多路智能竞赛抢答器设计Word文档下载推荐.docx

1、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 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。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。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

2、。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 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。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。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7.57.6：安装调试或仿真7.7： 撰写报告7.9： 答辩指导教师签名： 2011

3、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 11.1抢答器原理 11.2总体方案设计 11.3电路原理设计 21.3.1 八路抢答电路设计 21.3.2定时电路设计 52. Multisim仿真与制作 122.1抢答仿真 122.2定时抢答仿真 142.3仿真结果分析 162.4总电路图 173. 结与体会 184.元件清单 19参考文献 201. 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

4、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

5、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1-574LS279的引脚图和逻辑图如下图1-6

6、：74LS148的引脚图如下图1-7： 图 1-774LS148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），74L

7、S148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，2Q21，使74LS148 优先编码引脚5工作标志端EI，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2Q21，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1-91.3.2定时电路设计该部分用到的芯片除74LS47外、还用到74LS192、74LS90、LM555。7

8、4LS192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+268k）1010-61S。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

9、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

10、构成的加计数器，电路如下图1-18。. 图 1-18J10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，QAQD分别等于U13和U14的QAQD，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

11、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

12、，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 1-21SN74121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（

13、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

14、_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 1-222 Multisim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。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