7数字八路抢答器课程设计报告

梧州学院课程设计论文（2013-2014学年下学期）课程名称数字电路论文题目八路数字智力抢答器系别信息与电子工程学院专业电子信息工程班级12电本2班学号2012001902238学生姓名王涛指导教师郑瑶完成时间2014年6月题号一、实物二、课程设计论文总分满分503020206020100评分依据电路设计电路的调试及工作情况回答问题论文规范性设计原理简述及原理图测试结果及分析得分总分=实物*50%+课程设计报告书*50%。摘要抢答器作为一种工具，已经广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。本设计以八路智力竞赛抢答器为基本概念，从实际应用出发,用数字、模拟电子器件设计具有扩充功能的抢答器。该设计数字抢答器就是利用数字电子技术实现的。主要为了实现抢答、定时、显示、报警功能。其电路由主体电路与扩展电路组成。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。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。当有选手按下按钮时，优先锁存，其他选手在按时无响应，直到主持人按下清零按钮之后，才能开始下一轮的抢答。比较实用。该数字抢答器可以广泛应用于各种竞赛，确保竞赛的准确，公平。该数字抢答器虽然可以用单片机程序来完成，但繁琐和代价高。而用集成电路设计制作抢答器：方便，价格便宜，还易于扩展。关键字：编码，译码，555定时器，抢答器目录第一章引言...............................................错误!未定义书签。1.1设计要求...........................................错误!未定义书签。1.2系统概述...........................................错误!未定义书签。第二章设计方案分析与论证.................................错误!未定义书签。第三章单元电路设计.......................................错误!未定义书签。第四章智能抢答器实物制作.................................错误!未定义书签。第五章测试结果分析与设计体会.............................错误!未定义书签。参考文献附录元器件清单第一章引言1.1设计要求1．设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，8个抢答按钮分别用编号S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7来表示。2．设置一个控制开关S，由节目主持人控制系统的清零和抢答的开始。3．抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示相应编号，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。4．抢答器具有定时抢答的功能，一次抢答的时间可以由主持人设定（设为15s）。当节目支持人按下“开始”按钮后，定时器进行倒计时，并在显示器上显示，同时扬声器发出短暂的声响。5．参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的时间，并保持到主持人将系统清零为止。6．如果定时时间已到，无人抢答，则本次抢答无效，系统报警，并禁止选手抢答，时间显示器上显示00。1.2系统概述总的电路设计框图如下：如设计框图所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他选手抢答无效。扩展电路完成定时抢答的功能以及报警功能。接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s），当主持人将控制开关置于“开始”时，扬声器发出声响，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能：1.基本功能：（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，用八个排在一排的开关，选手将按下开关，表明选手抢答。（2）设置一个系统清除、抢答控制和定时电路置数控制的开关，该开关由主持人控制，按下开关，为接地端，清零处理。（3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，同时发光二极管灯亮，并在七段数码管上显示选手号码。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。2.扩展功能：（1）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（30秒）。当主持人启动清零键后，定时器进行减数计时。（2）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。（3）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。第二章设计方案分析与论证2.1设计方案分析方案一：原理：在选手抢答前，“清除/起始”开关S使基本RS触发器输出端Q为0，使集成8线-3线优先编码器禁止；当主持人按下“清除/起始”开关S时，基本RS触发器输出端Q为1，与优先扩展输出端Yex共同作用，使集成8线-3线优先编码器选通输入端ST为0，允许编码，等待数据输入。此时优先按动序号的组号立即通过编码器按8421BCD码输出，经RS锁存器74LS279将该数码锁存到LED显示器上。与此同时，Yex（引脚为14）由1翻转为0，与非门G1输出为1，选通输入端ST为1，编码器被禁止。此外，在Yex由1翻转为0时，还驱动报警电路工作，发出声音。方案二：在方案一的基础上采用了74LS148优先编码器来实现抢答器的选号，采用了74LS279芯片实现对号码的锁存，采用了74LS192实现十进制的减法计数，555芯片产生秒脉冲信号来共同实现倒计时。