四路八路路智能抢答器设计.docx

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四路八路路智能抢答器设计

1方案论证：

方案1：

1）10秒定时器：

可由一片74LS161来实现。

当74LS161输出为1010时通过与非门将脉冲信号截止，显示器停留在10上。

2）抢答器部分：

由4位选手的开关及自己根据实际情况用与非门连接成的简单译码器，输出接七段译码器，七段译码器接数字显示器。

抢答成功的选手对应的灯亮且数字显示其编号。

3）时基脉冲选用实验室提供的信号发生器。

4）报警部分：

当计时器计到10时，输出一个高电平使二极管发光且发出报警声。

方案2：

1）10秒定时器：

可由两片74LS192构成。

当第一片为零即输出1001时通过74LS20将脉冲信号截止，使其显示为00。

2）抢答器部分：

由一74LS148优先编码器实现抢答功能，用74LS279将选手代码锁存直到主持人清零为止，然后用7段译码器显示选手代码。

3）脉冲产生电路可由一74LS121来产生，提供给定时电路及声响电路。

4）报警部分：

由一NE555定时器来控制，当倒计时为零时产生报警声响。

经过研究论证本人决定采用第二种方案，因为它对我们比较适用，大部分元器件我们已经学过，并且原理相对简单，现在应用到设计中会提高我们对这些元件的记忆，加深对他们的了解。

2元件清单：

序号

名称

型号

数量

备注

1

七段译码器

74LS48

3

---

2

十进制加减计数器

74LS192

2

---

3

555定时器

CB555

2

---

4

优先编码器

74HC148

1

---

5

单稳态触发器

74LS121

1

---

6

RS锁存器

74LS279

1

可由四个RS触发器构成

7

与非门

74LS20

1

每个芯片有4个两输入端的与非门

8

与非门

74LS03

1

每个芯片有4个三输入端的与非门

9

反向器

74LS04

1

每个芯片有6个非门

10

三极管

SDG130

1

---

11

电阻

ROHM

1

100KΩ

12

电阻

ROHM

2

15KΩ

13

电阻

ROHM

9

10KΩ

14

电阻

ROHM

2

68KΩ

15

电阻

ROHM

2

1KΩ

16

电阻

ROHM

3

510Ω

17

电容

16CE470AX

1

100uF

18

电容

16CE470AX

2

10uF

19

电容

16CE470AX

1

0.01uF

20

扬声器

SP10

1

---

21

开关

AZD1169

5

---

22

共阴极显示器

3

---

23

发光二极管

A694B

2

---

3原理及技术指标:

3.1定时抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。

（1）主体电路:

完成基本抢答后，选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时封锁输入电路，禁止其他选手抢答

（2）扩展电路：

完成定时抢答的功能

图1.定时抢答器总体框图

图1所示的定时抢答器的工作过程是：

当接通电源时，由赛场主持人把开关置于“清除”位置，使智能抢答器处于禁止工作的状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间10秒，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”的位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时开始。

当定时时间到后，如果没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止所有选手进行超时抢答。

当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器会完成以下四项工作：

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其编号；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。

当选手回答问题完毕时，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。

3.274LS148功能介绍：

74LS148是一个八线-三线优先级编码器。

在优先编码器电路中，允许同时输入两个以上编码信号。

不过在设计优先编码器时，已经将所有的输入信号按优先顺序排了队。

在同时存在两个或两个以上输入信号时，优先编码器只按优先级高的输入信号编码，优先级低的信号则不起作用。

引脚图如图3-1，功能表如表3-1。

EI

I0

I1

I2

I3

I4

I3

I4

I7

A2

A1

A0

GS

EO

1

x

x

x

x

x

x

x

x

1

1

1

1

1

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

0

x

x

x

x

x

x

x

0

0

0

0

0

1

0

x

x

x

x

x

x

0

1

0

0

1

1

0

0

x

x

x

x

x

0

1

1

0

1

0

1

0

0

x

x

x

x

0

1

1

1

0

1

1

1

0

0

x

x

x

0

1

1

1

1

1

0

0

1

0

0

x

x

0

1

1

1

1

1

1

0

1

1

0

0

x

0

1

1

1

1

1

1

1

1

0

1

0

0

0

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

1

0

表3-1

图3-1

3.374LS192功能介绍：

74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。

CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。

LD为预置输入控制端，异步预置。

CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。

CO为进位输出：

1001状态后负脉冲输出。

BO为借位输出：

0000状态后负脉冲输出。

引脚图，管脚图如图3-2功能表如表3-2

图3-2

表3-2

4单元电路设计及参数计算：

4.1抢答电路设计:

