四路定时抢答器课程设计

目录第一章设计任务及要求....................................................................................................................01.1四路抢答器摘要....................................................................................................................01.2设计任务................................................................................................................................01.3功能要求...............................................................................................................................0第二章设计思路................................................................................................................................12.1设计原理................................................................................................................................12.1.1编码器介绍.................................................................................................................12.2电路设计................................................................................................................................22.2.1抢答电路....................................................................................................................22.2.2定时电路....................................................................................................................42.2.3秒脉冲产生电路........................................................................................................72.2.4报警电路....................................................................................................................72.2.5控制电路....................................................................................................................92.2.6抢答器整体电路.......................................................................................................10第三章电路仿真..............................................................................................................................13第四章元器件介绍..........................................................................................................................154.1元器件清单.........................................................................................................................154.2元器件简介.........................................................................................................................16第五章参考资料............................................................................................................................17第一章设计任务及要求1.1四路抢答器摘要本文介绍了一种用74系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器的电路组成、设计思路及功能。该抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有定时、计时和报警功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。关键词：四路,抢答器,设计,定时，计时，报警。1.2设计任务选择适当的器件设计一个电路，使它能够实现八路定时抢答器。本次课设分基本设计和扩展设计两部分，基本设计为抢答器电路，扩展电路包括定时电路、报警电路、时序控制电路、整机电路。在完成基本设计任务的基础上，可对抢答器进行进一步的完善设计，时期抢答器的功能更具实用性。具体任务：(1)四组参赛者在进行抢答时（用四个LED数码管）代表，当抢先者按下前面的按钮时，抢答器能准确地判断出抢答者，并以声、光为标志。(2)抢答器应具有互锁功能，某组抢答后能自动封锁其他各组进行抢答。(3)抢答应具有一个总开关。(4)使抢答器具有限时（抢答时、回答问题时）功能，时间到时应发出声响，同时，时间数据要用数码管显示出来。(5)有选手抢答时时间停止，报警电路发出报警信号，以提示灯光为标志。1.3功能要求(1)设计一个智能竞赛抢答器，可同时供4名选手或4个代表队参赛，他们的标号分别是0、1、2、3、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。(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）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数码管上显示出选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此为，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。1第二章设计思路2.1设计原理2.1.1编码器介绍编码就是将某一特定的输入逻辑信号变换为二进制代码输出。或者说是是将输入的每一个高、低电位信号编成一个对应的输出代码。通俗地讲“编码”是指用若干数字或文字符号按照预先的约定（又称规定或定义）表示特定对象的过程。编码和译码在数字技术中是一种常用的方法，通过编码和译码可解决家电、工业和工程上的许多问题，这是人们必须掌握的数字电路技术。原理图如图1原理框图该方案是将抢答按钮先直接与锁存器而不是优先编码器相连，将最先抢答的选手的编号锁定，再依次经过优先编码器、译码电路和译码显示电路，最后显示的是抢答选手的编号，经过优先编码器后的信号到单稳态触发器，单稳态触发器又与报警电路直接连接，所以当有选手抢答时同时实现编号显示和报警提示。另外由主持人控制开关和其他部分电路通过门电路实现对抢答电路、定时电路和报警分电路的控制。八D锁存器优先编码器译码电路译码显示抢答按钮脉冲产生电路主持人控制开关定时电路译码电路显示电路集成单稳态触发器报警电路22.2电路设计2.2.1抢答电路该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存电平信号，并通过译码显示电路显示编号；二是使其他选手的抢答信号处于无效状态。该电路主要由八D锁存器74LS373、优先编码器74LS148七段译码器74LS48、74LS04、和七段数码显示管组成。首先介绍主要芯片的逻辑功能。74LS373是常用的八D锁存器，它的引脚图如图1所示，功能表如图3所示。图274LS373引脚图图374LS373功能表由功能表可以看出，74LS373只有当OE=0时才能完成数据传输或锁存功能，当OE=0且LE=1时，74LS373输出随输入一起改变，当OE=0且LE=0时，74LS373将LE发生正跳变前芯片的输出锁存。74LS148是有八个输入端，三个输出端的优先编码器，它的功能是判断抢答选手的编号，并对编号进行编码。它的引脚图如图4所示，功能表如图5所示。3图474LS148引脚图图574LS148功能表七段显示译码器74LS48输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。引脚图如图6所示。图674LS48引脚图BI/RBO为消隐输入端（低电平有效）/脉冲消隐输出端（低电平有效），LT为灯测试输入端（低电平有效），RBI为脉冲消隐输入端（低电平有效），当BI=0时，a～g全为0.数码管显示全灭。4根据各芯片功能，画出抢答电路，如图7所示。图7抢答电路抢答电路的工作原理：一开始，主持人开关置于0，74LS373处于锁存状态，任何选手抢答都去无效。此时74LS148的GS=1，EO=0，数码管灯全灭。当主持人宣布开始抢答，开关置于1，74LS373处于等待状态，当任意一个选手按下抢答按钮后，73LS373开始工作，与输入端对应的输出端为低电平，低电平经过74LS148编码后输出的是一组与输入对应的三位二进制数，反相后经过译码显示电路将对应的编号显示出来。编码器74LS148工作时输出使能端EO为高电平，将其与开关信号一起经过异或门接入再经过与门接LE端，此时由于EO与开关信号同为高电平，因此使LE=0，再次将74LS373锁存，即使其他选手再按动按钮，也不会再有输出。这样，一轮抢答完成，当主持人将开关置于0时，74LS373输出全为1，EO=0，使数码管灯全灭，并且74LS373进入锁存状态。等待下一轮抢答的开始。2.2.2定时电路本电路要求具有定时抢答功能，并且定时时间由主持人设定，因此要设设计定时电路。该部分主要由5555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。74LS192是具有置数和清零功能的同步十进制减计数器，其引脚图和功能表分别如图8和图9所示。图874LS192引脚图图974LS192功能表另外，P0，P1，P2，P3为预置数输入端，Q0，Q1，Q2，Q3为计数数据输出端，DTC为借位输出端（低电平有效），UTC为进位输出端（低电平有效）。555定时器是一种集模拟、数字于一体的中规模集成单路，其应用极为广泛。其引脚图如图10所示。6图10NE