2.2方案论证与选择方案一中，主要多了一个基本RS触发器，以及相对的74LS148引脚与74LS279之间连线的相应改变，这又涉及到之后的提高方案中的连线的改变。它有自身的优点，即基本RS触发器又相当一锁存器（74LS279），它可以对主持人的指令进行进一步的锁存，这样就可以增强它的抗干扰能力，但其线路过于复杂，另外此次实验所用的电路板对电路设计的大小要求很高，而且在布局和焊接上要越精练越好，所以它不是首选方案。而由于方案二已能满足基本设计和提高设计的要求，而且它的原理更简单易懂，直观明了，元件更少，连线更方便，焊接更可靠，且比较容易实现，所以最终选用了方案二。方案二总体仿真图如下：ABCDEFGHJKBCDEFGHJKAFILENAME:BY:DATE:PAGE:sdkcsj2_A3.DSN2011/12/21杨广D:\proteus\sdkcsj\sdkcsj2_A3.DSNPATH:1of1REV:TIME:20:47:31DESIGNTITLE:8路智力竞赛抢答器01245678901234567839+5VGNDGNDD1D2D3D4D5D6D7+5VDNDNUPPLGNDGND+5V+5VPLTCDDCLKA0A1A2PLD0D1D2D3D4D5D6D7+5VTCD4+5VPLUPTCD3TCD3TCD2TCDTCD3DCLKRBORBOA2A1A0+5VPLTCD4D0TCD2CLKCLKD11N4007R110R21k+5VLS1SOUNDERQ2PNPA7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U174LS4801011121231341526374EI5EO15A09A17A26GS14U474LS148+5VR310kR410kR510kR610kR710kR810kR910kR1010k+5VSW1SW-SPDTA7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U774LS48A7QA13B1QB12C2QC11D6QD10BI/RBO4QE9RBI5QF15LT3QG14U874LS48D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U974LS192D015Q03D11Q12D210Q26D39Q37UP5TCU12DN4TCD13PL11MR14U1074LS19210010000R4DC7Q3GND1VCC8TR2TH6CV5U11555R1115kR1268kC10.1uFC210uF1R11Q41S121S232R52Q72S63R103Q93S1113S2124R144Q134S15U674LS279123U2:A74LS00R151k123U15:A74LS08456U15:B74LS08456U2:B74LS001098U2:C74LS00131211U2:D74LS001098U12:C74LS00131211U12:D74LS00123U16:A74LS00R1410kD3LED-YELLOWR161k123U5:A74LS08123U3:A74LS00第三章单元电路设计3.1抢答电路设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的的先后，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74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能。74LS148引脚图：74LS148的功能表：图3-1抢答部分原理图此部分电路主要完成的功能是实现8路选手抢答并进行锁存，同时有相应数码显示。工作过程：当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器的R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=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0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，此时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，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的YEX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，其它按键的输入信号仍不会被接受。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，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。RS触发器功能：1.保持状态。当输入端接入S=R=1的电平时，如果基本SR触发器现态Q=1、Q=0，则触发器次态Q=1、Q=0；若基本SR触发器的现态Q=0、Q=1，则触发器次态Q=0、Q=1。即S=R=1时，触发器保持原状态不变。2.置0状态。当S=1，R=0时，如果基本SR触发器现态为Q=1、Q=0，因R=0，会使Q=1，而Q=1与S=1共同作用使Q端翻转为0；如果基本SR触发器现态为Q=0、Q=1，同理会使Q=0，Q=1。只要输入信号S=1，R=0，无论基本SR触发器的输出现态如何，均会使输出次态置为0态。3.置1状态。当S=0、R=1时，如果触发器现态为Q=0、Q=1，因S=0，会使G1的输出端次态翻转为1，而Q=1和R=1共同使G2的输出端Q=0；同理当Q=1、Q=0，也会使触发器的次态输出为Q=1、Q=0；只要S=0、R=1，无论触发器现态如何，均会将触发器置1。4.不定状态。当S=R=0时，无论触发器的原状态如何，均会使Q=1，Q=1。当脉冲去掉后，S和R同时恢复高电平后，触发器的新状态要看G1和G2两个门翻转速度快