工作过程：

开关S置于"清除"端时，RS触发器的R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）＝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，CTR=1,RBO（图中4端）=1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。

此外，CTR＝1，使74LS148优先编码工作标志端（图中5号端）＝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CTR＝1，使优先编码工作标志端为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。

如果有再次抢答，需要主持人将S开关重新置“清除”位置然后才可能进行。

4.2定时时间电路设计：

原理及设计：

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。

具体电路如图3所示。

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的预置数控制端实现预置数，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。

4.3控制电路和报警电路：

由555芯片构成多谐振荡电路,555的输出信号再经三极管放大,从而推动扬声器发声。

控制电路包括时序和报警两个电路,如图所示。

控制电路需具有以下几个功能。

主持人闭合开关扬声器发声,多路抢答器电路和计时电路进入正常状态;参赛者按键时,扬声器发声,抢答电路和计时电路停止工作;抢答时间到,无人抢答,扬声器发声,抢答电路和计时电路停止工作。

由功能表可以看出，要使电路实现倒计时（减法）功能，应使CR=0，PE非=1，CP+=1，CP-=CP。

可用CR端接电平开关来控制计时器的工作与否。

声响显示电路需要在两种情况下做出反应：

一种是当有参赛者按下抢答开关时，相应电路的发光二极管亮，同时推动输出级的蜂鸣器发出声响；第二种情况是当裁判员给出“请回答”指令后，计时器开始倒计时，若回答问题时间到达限定的时间，蜂鸣器发出声响。

声响电路由两部分组成：

一是由门电路组成的控制电路，二是三极管驱动电路。

门控电路主要由或门组成，它的两个输入，一个来自抢答电路各触发器输出Q非的与非，他说明只要有一Q非为低电平，就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣发生器；另一个来自计时系统高位计数器的借位信号QB，它说明计时电路在10秒向9秒，8秒，……2秒，1秒，0秒倒计时再向10秒转化时向高位借位时给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。

这个高电平信号也能使蜂鸣器发声。

图4-3-1报警电路

图4-3-2时序控制电路

4.4振荡电路:

本系统需要产生三种频率的脉冲信号，一种是频率为1KHZ的脉冲信号，用于声响电路；一种是频率为500KHZ的脉冲信号，用于触发器的CP信号。

第三中频率为1HZ信号用于计时电路。

以上电路可用555定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频得到。

图4-4振荡电路

5仿真电路图

5.1抢答器仿真电路图

图5-1.抢答器仿真电路图

5.2定时器仿真电路图

图5-2.定时时间仿真电路图

5.3报警器仿真电路图

图5-3.报警电路仿真电路图

5.4总体电路仿真电路图

图5-4总体电路图

6.设计总结

6.1思路总结

①数字抢答器有主体电路与扩展电路组成。

②优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出；用控制电路和主持人开关启动报警电路，以上两部分组成主体电路。

③通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能，构成扩展电路。

④经过仿真，数字抢答器成形。

6.2个人体会

经过了一个多星期的查阅资料及理论分析，终于完成了课程设计的仿真和论文完成了。

通过这次设计，自身的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。

同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，我学到许多在书本上没有的知识，也认识到理论联系实践的重要。

最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真理。

在制作当中遇到了许多以前没遇到的困难。

我们利用许多的方法去解决所遇到的问题。

制作好以后，虽然基本符合设计要求。

在仿真的阶段遇到了很多的问题例如，由于软件的局限在仿真时候没有完成整体电路的调试。

参考文献

【1】阎石.数字电子技术基础【M】.第五版.北京：

高等教育出版社，2006.

【2】康光华.电子技术基础（数字部分）【M】.第五版.北京：

高等教育出版社，2000.

【3】任为民.数字电子电路学习和实验指导【M】.北京：

广播电视大学出版社，1992.

【4】韩焱.数字电子技术基础【M】.北京；电子工业出版社，2009.

【5】罗会昌.电工电子技术实验与课程设计[M]华中科技大学出版社，2001.