多路抢答器论文.docx

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多路抢答器论文

电子工艺实习

多路抢答器的设计

一．课程设计的题目

二．课程设计的目的

三．课程设计的内容和要求

四．课程设计的总体方案及原理

五．单元电路设计方案和原理说明

1）抢答器电路设计

2）定时电路设计

3）秒脉冲电路设计

4）报警电路设计

六．电路仿真过程中遇到的问题及解决方法

七．心得体会

八．参考文献

附录：

1）总体仿真电路图

2）元器件清单

八路抢答器设计

一课程设计题目

八路抢答器设计

二课程设计目的

1.培养数字电路的设计能力。

2.掌握用软件multisim10设计抢答器电路图并完成仿真。

3培养独立分析问题和解决问题的能力以及创新能力和创新思维。

4.掌握基本的焊接知识。

5巩固和加强“数字电子技术”课程的理论知识。

6.学会定时计数的基本方法。

三课程设计内容和要求

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，他们的编号分别是1、2、3、4、5、6、7、8一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7、S8。

对应抢答成功指示灯，分别是LED1、LED2、LED3、LED4、LED5、LED6、LED7、LED8.

2.给节目主持人设置一个控制开关S9，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯和蜂鸣器停止报警）和抢答的开始。

3.抢答器具有定时抢答功能。

当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。

抢答开始后，如果定时抢答的时间60s已到，仍没有选手抢答时，本次抢答无效，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00，直到主持人按下“清除”键复位。

4.抢答器具有抢答后答题倒计时功能（并且答题时间可在20s,40s,60s之间切换）当有选手抢答成功后，74LS148的输入始能端为“高”电平。

接4输入与门，其他三端分别为555秒脉冲信号输出端，60秒抢答时间结束标志端和答题时间结束的标志端。

以此控制答题时间的开始和结束。

5.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，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号和抢答的时间，抢答选手所对应的信号灯可随之亮起，同时蜂鸣器响起。

此时，输入电路封锁，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按下“清除”键为止。

四课程设计总体方案及原理

1.本题的根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。

实现这一功能可以使用74LS279RS触发器，在得到第一信号之后应立即将电路的输入锁存，即使其他组的抢答无效。

同时发出第一信号所在组要在主持人发出抢答信号后开始抢答，在此之前抢答无效。

2.当电路形成第一抢答信号之后，用编码器74LS148、译码器74LS48、74LS138及数码显示电路显示出抢答者的组别，并用发光二极管直接指示出组别。

还可以用鉴别出的第一抢答信号控制蜂鸣器，表示该题抢答有效。

3.定时电路采用2位共阴极数码管显示，由74LS48驱动，用74LS192可预置BCD双时钟可逆计数器进行到计时。

4.由于定时电路要求的是每秒减一，即需要一个产生秒脉冲的电路。

可逆计数器的脉冲信号可由555定时器产生脉冲矩形波来达到。

电路电阻、电容可由振荡频率公式振荡频率f＝1．43／［（RI＋2R2）C］计算。

具体的总体原理框图如下：

五单元电路设计方案和原理说明

1.抢答器电路设计

（1）抢答电路的功能有两个：

一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示译码电路用；二是要使其它选手按键操作无效。

（2）选用优先编码器74LS148、74LS279RS触发器、译码器74LS48和7段共阴极数码管组成抢答电路。

（3）抢答电路工作原理：

当控制开关置于“清除”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出Q4—Q1全为低电平（Q3、Q4分别为下图右侧74LS279的Q1、Q2）。

此时74LS48的，显示器灭灯；74LS148选通输入,74LS148处于工作状态，而触发器输出端均为零。

当控制开关置于“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，当有选手按键抢答时，如2号选手优先按2号键，则74LS148输出A2A1A0=010，，经RS锁存后，Q4=1，，7448工作，Q3Q2Q1=101，经7448驱动译码后，显示器显示数字2。

