数电八路抢答器设计报告

华南农业大学珠江学院第三届电子设计大赛报告I八路抢答器设计报告摘要本文介绍了用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，抢答电路数码管上显示选手编号，蜂鸣器发生报警，二极管发光，定时电路显示倒计时时间。若在规定的时间内无人抢答，定是电路显示00，同时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:74系列，八路,抢答器,设计,定时，报警华南农业大学珠江学院第三届电子设计大赛报告II目录摘要……………………………………………………………………………………………….I1.数字电路八路抢答器原理图设计…………………………………………………………….11.1设计任务及系统功能简介…………………………………………………………………11.2总体方框图…………………………………………………………………………………11.3单元电路设计………………………………………………………………………………21.3.1抢答电路设计………………………………………………………………………………….21.3.2定时电路设计…………………………………………………………………………………41.3.3秒脉冲产生电路……………………………………………………………………………....51.3.4时序控制电路设计…………………………………………………………………………....51.3.5总电路设计……………………………………………………………………………………..61.4主要芯片介绍………………………………………………………………………………81.4.174LS148………………………………………………………………………………………...81.4.274LS74…………………………………………………………………………………………..91.4.374LS48…………………………………………………………………………………………101.4.474LS192………………………………………………………………………………………..111.4.574LS00…………………………………………………………………………………………121.4.674LS08…………………………………………………………………………………………122.电路仿真……………………………………………………………………………………….132.1软件仿真…………………………………………………………………………………..132.1.1抢答电路的仿真…………………………………………………………………………….132.1.2定时电路的仿真…………………………………………………………………………….142.1.3秒脉冲电路的仿真…………………………………………………………………………142.1.4总电路的仿真……………………………………………………………………………….152.2硬件仿真………………………………………………………………………………….152.3仿真出现的问题………………………………………………………………………….162.3.1软件仿真中出现的问题…………………………………………………………………...162.3.2硬件仿真中出现的问题…………………………………………………………………...163.焊接…………………………………………………………………………………………….173.1焊接工具…………………………………………………………………………………..173.2焊接中出现的问题………………………………………………………………………..174.设计总结……………………………………………………………………………………….175.参考文献……………………………………………………………………………………….18华南农业大学珠江学院第三届电子设计大赛报告11.数字电路八路抢答器原理图设计1.1设计任务及系统功能简介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。1.2总体方框图如图1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关按到清零状态后的一瞬间，抢答器处于禁止状态，数码显示管处于熄灭状态，同时发光二极管灯不亮，定时器显示设定时间；在这之后，定时器开始倒计时，选手在规定时间内抢答时，抢答器将完成优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止，显示剩余时间，编码器被锁存，禁止下一位抢答。如果需要次抢答必须由主持人再次操作清零开关。华南农业大学珠江学院第三届电子设计大赛报告2图1抢答器总体框图1.3单元电路设计1.3.1抢答电路设计设计电路如图2所示，电路选用优先编码器74LS148、边沿D触发器74LS74和七段译码器74LS48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（显示电路采用共阴极七段数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：主持人按下开关S8清零时，D触发器的直接复位端接收低电平有效，74LS148的BI/RBO=0,显示器灭灯，74LS148的选通输入端EI=0,74LS148处于工作状态。当主持人开关松开后优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7~I0输入信号，当有选手将按钮按下时（如按下S5）,74LS148的输出Y2Y1Y0=010,YGS=0,经过74LS74后，CTR=1，BI/RBO=1，74LS74处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经74LS48译码后，显示器上显示出“5”。此外，CTR=1,使74LS148的EI为高电华南农业大学珠江学院第三届电子设计大赛报告3平，74LS148处于禁止工作状态，封锁其他按钮的输入。当选手按下的按钮松开后，74LS148上的YGS为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按钮的输入信号不会被接收。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为题后，主持人只需再次按下清除按钮，便可以进行下轮抢答。图2抢答电路华南农业大学珠江学院第三届电子设计大赛报告41.3.2定时电路设计图3定时电路图3可预置时间的定时电路原理及设计：该电路由十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路,74LS48译码电路和共阴极七段数码显示管即相关电路组成。具体电路如图4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。74LS192的预置数控制端实现预置，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。主持人按下清零开关进行预置数，松开开关将开始计时，并通过译码电路将时间显示在共阴极七段数码显示管上，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，2BO输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警。华南农业大学珠江学院第三届电子设计大赛报告51.3.3秒脉冲产生电路用NE555外接一些电阻，电容产生秒脉冲，电路图如图4所示：图4秒脉冲产生电路1.3.4时序控制电路设计时序控制电路是抢答器的关键，它要完成以下三项功能：1主持人将按下控制开关时，EI端为0,抢答和定时电路进入正常工作状态；2当参赛选手按动抢答器开关时，抢答电路和定时电路停止工作；3当设定的抢答时间到，但无人抢答时，抢答电路和定时电路停止工作。根据上面的功效，设计出如图5所示的控制电路。华南农业大学珠江学院第三届电子设计大赛报告6564U12BDM74LS00N8910U12CDM74LS00N456U11BDM74LS08N8910U11CDM74LS08NCTRTCDCPEICPD123U12ADM74LS00N123U11ADM74LS08NRSTTCDGS主持人开关（a）（b）图5时序控制电路（a）抢答与定时电路的时序控制电路（b）报警电路的时序控制电路1.3.5总电路设计将抢答电路，定时电路，秒脉冲产生电路，报警电路，外加控制电路，得到八路抢答器的总原理图，如图6所示。华南农业大学珠江学院第三届电子设计大赛报告7S4S3S2S0S8S7S6S5S1R210KR310KR410KR510KR610KR710KR810KR910KVCCGNDR110KVCCGNDR10510D2GNDBI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8U2DM74LS48NGNDVCCVCCGNDP11Q12Q03DWN4UP5Q26Q37GND8P39P210LD11TCU12TCD13RST14P015VCC16U8DM74LS192N(1)P11Q12Q03DWN4UP5Q26Q37GND8P39P210LD11TCU12TCD13RST14P015VCC16U9DM74LS192N(0)BI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8U6DM74LS48NBI/RBO4RBI5LT3A07A11A22A36a13b12c11d10e9f15g14VCC16GND8U7DM74LS48NGNDVCCVCCGNDVCCVCCGNDGNDGNDGNDVCCVCCVCCGNDR1420KR15100KC110uFGNDC70.1uFVCCR111KR1220KVCCC2473C50.1GNDLS1蜂鸣器GND564U12BDM74LS00N8910U12CDM74LS00N123U12ADM74LS00NR131KD1123U11ADM74LS08N456U11BDM74LS08N8910U11CDM74LS08NVCCGNDGNDf9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8DS1DpyBlue-CCf9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8DS3DpyBlue-CCf9g10e1d2K3c4DP5b6a7K8DS2DpyBlue-CCVCCVCCC40.01uFC3100uFGNDGNDGNDGNDGNDI010I111I212I313I41I52I63I74EI5EO15GS14A09A17A26VCC16GND8U5SN74LS148NTRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U10LM555CJTRIG2OUT3RST4CVOLT5THR6DISC7VCC8GND1U1LM555CJGND+4CLK3D21Q5Q6CLRPRU3ADM74LS74AN10CLK11D1213Q9Q8CLRPRU3BDM74LS74AN4CLK3D21Q5Q6CLRPRU4ADM74LS74AN10CLK11D1213Q9Q8CLRPRU4BDM74LS74ANGNDGND图6八路抢答器总电路华南农业大学珠江学院第三届电子设计大赛报告81.4主要芯片介绍1.4.174LS14