多路智能竞赛抢答器设计.docx

多路智能竞赛抢答器设计.docx

《多路智能竞赛抢答器设计.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《多路智能竞赛抢答器设计.docx（25页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

多路智能竞赛抢答器设计

课程设计任务书

学生姓名：

专业班级：

指导教师：

工作单位：

题目:

多路智能竞赛抢答器设计

初始条件：

优先编码器74LS148

RS锁存器74LS279

显示译码器74LS47

定时芯片555

计数器74LS19274LS90

与门74LS08

或门74LS32

与非门74LS00

七段数码管、蜂鸣器、电容电阻若干

要求完成的主要任务:

1.基本功能

①设计一个智力竞赛抢答器，可以同时供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）和抢答的开始。

③抢答器具有数据锁存和显示功能。

抢答开始，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。

此外要封存输入电路，禁止其他选手抢答。

优先抢答选手的编号一直保持到系统清零为止。

2.扩展功能

①抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定，档节目主持人按下“开始”按钮后，要求定时器立即倒计时，并在显示器上显示，同时扬声器发出短暂声响，声响持续0.5S左右。

②参赛选手在设定的时间内抢答，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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

③如果定时抢答时间已到，去没有选手抢答，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封存输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。

时间安排：

7.4：

理论设计

7.5～7.6：

安装调试或仿真

7.7：

撰写报告

7.9：

答辩

指导教师签名：

2011年7月1日

系主任签名：

2011年7月1日

目录

1.多路智能竞赛抢答器原理与设计1

1.1抢答器原理1

1.2总体方案设计1

1.3电路原理设计2

1.3.1八路抢答电路设计2

1.3.2定时电路设计5

2.Multisim仿真与制作12

2.1抢答仿真12

2.2定时抢答仿真14

2.3仿真结果分析16

2.4总电路图17

3.结与体会18

4.元件清单19

参考文献20

1.多路智能竞赛抢答器原理与设计

1.1抢答器原理

抢答器基本原理框图如下图1-1所示：

抢答者按下抢答按钮后，启动锁存电路，锁存最先抢答者抢答成功的状态，并阻止其他选手的抢答。

译码显示电路将抢答的结果译码显示出来。

清零按钮按下后，电路复位回初始状态后，可以进行下一轮的抢答。

1.2总体方案设计

第一种方案：

第一种方案流程图如下图1-2所示：

抢答按钮连接控制电路，抢答开始，有选手按下抢答按钮后，控制电路是锁存器锁存各个抢答路的电平高低，从而锁存了第一位抢答者的抢答信号，同时切断其他抢答者的抢答信号，阻止其他选手的抢答。

编码器将抢答结果译成二进制数送给下一级译码显示电路，译码显示电路显示抢答成功者的号码。

声响电路可以发出提醒声响，定时电路有定时抢答功能，并能显示倒计时的时间。

该方案满足设计的功能要求，但是用锁存器锁存抢答结果这一思路有缺陷，就是可能有两个选手抢答时间间隔很小，两路的抢答信号同时锁存了起来，导致编码器编码出错，下一级译码显示电路不能显示抢答结果。

第二种方案：

第一种方案流程图如下图1-3所示：

第二种方案的原理和第一种方案基本一样，只是在第一种方案上做了改进，在锁存器和抢答按钮之间增加了优先编码器，避免了多路的抢答信号同时被锁存，编码器编码出错，下一级译码显示电路不能显示抢答结果的情况。

综合两种方案，故选择第二种方案。

1.3电路原理设计

1.3.1八路抢答电路设计

该部分用到的芯片有74LS47、74LS279、74LS148，其引脚图和逻辑图如下：

74LS47的电路符号和引脚图如下图1-4：

74LS47的逻辑图如下图1-5：

图1-5

74LS279的引脚图和逻辑图如下图1-6：

74LS148的引脚图如下图1-7：

图1-7

74LS148的逻辑图如下图1-8：

电路原理图如下图1-9：

电路抢答部分选用优先编码器74LS148和锁存器74LS297来完成。

该电路主要完成两个功能：

一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。

工作过程：

开关S置于“断开”时，RS触发器的R端均置0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端引脚5电平为0，使之处于工作状态。

当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，2Q2=1，BI/RBO=1，七段显示电路74LS48处于工作状态，DCBA=0101，经译码显示为“5”。

此外，2Q2＝1，使74LS148优先编码引脚5工作标志端EI＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。

当按键松开即按下时，74LS148的此时由于仍为2Q2＝1，使优先编码工作标志端引脚5电平为1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。