Q4=1使74LS148的为高电平，即74LS148禁止工作，封锁其它按键输入，当按下的按键松开后，因为数码管显示所抢答者对应编号，所以，74LS148的为高电平，但由于Q4输出仍为高电平不变，所以74LS148仍处于不工作状态，其它按键的输入信号不被接受，这就保证抢答者的优先性及抢答电路的准确性,如图所示。

抢答器电路图

2.定时电路设计

1）主持人设定抢答器时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供，可预置时间进行倒计时电路选十进制同步可逆计数器74LS192进行设计，倒计时到零时，十位数计数器的借位位输出低电平有效的“定时到信号”。

具体电路原理如下图。

抢答时间定时电路图

2）由主持人通过开关A、B来设置答题时间（20s,40s,60s）计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供，可预置时间进行倒计时电路选十进制同步可逆计数器74LS192进行设计，倒计时结束后，蜂鸣器进行报警。

答题时间结束。

答题倒计时电路图

3.秒脉冲电路的设计

由一片555定时器外加两个电阻和一个电容便构成简单的多谐振荡器，其输出矩形波的周期为,占空比。

我们选取，使振荡器产生接近1s的脉冲，再将555定时器的OUT端与十位计数器的借位位和选手抢答显示LED的端经与非门和非门送给个位数的计数器。

这样，定时器将在倒计到零或者有选手抢答时终止倒计时。

产生秒脉冲的电路

4.报警电路设计

将编码器（741LS48）的输入使能端经过一个限流电阻接地，便得到了报警电路。

，从而使蜂鸣器发出“嘟…嘟…嘟”的报警声音。

其电路原理图如下：

报警电路图

六电路仿真出现的问题及解决方法

在我们用Multisim10进行仿真的时候，遇到了下面4点问题：

1）当没有人按抢答开关的时候，74LS148的8个输入端全部接着高电平，此时，输出端3个输出Y0、Y1、Y2输出均为高电平，通过RS触发器锁存后，输入到74LS138的输入段为低电平，使输出端Y0为低电平，经过非门后，导致发光二极管LED0发光。

这显然与实际情况不符合，因此，面对这个特殊的情况时，不能使Y0输入段与Y1----Y7一样经过非门接发光二极管。

因此，考虑到输入为11111111和01111111时，端输出不同，因此，我们通过该端输出接非门，再与Y0输出端或非接发光二极管的方法，克服了这个问题。

避免了当没有选手抢答时和选手0号抢答时，LED0都发光的情况。

2）在运用Multisim10仿真时，我们在后来又遇到了，当计时电路的倒计时60秒结束后，如果有选手按抢答键，则依然可以在数码管显示该选手编号的情况。

通过考虑分析和讨论，发现并没有设计通过该计时电路控制74LS148的输入使能端，因此导致74LS148依旧处于输入有效状态，此时如果有选手抢答，则依然可以完成抢答功能，这与设计要求相违背，因此，我们通过使用计数电路十位74LS192的借位位和显示组别的数码管所连接的74LS48的端经过与非门接到74LS148的输入使能端，使在倒计时结束后或者有选手抢答成功后，输入到输入使能端为高电平，从而实现了封锁74LS148的输入端，因此完成了设计的要求。

