四路抢答器课程设计

河南城建学院抢答器课程设计任务书班级：0912131专业：电气工程及其自动化课程名称：电子技术课程设计指导教师：姓名：田**电气与信息工程学院2014年6月1目录摘要..................................................................................................................................................2一.设计目的和要求.........................................................................................................................31、设计目的.............................................................................................................................32、设计要求.............................................................................................................................3二.前言.............................................................................................................................................4三.功能介绍.....................................................................................................................................5四.总方案设计.................................................................................................................................6五.具体电路设计.............................................................................................................................75.1主电路设计........................................................................................................................75.2设计所需的元件................................................................................................................8六.设计原理.....................................................................................................................................9七.主要芯片介绍...........................................................................................................................107.174LS175四d触发器...................................................................................................107.274LS204输入双与非门............................................................................................107.374LS002输入四与非门............................................................................................11八.四人抢答器仿真.......................................................................................................................12九.结束语.......................................................................................................................................13十.参考文献...................................................................................................................................142摘要：实现抢答器功能的方式有多种，采用模拟、数字电路或模拟混合电路，可以实现多路抢答器的功能。现介绍的是用数字电路设计的四路抢答器，以74LS175、74LS00、74LS20为核心，具有反应快、功能齐全、实用性强的特点。关键词：抢答器；电路；仿真；设计3一.设计目的和要求1、设计目的本课程设计是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。2、设计要求其它信号，直到主持人再次清除信号为止。1、四组参赛者进行抢答，当抢答组按下抢答按钮时，抢答器能准确的判断出抢答者。2、抢答器应具有互锁功能，即某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。3、抢答器应具有限时功能，即限制抢答时间、答题时间等，要求显示时间数据。4、系统具有一个总的复位开关。4二.前言在日常生活中各种竞赛场合经常要用到抢答器，在电视台和娱乐场所等大型场合中的智力抢答更是不可缺的系统，其利用的是大型显示屏显示数字。抢答器不但在以上场合取到很大的作用，而且在现代制造业中也有很重要的作用。现代电子技术的飞跃发展，各类智能化产品相应而出，抢答器也不例外；数字电路具有电路简单、可靠性高、成本低等优点，本设计就以数字电路为核心设计四位抢答器。而本次课程设计技术目标与要求是设计四路的抢答器，附有简单的抢答功能，不仅可以用于比赛，娱乐抢答，知识竞赛等活动，也可以用于各类需要竞争的场合，抢答器的运用非常附有人性化，应用非常广泛。5三.功能介绍1、抢答器最多可供4名选手参赛，编号为1-4号，各队分别用一个按钮（分别为S2—S5）控制，并设置一个系统清零和抢答控制开关S1，该开关由主持人控制。2、抢答器具有数据锁存功能，并将锁存数据用LED数码管显示出来，直到主持人清零。3、开关S1作为清零及抢答控制开关（由主持人控制），当开关S1被按下时抢答电路清零，当开关S1松开时则允许抢答。输入抢答信号由抢答按钮开关S2—S5实现。4、有抢答信号输入（开关S2—S5中的任意一个开关被按下）时，并显示相对应的组别号码。此时再按其他任何一个抢答器开关均无效，指示灯依旧“保持”第一个开关按下时所对应的状态不变。6四.总方案设计如图1所示为设计方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灯灭，主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示。当一轮抢答之后，禁止二次抢答。如果再次抢答必须由主持人再操作“清除”和“开始”状态开关。抢答锁存电路译码电路显示器按钮主持人控控制电路制开关图1总设计方框图7五.具体电路设计5.1主电路设计主设计电路如图2，电路选用74LS175、74LS00、74LS20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，并锁存抢答者的编号，同时在显示管显示；而是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S1按下时，电路断开输入端为零，开关S1闭合时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答器按键按下时（如按下S2），74LS175的输出镜RS锁存后，CTR=1，RBO（口4）=1，七段显示路74LS175处于工作状态，4Q3Q2Q=010，经译码显示为“2”。此外，CTR=1,使74LS175其他工作端等于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，74LS175的此时由于仍为CTR=1，使优先编码工作标志端为1，所以74LS175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。如果再次抢答需要主持人将S1开关重新按下然后才能进行。具体的电路连线如图2图2主电路图85.2设计所需的元件74LS1759（四d触发器）------------------------------------1个；74LS20（4输入双与非门）------------------------------------1个；74LS00（数据选择器）------------------------------------1个；导线若干9六.设计原理设计的电路中74LS175为一四路的锁存器，当CLK引脚输入上升沿时，D1-D4被锁存到输出端（Q1-Q4）。在CLK其他状态时，输出与输入无关。其异步复位端为低电平时，Q1-Q4输出为低，/Q1-/Q4输出为高。电路上电后，按下复位按键，/Q1-/Q4输出高电平，与之相连接的指示用的四个LED全熄灭。同时用它们作为输入的与非门U1A输出为低电平。电路进入准备状态。这时，假设有按键S2被按下，与非门U1B的输出将由低变成高电平，形成一个上升沿经过两个非门的延迟后作为175CLK的输入。CLK得到上升沿后会将D1上的数据锁存，这时由于S2是按下的，D1上应为高电平，故175的/Q1输出为低电平。对应得LED被点亮，同时与非门U1A的输出也变为高电平。它为高电平后，按键的两端都为高电平，故按下除复位之外的任何的按键都将不会发生电路状态的变化，即输入被锁定。达到了既定的功能目标。10七.主要芯片介绍7.174LS175四d触发器74LS175为四输入八输出的D触发器，输入端口为D1、D2、D3、D4，输出端口为Q1、Q2、Q3、Q4和/Q1,/Q2,/Q3,/Q4，内部电路图为图3所示。图374LS175原理图7.274LS204输入双与非门Y=ABCDinputsoutputsABCDYXXXLHXXLXHXLXXHLXXXHHHHHL图474LS20功能表图574LS20原理图117.374LS002输入四与非门Y=ABInputsoutputsABY001011101110图674LS00功能表图774LS00原理图12八.四人抢答器仿真按照总体电路图在仿真软件Multisim上一一选择芯片进行连接，然后启动观察。为各个电阻和电容选取适当值，为各个开关