如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。

图1-9

1.3.2定时电路设计

该部分用到的芯片除74LS47外、还用到74LS192、74LS90、LM555。

74LS192引脚图如下图1-10：

74LS192的逻辑图如下图1-11：

74LS90的引脚图和逻辑图如下图1-12：

定时芯片LM555引脚图如下图1-13：

图1-13

另外用到的或门芯片74LS32，或门芯片74LS08，或非门芯片74LS00引脚图如下：

秒脉冲的产生电路如图1-17所示，由LM555构成的多谐振荡器构成。

脉冲频率计算：

如右边电路图，R15=10k，

R16=68k，C1=10uF，

f=1/0.7×（10k+2×68k）×10×10-6≈1S。

周期1S的时钟脉冲经右图的U12A（74LS00）和U12D（74LS00）送到74LS192的4引脚（DOWN），使74LS192减计数，达到倒计时的效果。

U12A（74LS00）或非门的另一个输入端接秒十位74LS192的13引脚（BO）。

如果定时抢答时间已到而没有选手抢答，13引脚（BO）输出低电平，LM555的时钟脉冲不能通过U12A（74LS00），74LS192由于没有时钟脉冲输入，停止减计数，时间显示静止不动。

如果中途有选手抢答，U2B（74LS279）的13引脚（2Q2）输出高电平，经U12C（74LS00）反向成低电平0输入U12D（74LS00）的其中一端，使时钟脉冲不能通过U12D（74LS00），74LS192由于没有时钟脉冲输入，停止减计数，时间显示静止不动。

本设计增加了可设定定时长短的电路，由两片74LS90构成的加计数器，电路如下图1-18。

.

图1-18

J10为清零按钮，按下后74LS90的R01、R02、R91、R92置低电平，两个74LS90清零。

J1为加时间按钮，按下后给U14（74LS90）的14引脚（INA）下降沿，计数加一。

此时支持人的S1处于停止状态，U19和U10的11引脚（LOAD）为低电平，QA~QD分别等于U13和U14的QA~QD，数码管显示的是正在设定的时间是多少。

S1拨到开始状态后，LOAD置高电平，U9和U10从开始前显示的时间开始倒计时。

S1再次拨到停止位时，时间复位到原来设定的时间数。

定时电路总的电路图如下图1-19所示：

图1-19

该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。

两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。

74192的预置数由两个74LS90构成的计数器实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，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。

按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。

声响电路如下图1-20所示，主要由单稳态触发器SN74121和蜂鸣器组成。

蜂鸣器接上电源就能发出声音，相比于使用扬声器而言，省去了音频振荡电路，使电路更加简单可靠。

其中R18=100K、C15=10uF，单稳态触发器触发后的暂态持续时间大约是0.5S，也就是蜂鸣器持续发出声响时间是0.5S。

SN74121引脚图和逻辑图如下图1-21：

图1-21

SN74121的5引脚（B）接S1的一端，当S1拨向开始后，5引脚（B）电平变高电平，有一个上升沿，触发器触发，蜂鸣器发出声响。

U18A（74LS08）输出端接SN74121的3引脚（A1），输入端接U3（74LS148）的14引脚（GS），抢答开始后，SN74121的5引脚（B），4引脚（A2）为高电平，当有选手按下按钮后，U3（74LS148）的14引脚（GS）输出一个负脉冲，触发器触发，蜂鸣器发出声响。

与门U18A（74LS08）起到时延的作用，保证电路的时序的正确性，使电路能正常工作。

SN74121的4引脚（A2）接秒十位的74LS192的13引脚（BO），没有选手抢答时，当定时抢答时间到时，SN74121的5引脚（B），3引脚（A1）为高电平，秒十位的74LS192的13引脚（BO）输出低电平，使SN74121的4引脚（A2）有一个下降沿，触发器触发，蜂鸣器发出声响。

电路图中的DCD_BARGRAPH作用是仿真时能看到蜂鸣器两端电压的高低，用于辨别蜂鸣器是否发出声音。

抢答器用的是七段共阳的数码管，其原理图和引脚图如下图1-22：

图1-22

2Multisim仿真与制作

2.1抢答仿真

1.主持人开关S1置于停止位时，按下其中一个抢答按钮。

效果截图如下图2-1：

可以看到支持人把S1停止位，选手抢答无效，数码管保持灭灯。

2.主持人开关S1置于开始位后，先按下其中一个抢答按钮J2，随后按下另外任一抢答按钮。

效果截图如下图2-2：

图2-2

数码管显示“2”，按下另一抢答按钮后，数码管示数不变，具有禁止其他选手抢答的功能。

DCD_BARGRAPH亮，说明抢答成功后有声响提示，提示时间约0.5S。

3.主持人开关S1置于开始位后，先按下其中一个抢答按钮J5，随后按下另外任一抢答按钮。

效果截图如下图2-3：

图2-3

数码管显示“5”，按下另一抢答按钮后，数码管示数不变，具有禁止其他选手抢答的功能。

DCD_BARGRAPH亮，说明抢答成功后有声响提示，提示时间约0.5S。

4.主持人开关S1置于开始位后，先按下其中一个抢答按钮J7，随后按下另外任一抢答按钮。

效果截图如下图2-4：

图2-4

数码管显示“7”，按下另一抢答按钮后，数码管示数不变，具有禁止其他选手抢答的功能。

DCD_BARGRAPH亮，说明抢答成功后有声响