抢答电路Word格式文档下载.docx
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选手抢答实行优先锁存,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
抢答器具有定时抢答功能,且一次抢答的时间由主持人设定(如30秒)。
当主持人启动"
开始"
键后,定时器进行减计时,同时扬声器发出短暂的声响,声响持续的时间0.5秒左右。
参赛选手在设定的时间内进行抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答的时间,并保持到主持人将系统清除为止。
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。
第1章设计任务与要求
1.1基本功能
1.可同时15名选手参加比赛,他们的编号分别是1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,各用一个抢答按钮,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,S9,S10,S11,S12,S13,S14,S15。
2.节目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.数字抢答器应具有数码锁存、显示功能。
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。
优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。
1.2扩展功能
1.定时抢答功能。
抢答器定时为30s,启动起始键后,定时器开始工作,立即减计,并在显示器上显示出来,同时扬声器要短暂报警。
2.参赛选手在设定的时间内抢答(30s),抢答用效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢倕时刻的时间,并保持到主持人将系统清零为止。
3.当定时抢答的时间已到,还没有选手抢答进,本次抢答无效,系统短暂报警,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。
第2章抢答器组成框图
2.1抢答器组成总框图
图2.1.1抢答器组成框图
2.2各个电路的组成
1.照框图,根据功能指标的要求,可以确定各个电路的组成。
1)抢答电路由优先编码电路74LS148,锁存器74LS279组成。
2)定时电路由秒脉冲产生电路NE555,同步计数器74LS192组成。
3)报警电路由脉冲产生电路NE555,扬声器组成。
4)控制电路用
单稳态触发器74LS121和一些门电路实现。
2.图示的定时抢答器的工作过程是:
接通电源时,节目主持人将开关置于“清除”位置,抢答器处于禁止工作状态,编号显示器灭灯,定时显示器显示设定的时间,当节目主持人宣布抢答题目后,说一声“抢答开始”,同时将控制开关拨到“开始”位置,扬声器给出声响提示,抢答器处于工作状态,定时器倒计时。
当定时时间到,却没有选手抢答时,系统报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答。
当选手在定时时间内按动抢答键时,抢答器要完成以下四项工作:
1)优先编码电路立即分辨出抢答者的编号,并由锁存器进行锁存,然后由译码显示电路显示编号;
2)扬声器发出短暂声响,提醒节目主持人注意;
3)控制电路要对输入编码电路进行封锁,避免其他选手再次进行抢答;
4)控制电路要使定时器停止工作,时间显示器上显示剩余的抢答时间,并保持到主持人将系统清零为止。
当选手将问题回答完毕,主持人操作控制开关,使系统回复到禁止工作状态,以便进行下一轮抢答。
2.3抢答器组成具体框图
显示电路(七段显示器)
第3章单元电路
3.1抢答电路
3.1.1主要功能
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,供译码显示电路用;
二是要使其他选手的按键操作无效。
选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能,其电路组成如下图所示。
其工作原理是:
当主持人控制开关处于“清除”位置时,RS触发器的
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,机密第9页2012-3-674LS148处于工作状态,此时锁存电路不工作,当主持人开关拨到“开始”位置时,优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态,即抢答器处于等待工作状态,等待输入端S1~S15输入信号,当有选手将键按下时(如按下S5),74LS148的输出Y2Y1Y0=010,YEX=0,经RS锁存器后,CTR=1,BI=1,74LS279处于工作状态,4Q3Q2Q=101,经74LS48译码后,显示器显示出“5”。
此外,CTR=1,使74LS148的ST端为高电平,74LS148处于禁止工作状态,封锁了其他按键的输入。
当按下的键松开后,74LS148的YEX为高电平,但由于CTR维持高电平不变,所以74LS148仍处于禁止工作状态,其他按键的输入信号不会被吸收,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,由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。
3.2.2电路原理图
图3.1.2.1抢答电路原理图
3.1.3子电路
1)优先编码电路
根据要求,用两片优先编码器74LS148级连组成。
由74LS148的功能表可以看出当高位片处于工作状态且没有输入时,Y2,Y1,Y0,YEX都是1,YS为0,低位片也处于工作状态。
当高位片有输入时,YS=1=ST,所以低位片处于封锁状态,同时两片的输出YS=1,高位片YEX为0,低位片的YEX为1。
当低位片用输入时,高位片的YS=0,低位片的YS=1,高位片YEX为1,低位片的YEX为0。
由ZYEX=YEX1·
YEX2
Z0=Y01·
Y02
Z1=Y11·
Y12
Z2=Y21·
Y22
Z3=
可以得到当ST=0时,即74LS148处于工作状态时,不论是低位片还用高位片有输入时,
图3.1.3.1优先编码电路
ZYEX都为0,当没有输入时,ZYEX为1。
当高位片有输入时,Z3为0,当低位片有输入时,Z3为1,当ST为1时,74LS148处于禁止工作状态,Z3为1。
表3.1.3.174LS148功能表
输入
输出
ST
S0
S1
S2
S3
S4
S5
S6
S7
Y2
Y1
Y0
YEX
YS
1
×
2)锁存器74LS279
由基本R-S的状态方程和时序图可看出,
表3.1.3.2锁存器74LS279真值表
Q
Q0
1
图3.1.3.2基本R-S触发器逻辑等号与波形图
