八路智力竞赛抢答器设计实验报告抢答器设计实验报告Word文档下载推荐.docx
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安徽科技学院理学院
八路智力竞赛抢答器设计
一、课程设计题目（与实习目的）
（一）、题目:
（二）、实习目的:
1.进一步掌握数字电路课程所学的理论知识。
2.熟悉几种常用集成数字芯片的功能与应用,并掌握其工作原理,进一步学会使用其进行电路设计。
3.了解数字系统设计的基本思想与方法,学会科学分析与解决问题。
4.培养认真严谨的工作作风与实事求就是的工作态度。
5.数点课程实验就是大学中为我们提供的唯一一次动手实践的机会,增强动手实践的能力。
二、任务与要求
实现抢答器的方法很多,如EPROM编程、RAM编程、单板机、单片机等,都可以组成抢答器系统。
（1）抢答器设计要求
设计一个抢答器,基本要求:
1、抢答器可以实现基本抢答;
可同时供8名选手或8个代表队参加比赛,她们的编号分别就是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,分别就是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）与抢答的开始。
3.抢答器具有数据锁存与显示的功能。
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,同时扬声器给出音响提示。
此外,要封锁输入电路,禁止其她选手抢答。
优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
三、总体方案的选择
（1）总体方案的设计
针对题目设计要求,经过分析与思考,拟定以下二种方案:
方案一:
该方案就是将抢答按钮先直接与锁存器而不就是优先编码器相连,将最先抢答的选手的编号锁定,再依次经过优先编码器、译码器与七段显示器,最后显示的就是抢答选手的编号,经过优先编码器后的信号到单稳态触发器,单稳态触发器又与报警电路直接连接,所以显示编号的同时可以发出报警信号。
另外由主持人控制开关与其她部分电路通过门电路实现对抢答电路、定时电路与报警部分电路的控制。
主体框图如下:
图1八路智力抢答器方案一设计框图
方案二:
主持人按动开始抢答的开关后,最先抢答的选手的电平信号先经过优先编码器,再依次经过数据锁存器,此时已经限制了其她选手的抢答,信号再经过译码器与七段数码显示器,将最先抢答的该选手的编号显示出来,并同时产生报警信号,到此完成的就是抢答功能;
如果没有人抢答,30秒减计数器减到00时也会发出报警信号,此就是完成计时功能。
图2八路智力抢答器方案二设计框图
（2）总体方案的选择
相比之下,第二种方案更好些。
它的优点表现在以下几个方面:
这种方案原理比较简单。
主持人对整体电路的控制只需几个门电路就可完成,不必用特别的芯片来组成控制电路;
更容易实现报警提示功能,在有选手抢答后或者计时开始与结束时。
既减少了布线使整个电路更直观简单,又降低了产生错误的可能性。
四单元电路的设计
1、设计所使用的元件及工具:
74LS48----------------------------3个;
74LS279-----------------------------------1个;
74LS192--------------------------------2个;
74LS148---------------------------------------1个;
74LS00----------------------------------3个;
74LS10-------------------------------------------1个;
发光二极管---------------------------------------------------1个;
555-----------------------------------------------------1个;
电容:
0、1μf----------------------------------------------1个;
0.01μf-----------------------------------------------1个;
电阻:
10kΩ---------------------------------------------------------------------9个;
15KΩ----------------------------------------------1个;
1kΩ------------------------------------------------1个;
68KΩ------------------------------------------------1个
实验板一块;
万用表一个;
钳子一个;
导线若干。
2、各个单元电路
（1）抢答电路设计
抢答电路的功能有两个:
一就是能分辨出选手按按钮的先后,并锁存优先抢答者的编号,供译码显示电路用;
二就是要使其她选手的按钮操作无效。
因此,选用优先编码器74LS148与RS锁存器74LS279以及译码显示电路完成上述功能。
抢答器电路
工作原理:
SW1-8为八位选手的抢答开关,SW9单刀双掷开关设为主持人控制开关。
当主持人控制开关置于清零状态时,RS触发器的R端为低电平,输出端全部为低电平。
于就是74LS48的BI为高,显示器灭灯;
74LS148的选通输入端ST为高电平,74LS148处于工作状态,此时锁存电路不工作。
当SW9置于开始状态,优先编码电路与锁存电路同时处于工作状态。
