，PR为高电平，振荡器工作，驱动负载。
平时保持低电平不变。
其图如图8所示。
图8.555定时器
四、性能的测试
当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器R端处于低电平，输出端（4Q~1Q）全部是低电平，于是LED显示器熄灭。
当主持人按到“开始”开关时，优先编码器和锁存电路都开始工作，即抢答器处于等待工作状态。
同时定时电路开始倒计时，时间为60s。
当有选手将键按下时。
LED显示器将显示选手的编号，74LS148处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接受。
同时定时电路也停止工作，显示抢答所剩余的时间，并伴随着扬声器发出短暂的声音。
当优先抢答者回答问题后，主持人操作控制开关A，使其他电路复位，进行下一轮抢答。
五、结论、性价比
电子电路设计由于实现的功能较多，给设计者带来一定的难度。
总体设计满足实验设计要求，但还是有一点不足，由于一些替换门电路的不稳定，会给电路显示带来一定的影响，本电路以使用芯片少，并且选用了比较简单的门电路，因此从整体设计思路来看，符合任务书的要求，在实现功能的同时，价钱也比较低。
六、课设体会及合理化建议
经过一周的课程设计，自己从中学到了很多，弥补了自己知识的空缺。
在课设过程中曾遇到了很多困难问题，虽然随学知识有限，难以解决一些复杂的问题。
但通过自己的努力，不断搜索有关资料并和同学们积极的讨论，使得一个个难题迎刃而解。
在总体设计完成时，仍然存在一些问题，通过不断改正，才使电路仿真正常。
课设题目也可以训练一个人的思维的创造性。
希望每一位同学能够独立完成课设题目，才会提升知识储存量。
在遇到问题时，要学会思考，只有经历了这个过程，才会感到成功时的喜悦。
参考文献
[1]童诗白，华成英主编.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2006年
[2]戴伏生主编.基础电子电路设计与实践[M].北京：
国防工业出版社，2002年
[3]谭博学主编.集成电路原理与应用[M].北京：
电子工业出版社，2003年
[4]朱定华，陈林，吴建新编著.电子电路测试于试验[M].北京：
清华大学出版社，2004年
[5]王彩君，杨睿，周开邻主编.数字电路实验[M].北京：
国防工业出版社，2006年
[6]姚娅川，吴培明主编.数字电子技术[M].重庆：
重庆大学出版社，2006年
附录I总电路图
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U18、U17
U14、U12
与非门
74s00D
8
2
U7、U8
十进制计数器
74ls192
2
3
U5、U11、U12
显示器
LED
3
4
U1
优先编码器
74LS48
1
5
U9
555计时器
2
6
U19
扬声器
1
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