RS触发器的
端为低电平,由于74LS148没有输入,
都为1,所以输出端(4Q~1Q)全部为0当74LS148有输入,相应的
为0,所对应的输出端变为1,当输入退出时,
重新变为1,而对应的输出端保持1不变,实现了锁存的功能。
当ZYEX为0时,Q的输出为1,Q=ST=1,所以令74LS148处于禁止工作状态,使其他按键的输入信号不会被吸收,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,由主持人操作控制开关S,使抢答电路复位(即令
=0),以便进行下一轮抢答。
3)4位二进制/BCD码变换电路
由全加器74LS283与门电路组成,由于用15路选择,4位二进制数表示的十进制数的范围为0~15,其8421BCD码需用5位二进制数表示,它们之间的对应关系如下表
表3.1.3.34位二进制/BCD码变换电路真值表
二进制数
BCD码
Z3
Z2
Z1
Z0
D10
D03
D02
D01
D00
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
以上的真值表可以写出BCD码与二进制之
间的表达式:
Z0=D00
D10D03D02D01=Z3Z2Z1+0000
当Z3(Z2+Z1)=0
D10D03D02D01=Z3Z2Z1+0011当
Z3(Z2+Z1)=1图
3.1.3.34位二进制/BCD码变换电路
3.2定时电路
3.2.1主要功能
节目主持人根据抢答题的难易程度,设定一次抢答的时间(30s),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,计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。
图3.2.2定时电路原理图
3.2.3子电路
1)555构成的多谐振荡器作为秒脉冲发生器
把555的2,6脚接在一起,根据对555组成原理图的分析可知,电容上的电压将在
到
之间变化。
电路的工作波形如下图所示
图3.2.3.1.1电容和输出电压的波形图图3.2.3.1.2555构成的多谐振荡图
从图中看出,输出电压Vo的低电平时间为电容上电压Vc从
减少
到所需要的时间,Vo的高电平时间Vc为电容上电压
从增大
到所需要的时间,电路的振荡周期和频率计算如下
(3.2.3.1.1)
(3.2.3.1.2)
(3.2.3.1.3)
(3.2.3.1.4)
取
=15KΩ,
=68KΩ,C=10uF,可得
振荡频率为
所以,T=1s
2)由Multisim仿真得到如下波形,符合秒脉冲的要求。
图3.1.3.2.1多谐振荡器频率仿真波形
2)74LS192构成的三十进制递减计数器
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。
由74LS192构成的三十进制递减计数器的电路原理图如下所示,低位片的BO2借位信号接到高位片的CPD端,两片的CPU端都接高电平。
图3.2.3.2.174LS192构成的三十进制递减计数器
从功能表和时序图可以得到三十进制递减
计数器的工作原理:
预置数为N=(00110000)8421BCD=(30)10
只有当低位BO2端发出借位脉冲时,高位
片计数器才作减计数,当高,低位计数器处于全零,且CPD为0时,高位片BO2端发出借位脉冲。
当LD为电低平时,计数器完成并行置数。
图3.2.3.2.174LS192构成的三十进制递减计数器时序图
3.3报警电路
由555组成多谐振荡器,产生约为1Khz的脉冲,来驱动扬声器发生声音。
(本设计方案用发光二极管代替扬声器)
3.3.1主要功能
当用信号来时,PR为高电平,振荡器工作。
平时保持低电平不变,从上面对555组成多谐振荡器的分析,当4脚为低电平时,振荡器停振。
(3.3.1.1)
T=
=1/0.01s(3.3.1.2)
3.3.2电路原理图
用Multisim仿真可得如下波形,可知电路的频率跟理论计算值相符
图3.3.2.2频图率仿真波形
3.4控制电路
3.4.1主要功能
1)主持人将控制开关拨到“开始”位置时,扬声器发声,抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。
2)当参赛选手按动抢答键时,扬声器发声,抢答电路和定时电路停止工作。
3)当设定的抢答时间到,无人抢答时,扬声器发声,同时抢答电路和定时电路停止工作。
3.4.2子电路
1)时序控制电路
根据上面的功能要求设计的时序控制电路如下图所示。
图中,门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止,门G2的作用是控制74LS148的输入使能端ST。
工作原理是:
主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置
时,74LS279的输出CTR=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时钟输入端,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=1,门G2的输出ST=0,使74LS148处于正常工作状态,从而实现功能
(1)的要求。
当选手在定时时间内按动抢答键时,CTR=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=1,74LS148处于禁止工作状态,从而实现功能
(2)的要求。
当定时时间到时,来自74LS192的BO2=0,ST=1,74LS148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(3)的要求。
图3.4.2.1时序控制电路
2)报警控制电路
由74LS121组成,根据上对报警的要求以及74LS121的功能表,可得到如下电路原理图。
其中当S=0时,由于BO2和ZYEX都为1,所以在S的正跳沿产生时,不会产生触发,所以使用了门电路与ZYEX配合,当电路开始置数为30时,令ZYEX′=O,就可以产生触发,从而实现上
述的功能。
表3.4.2.2集成单稳态触发器7421功能表
图3.4.2.2报警控制电路
致谢
本论文从选题到完成,每一步都是在老师的指导下完成的,倾注了老师的大量心血。
在此,谨向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢!
在此表示深深的敬意与感谢。
并对多年来教导关心过我的老师表示深深的谢意和敬意!
这次设计,让我受益匪浅,我要感谢本班及寝室的亲爱的同学在设计期间给我的无私热心帮助。
参考文献
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高等教育出版社,2005
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附录
智力竞赛抢答器总电路