3）在设计计时电路的时候，发现在主持人清零时以及选手抢答成功完毕后，计时电路仍在进行倒计时导致正常的抢答功能无法实现。

通过分析，我们通过一个4输入与非门，使其一端接秒脉冲发生电路的输出端，另外3端分别接主持人控制端、计时电路十位计时锌片的借位端、抢答成功的标志段经过非门的信号。

使计数受主持人发出抢答信号（主持人开关接高电平）

选手未抢答的时候以及计时未结束的时候计时电路正常工作。

当以上条件有任一不满足的情况下（与非门其他三端任一输入为零）时，计时电路停止工作。

4）在设计报警电路时，出现了一旦有选手抢答，蜂鸣器开始发声，但是一直持续不停止，这就影响了选手的答题。

经思考和讨论，我们在蜂鸣器电路中串接一个10uf的电容，并用NPN三极管的射级来带蜂鸣器负载，这样蜂鸣器便会在响数声之后自动停止。

最后，经过我们的努力克服了一道道难题，较成功地完成了设计任务。

七心得体会

本次课程设计，我们组选择了多功能抢答器的设计。

抢答器，顾名思义，就是谁抢答的快，谁就拥有答题权。

因而我们的任务就是设计电路将最先抢答的那一组的组号显示在观众面前，并且阻止其他组再进行抢答。

经过三周的不懈努力，我们克服重重困难，终于设计出了一张能够准确、公正、直观地判断出最先抢答者的抢答器原理图。

我们的抢答器原理图是在multisim10.0软件平台上设计的。

multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。

当然，这个仿真软件我也是刚接触到，通过老师的详细讲解、看视频教程，我逐渐掌握了对它的应用，并在不断查找芯片和应用芯片中得到巩固。

现在知道功能我也知道在哪里找到相应芯片，原理图仿真出错也能利用各种仪器仪表差错啦。

这次课设可谓是收获颇丰。

在抢答器的原理图设计上，我们采用了模块化的设计。

整张电路图包括抢答器电路、定时电路、秒脉冲发生电路、报警电路和显示电路。

抢答器电路中，我们采用了74LS148优先编码器、74LS138密码器、74LS279触发器以及按键开关等元器件，实现了抢答、锁存和译码的功能。

秒脉冲发生电路是通过555定时器连接的一个多谐振荡器，通过设定其中的电阻、电容值，使其输出脉冲频率为1s。

定时电路是由抢答倒计时电路和答题倒计时电路构成。

它们主要都是由可预置BCD双时钟可逆计数器74LS192组成，它通过计数秒脉冲电路输出的秒脉冲，实现了定时。

蜂鸣器和74LS148、七段共阴极数码管分别构成了报时电路和显示电路。

虽然我们最终使用到的芯片并不是太多，但是在整个课程设计的过程中，我们查询和了解了许多芯片，像常用的计数器芯片74LS160、74LS161、74LS191、74LS197,全加器74LS83、74LS147和用以实现与或非的诸多芯片，如与非门74LS00、或非门74LS02、反相器（非门）74LS04、与门74LS08等等。

在查询和应用这些芯片时，我明白了只用看明白了芯片的功能表，才能正确的使用芯片，只有亲自使用了芯片，才能掌握一个芯片。

当然，我们在设计电路图的整个过程也并不是一帆风顺。

有些我们从未想过的问题有时也出现了，比如，多谐振荡器突然就不输出脉冲了，给蜂鸣器串接一个电阻蜂鸣器的工作就出现故障了等等，还有一些常见问题，如抢答的数码管出现乱码，计时不稳定，74LS279锁存情况不理想等等。

在解决这些繁琐问题的过程中，我们通过询问老师，找师兄师姐求助以及与同学讨论商量，最终克服重重困难，终于完成抢答器原理图。

再次，我们诚挚感谢给予我们指导的老师和提供帮助的朋友。

三周的课程设计，让我在为人处世上又有了新的体会。

那就是你要想踏踏实实做好一件事，你就必须要有不松懈，不放弃的态度和不断反省、不断总结的耐心。

回想这次课程设计，最后用毛泽东的一句诗词来总结：

为有牺牲多壮志，敢教日月换新天！

八参考文献

1、韩学军.数字电子技术基础【M】.北京：

中国电力出版社

2、王义军.模拟电子技术基础【M】.北京：

中国电力出版社

3、姚福安.电子电路设计与实践.山东科学技术出版社

4、阎石.数字电子技术基础题解.华中科技大学出版社

附录

1总体