74LS279的1R、1S均为高电平,由真值表可知,输出1Q为低电平,从而使74LS148输入使能端为低电平有效,即抢答器处于等待工作状态。
若有选手（假设为3号选手）按动抢答开关（即闭合SW4）,此时优先编码器74LS148输入端I3接低电平有效,则输出A2A1A0为100,A2A1A0分别接至4S、3S、2S,根据RS锁存器真值表,2Q3Q4Q输出分别为110,从而74LS48的输入端DCBA为0011,经74LS48译码,显示器上显示“3”。
与此同时,当74LS148输入端有一个为低电平时,GS为低电平有效,即标志译码器处于工作状态,从而使1S为0,此时1Q输出为高电平,致使EI为高电平,74LS148处于禁止工作状态,其她选手抢答按钮的输入信号不会被接受。
这就保证了抢答者优先性以及抢答电路的准确性。
抢答结束后,主持人开关置于清零状态,数码管变灰,一切恢复初始状态,以便进入下一轮抢答环节。
（2）定时电路设计
设计要求抢答器具有定时功能,且节目主持人根据抢答题的难易程度,可设定一次抢答的时间（设为30s）。
设计中选用十进制同步加/减计数器74LS192进行设计,74LS192就是具有置数与清零功能,其引脚图与逻辑图如图10所示。
图1074LS192引脚图与逻辑图
P0、P1、P2、P3——置数并行数据输入;
Q0、Q1、Q2、Q3——计数数据输出;
CR————————清零端;
LD————————置数端;
CPu———————加法计数CP输入;
CPd———————减法计数CP输入;
CO————————进位输出端;
BO————————借位输出端。
表574LS192真值表
根据设计要求,需要两片74LS192构成100进制减计数器。
由功能真值表可知,只需将个位74LS192的借位输出端BO与十位74LS192的CPd即可实现100进制减计数。
值得注意的就是,要使其实现减计数,CPu端口必须接高电平。
计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
秒脉冲电路由555构成的多谐振荡器构成,如图11所示。
多谐振荡器无需外加输入信号就能在接通电源自行产生矩形波输出。
图11多谐振荡器
因为周期为一秒,所以频率就是1赫兹。
图中电容的充放电时间分别就是:
t1=RB×
C×
ln2≈0、7RB×
Ct2=（RA+RB）×
ln2≈0、7（RA+RB）C
所以555的3端输出的频率为:
f=1/（t1+t2）≈1、43/[（2RA+RB）C]
我们采用的电阻与电容值分别就是:
RA=15KΩ,R2=68KΩ,C1=10uf,满足上式,即得到的就是秒脉冲。
由以上集成芯片设计的定时电路如图12所示。
图12定时电路
首先主持人根据题的难易程度改变74LS192的输入端D3D2D1D0的电平来确定抢答时间（假定为30秒）,555构成秒脉冲产生电路为计时电路提供脉冲。
抢答开始前主持人闭合开关,74LS192的置数端PL为低电平有效,处于置数状态,数码管显示定时时间。
抢答开始,主持人打开开关,计数器处于计数状态,555产生的秒脉冲与十位74LS192借位输出端（其初始状态为高电平）相与。
计数器递减计数至00,十位74LS192借位输出端为低电平,计数器停止工作,产生报警。
计时期间有人抢答,减计数器停止计时,显示器上显示此刻时间。
（3）报警电路设计
由555定时器与三极管构成的报警电路如图13所示。
图中555定时器用来构成多谐振荡器,其震荡频率与秒脉冲产生电路中频率的计算方法相同。
3端的输出信号经过三级管驱动扬声器,发出报警信号。
当4端的输入信号就是高电平时,振荡器工作,有报警信号,4端输入低电平时,振荡器不工作,没有报警信号。
也就就是说需要报警时只需控制输入端即可。
电路图如下:
图13报警电路
（4）时序控制电路
时序控制电路就是抢答器设计的关键,需要完成以下三项功能:
a、主持人将控制开关拨到“开始”位置时,扬声器发声,抢答电路与定时电路进入正常抢答工作状态。
b、当竞赛选手按动抢答键时,扬声器发声,同时抢答电路与定时电路停止工作。
c、当设定的抢答时间到,无人抢答时扬声器发声,同时抢答电路与定时电路停止工作。
本设计中采用门电路对控制开关、抢答电路、定时电路、报警电路进行连接,以实现上述三项功能要求（如图14所示）。
图14时序控制电路
其中,两输入与非门采用74LS00,引脚图如图15所示。
三输入与门采用74LS11,引脚图如图16所示。
电路中利用与非门两输入端相连实现非门的逻辑功能。
图1574LS00引脚图
图1674LS11引脚图
门G1的作用就是控制时钟信号CP的放行与禁止,门G2的作用就是控制74LS148的输入使能端。
主持人控制开关从“清零”位置拨到“开始”位置时,74LS279的输出1Q=0,经G3反相,A=1,则从555输出端来的时钟信号CP能够加到74LS192的CPd始终输入端,定时电路进行递减计时。
同时,在定时时间未到时,74LS192的借位输出端BO2为低电平,门G2的输出ST为高电平,使74LS148处于正常工作状态,从而实现功能a的要求。
当选手在定时时间内按动抢答按钮时,1Q=1,经G3反相,A=0,封锁CP信号,定时器处于保持工作状态;
同时,门G2的输出ST为低74LS148处于禁止工作状态,从而实现功能b的要求。
当定时时间到时,来自74LS192的BO2为高,ST为高,74LS148处于禁止工作状态,禁止选手进行抢答。
同时,门G1处于关门状态,封锁CP信号,使定时电路保持00状态不变,从而实现功能c的要求。
五总体电路图
图17总电路图
下面介绍八路智力竞赛抢答器的使用原理。
首先就是各个选手分
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