数电课程设计抢答器

武汉理工大学《数字电路》课程设计说明书目录引言...........................................................................................................................................11功能要求......................................................................................................................................12系统框图及原理简述..............................................................................................................12.1抢答器组成总框图.......................................................................................................12.2抢答器组成具体框图..................................................................................................22.3原理简述..........................................................................................................................33元器件介绍.................................................................................................................................43.1优先编码器74LS148.................................................................................................43.2译码器及应用.................................................................................................................53.3计数器...............................................................................................................................73.4555定时器................................................................................................................114单元电路设计..........................................................................................................................124.1抢答电路.......................................................................................................................124.2定时电路.......................................................................................................................134.3报警电路.......................................................................................................................144.4时序控制电路..............................................................................................................155系统仿真与调试.....................................................................................................................16武汉理工大学《数字电路》课程设计说明书5.1WEB5.5仿真波形...................................................................................................165.2Proteus功能仿真....................................................................................................185.3单元电路调试..............................................................................................................196改进设想及建议.....................................................................................................................207心得体会...................................................................................................................................218参考文献...................................................................................................................................239本科生课程设计成绩评定表............................................................................................24武汉理工大学《数字电路》课程设计说明书1引言随着现代娱乐节目及其它游戏环节的需要，也为了更加完善节目的紧张气氛和观众的互动，就出现了多路智力抢答器。它是人们常用于各种需抢答比赛时用的电路器件，是一名公证的裁判员。抢答计时器的出现给人们带来极大的方便，它能准确无误地从若干名参赛者中确定出最先的抢答者，并具有计时、显示、声响等功效。1功能要求1、可同时供8名选手（或代表队）参赛，其编号分别是0到7，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。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。2、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，并数码管上显示选手的编号，同时扬声器给出声音提示；同时封锁输入电路，禁止其它选手抢答。优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。3、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(如30秒)。当主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0．5秒左右。4、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；如果定时抢答的时间已到，而没有选手抢答时，本次抢答无效，系统进行短暂的报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，定时显示器上显示00。5、确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。2系统框图及原理简述2.1抢答器组成总框图武汉理工大学《数字电路》课程设计说明书2抢答器总体框图如图2.1所示：2.2抢答器组成具体框图按照框图，根据功能指标的要求，可以确定各个电路的组成：○1抢答电路由优先编码电路74LS148，锁存器74LS279组成。○2定时电路由秒脉冲产生电路NE555，同步计数器74LS192组成。○3报警电路由脉冲产生电路NE555，扬声器组成。○4控制电路用单稳态触发器74LS121和一些门电路实现。抢答器具体框图如下图2.2所示：抢答电路控制电路抢答按钮报警电路定时电路显示电路图2.1抢答器总框图武汉理工大学《数字电路》课程设计说明书32.3原理简述定时抢答器的总体框图如上图所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：①优先缎电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；②扬声器抢答按钮优先编码电路74LS148主持人控制开关时序控制电路抢答按钮报警电路NE555秒脉冲产生电路NE555同步计数器74LS192显示电路（七段显示器）译码电路74LS48抢答按钮单稳态触发器74LS121二进制/BCD编码转化电路锁存器74LS279译码电路74LS48显示电路（七段显示器）图2.2抢答器具体框图武汉理工大学《数字电路》课程设计说明书4发出短暂声响，提醒节目主持人注意；③控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；④控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。3元器件介绍3.1优先编码器74LS148编码器在同一时刻内只允许对一个信号进行编码，否则输出的代码会发生混乱。优先编码器既在同一时间内，当有多个输入信号请求编码时，只对优先级别高的信号进行编码的逻辑电路，称为优先编码器。常用的集成优先编码器有74LS148（8线－3线）和74LS147（10线－4线）两种制式。优先编码器是较常用的编码器，下面以74LS148为例，介绍它的逻辑功能。此芯片为8线－3线优先编码器。图3.1(a)是其功能简图，图3.1(b)是管脚引线图，表3.1是其真值表。图3.174SL148芯片武汉理工大学《数字电路》课程设计说明书574LS148的输入端和输出端低电平有效。图1-1（A）是其功能简图，图中电源和地未画，0I~7I是输入信号，2Y~0Y为三位二进制编码输出信号，SI＝1时，编码器禁止编码，当SI＝0时，允许编码。SY是技能输出端，只有在S