八路抢答器课程设计报告

1沈阳航空航天大学课程设计（说明书）智能抢答器的设计班级/学号学生姓名指导教师2沈阳航空航天大学课程设计任务书课程名称电子技术综合课程设计课程设计题目智能抢答器的设计课程设计的内容及要求：一、设计说明与技术指标用数字电路设计一个具有锁存与显示功能的8人抢答逻辑电路接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置于“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。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、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。二、设计要求1．在选择器件时，应考虑成本。2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。2．进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料1.童诗白，华成英主编．模拟电子技术基础．[M]北京：高等教育出版社，2006年五、按照要求撰写课程设计报告成绩指导教师日期38路智能抢答器一、概述用数字电路设计一个具有锁存和显示功能的8人抢答逻辑电路。接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置于“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编码锁存、编码显示、扬声器提示。当一轮抢答结束后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。二、方案论证1.设计思路①根本任务是准确判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可选择锁存器。在得到第一信号之后应立即将电路的输入封锁，即使其他组的抢答信号无效。同时必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。②当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的编号。③在没有按下开始按钮前，抢答者的抢答开关无效；当按下开始按钮后，开始进行30秒倒计时，此时，若有人抢答，数码管显示该人编号、计时器停止表示“已有人抢答”；当计时时间到，仍无人抢答，则计时指示灯亮、报警器报警，表示“时间已到”，主持人清零后开始新一轮抢答。2.总电路框图图1总电路框图译码电路译码显示定时电路秒脉冲信号发生电路译码显示译码电路开始/复位锁存器控制电路优先编码电路抢答4三、电路设计1．抢答电路此部分电路主要完成的功能是实现8个选手抢答并进行锁存。使用优先编码器74LS148和锁存器74LS297来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出抢答的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S置于“复位”端时，RS触发器的R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端=0,使之处于工作状态。当开关S置于“开始”时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S0），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO=1,七段显示电路74LS48处于工作状态，QcQbQa=000,经译码显示为0。此外，CTR=1，使74LS148优先编码工作标志端＝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，74LS148的此时由于仍为CTR=1，使优先编码工作标志端=1，所以74LS148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。只要有一组选手先按下抢答器，就会将编码器锁死，不再对其他组进行编码。通过74LS48译码器使抢答组别数字显示0-7。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“复位”然后再进行下一轮抢答。抢答模块原理图如图2：电路功能分析：（1）优先编码电路（74LS148）分辨出抢答者编号,由锁存器（74LS279）锁存，由译码器（74LS47）显示编号；（2）控制电路对输入电路进行封锁，避免其他人两次抢答；（3）Space开关置于闭合，显示数码管熄灭（黑屏），置于断开，等待下一轮。U1A74LS279N1Q141Q27~1S12~1S23~1R11~1S36~1R25U2A74LS279N1Q141Q27~1S12~1S23~1R11~1S36~1R25U374LS148NA09A17A26GS14D313D41D52D212D111D010D74D63EI5EO15U474LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U5ABCDEFGCAVCC5VS1键=0S2键=1S3键=2S4键=3S5键=4S6键=5S7键=6S8键=7R2470ΩR3470ΩR4470ΩR5470ΩR6470ΩR7470ΩR8470ΩU6A74LS20NU7A74LS20NU8A74LS00NU9A74LS00NS9键=空格R910kΩGNDR1470Ω图2抢答模块原理图5RS触发器：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慢,所以称S=R=0是不定状态,在实际电路中要避免此状态出现。表1优先编码器74LS148功能表674LS148的输入端和输出端低电平有效。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SI＝0，而0I~7I均无编码输入信号时为0。EXY为优先编码输出端，在SI＝0而0I~7I的其中之一有信号时，EXY＝0。0I~7I各输入端的优先顺序为：7I级别最高，0I级别最低。如果7I＝0（有信号），则其它输入端即使有输入信号，均不起作用，此时输出只按7I编码，2Y1Y0Y＝000。优先编码被广泛用于计算机控制系统中，当有多个外设申请中断时，优先编码器总是给优先级别高的设备先编码。表274LS279功能表74LS279就是4R-S触发器，每片上有四路R-S触发器。每路R-S触发器有R和S两个输入和一个输出端Q。当S输入低电平（0）时，输出Q为低电平（0）；当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（0），则Q为高电平（1）；当S输入高电平（1）时，如果R输入低电平（1），则Q保持不变。3.译码器原理（74LS47）译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出的高、低电平信号。常用的译码器电路有二进制译码器、二--十进制译码器和显示译码器。译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，表3列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。DQnQn+10011010100117表374LS47真值表LTRBIBI/RBODCBAabcdefg说明0X1XXXX0000000试灯XX0XXXX1111111熄灭10000001111111灭零1110000000000101X10001100111111X10010001001021X10011000011031X10100100110041X10101010010051X10110110000061X10111000111171X11000000000081X110010001100974LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字。74LS47为低电平作用。4.74LS47译码器引角功能：(1)LT：试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当LT=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，也就是七段将全亮,若驱动的数码管正常,是显示8。(2)BI：灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。当BI=0时，不论LT和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。(3)RBI：灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI=0作用下，使译码器输出全为高电平。8其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。(4)RBO：灭零输出，它和灭灯输入BI共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。5.译码显示电路U474LS47NA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4U5ABCDEFGCA图3译码显示电路二进制译码器是将输入的二进制代码的各种状态按特定含义翻译成对应输出信号的电路。也称为变量译码器。若输入端有n位，代码组合就有2n个，当然可译出2n个输出信号。显示译码器由译码输出和显示器配合使用，最常用的是BCD七段译码器。其输出是驱动七段字形的七个信号，常见产品型号有74LS48、74LS47等。字符显示器：分段式显示是将字符由分布在同一平面上的若干段发光笔划组成。电子计算器，数字万用表等显示器都是显示分段式数字。而LED数码显示器是最常见的。通常有红、绿、黄等颜色。LED的死区电压较高，工作电压大约1.5~3V，驱动电流为几十毫安。74LS47译码驱动器输出是低电平有效，所以配接的数码管须采用共阳极接法；而74LS48译码驱动器输出是高电平有效，所以，配接的数码管须采用共阴极接法。数码管常用型号有BS201、BS202等，使用时，公阴极接地，7个阳极a-g由相应的BCD七段译码器来驱动。6.抢答电路工作状态：（1）Space位于“消除”，触发器“74LS279”的四个R端接地（低电平），输出端（1Q1，1Q2，2Q1，2Q2）全部为低电平，于是74LS47的0=BI，显示器灯熄灭。（2）74LS148选通输入端0=ST（即0=EI），74LS148处于工作状态，此时锁存器不工作。（3）当Space位于“开始”端时，优先编码电路和锁存器同时工作，等待输入端（74LS148）的输入端0、7输入信号。（4）1Q1，使74LS148的1=ST（即1=EI），74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他键的输入。（5）当按下的键松开后，74LS148的1=ESY（即1=GS），但由于1Q的输出9端仍维持高电平不变，所以仍然处于禁止工作状态，封锁了其他键的输入。（6）当Space接地，才能复位，进入下一轮工作。2.30秒倒计时电路该部分主要由时钟脉冲产生电路，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。完成的功能是当主持人按下开始抢答按钮后，进行30s倒计时，到0s时倒计时指示灯亮。当有人抢答时，计时停止。两块74LS192实现减法