8路抢答器的数字电路

《数字电子技术》课程设计报告8路智力抢答器设计与制作设计要求：1、可同时供8名选手或8个代表队参加比赛；2、主持人控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢答的开始；3、抢答器具有数据锁存和显示的功能；4、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；5、具有报警功能。设计人：罗帅学号：专业：08电气班级：1《数字电子技术》课程设计报告第页1成绩：评阅人：哈尔滨应用技术职业技术学院8路智力抢答器设计与制作8路智力抢答器是一种用数字电路技术实现由主持人控制、定时抢答、报警功能的装置。他是在规定的时间内进行抢答。一旦有人抢答，显示器上会同时显示抢答时间和抢答选手号码。当超出规定时间时，即使抢答，不会显示选手号码。8路智力抢答器包括组合逻辑电路和时序电路。通过此次设计与制作，进一步的了解各种在制作中用到的中小规模集成电路的作用及实用方法.且由于8路智力抢答器包括组合逻辑电路和时叙电路.通过它可以进一步学习与掌握各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。一、设计要求（一）设计指标1、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，他们的编号分别是0、1、2、3、4、5、6、7，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——S7。2、给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）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数码管行显示出选手的编号，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，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30s）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，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时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。6、如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。（二）设计要求1、画出电路原理图（或仿真电路图）；2、元器件及参数选择；《数字电子技术》课程设计报告第页23、电路仿真与调试；（三）制作要求自行装配和调试，并能发现问题和解决问题。（四）编写设计报告写出设计与制作的全过程，附上有关资料和图纸，有心得体会。二、原理框图抢答器系统原理框图如下所示。它由主体电路和扩展电路两部分组成，主体电路完成基本抢答后，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，和抢答响铃、倒计时为零时报警功能。图1八路智力抢答器的组成框图三、元器件序号名称型号数量1七段译码器74LS4812十进制加减计数器74LS19223555定时器CB55524优先编码器74HC14815RS锁存器74LS27926与非门74LS0017非门74LS0438与门74LS11D1抢答按钮优先编码电路锁存器译码电路显示电路主持人控制开关控制电路报警电路秒脉冲产生电路定是电路显示电路主体电路扩展电路《数字电子技术》课程设计报告第页39电阻根据具体要求710电容16CE470AX211蜂鸣器SP10212开关AZD1169113共阴极显示器314抢答按扭DSWPK115开关SPD116小灯泡PROBE117发光二极管A694B2四、各功能块电路图及功能简介主体电路电路图如下：1、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。（4）当有选手抢答时，译码器74LS47的~BI/RBO出现高电平，此时蜂鸣器发生，报警有选手抢答。2、电路工作原理分析《数字电子技术》课程设计报告第页4（1）RS触发器“74LS47”的真值表（2）RS触发器“74LS148”的真值表（3）RS触发器“74LS279”的真值表（与非门）3、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《数字电子技术》课程设计报告第页5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）例如：按下“5”号，编码器的输出010012YYY，即（CBA=010）经RS储存器后，1Q1=1,即1BI，74LS279处于工作状态，2Q2，2Q1，1Q2=101,经过74LS47译码后，显示器显示“5”。（5）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。（6）当按下的键松开后，74LS148的1ESY（即1GS），但由于1Q的输出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。（7）当Space接地，才能复位，进入下一轮工作。拓展电路1、定时电路：由节目主持人根设定一次抢答的时间，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。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如图所示1、电路功能分析（1）通过十进制同步加/减计数器74LS192进行预置时间设置，由555定时器构成多谐振荡器，产生时钟脉冲，进行倒计时。（2）A开关置于“闭合”，显示器显示被置数30，置于“断开”，开始进行30秒倒计时。2、电路工作原理分析《数字电子技术》课程设计报告第页6“74LS192”的真值表该部分主要由555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。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数，设定一次抢答的时间，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。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG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，且倒计时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。2、控制电路设计时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：①主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。②当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。③当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。根据上面的功能要求设计的时序控制电路如图5所示。图中，门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输入使能端。下图的工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自于图2中的74LS279的输出Q=0，经G3反相，A＝1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则“定时到信号”为1，门减计数××××↓110加计数××××1↓10abcdabcd××000000×××××××1Q0Q1Q2Q3D0D1D2D3CPDCPUCR输出输入LD《数字电子技术》课程设计报告第页7G2的输出=0，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，Q＝1，经G3反相，A＝0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时门G2的输出=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求。当定时时间到时，则“定时到信号”为0，=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时门G1处于关闭状态，封锁CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能③的要求。五、总接线元件布局简图六、总结1．实验过程中遇到的问题及解决方法（1）对抢答器数据锁存和显示的功能的处理在实验初期设计的电路基本功能电路中，选手抢答时，具有优先级排列，电路显示不具有稳定性，不断产生脉冲。在老师的帮忙，发现是在对SR锁存器74LS279的接线上有问题，S和R端在不断的被置为高电平和低电平，导致电路不稳定，后仔细研究电路产生的脉冲，调试，得以实现抢答器对数据锁存显示的功能。（2）对定时抢答功能的处理实验初期，对十进制加减法计数器74LS192的真值表和555定时器各功能端度没能掌握，导致对置数和产生脉冲进行减数两个功能都没能实现，后经过上网和到图书馆查阅资料，并在老师的解释下，了解了如何正确使用，经多次连接实验，最终实现定时抢答功能。（3）报警功能设置经查阅资料，得到报警功能设置的电路设计及时序控制电路如下：报警电路《数字电子技术》课程设计报告第页8由555定时器和三极管构成的报警电路如下图所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1.43／［（R1＋2R2）C］，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。时序控制电路集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。由于所使用的multisim1.0仿真软件没有74LS121非重触发单稳态触发器,所以无法调试该功能的有效性，但是我在基本功能的设置时添加了一个蜂鸣器，如果有选手抢答，则蜂鸣器发声。另外在定时电路上也添加了蜂鸣器和指示灯，以达到报警功能。但是由于本人使用的multisim1.0仿真软件又存在无法发声的问题，所以无法验证报警功能是否达到。2．设计体会实验的初期，由于对整个的电路还不能从整体把握，只能从实验书上的实验要求出发，结合查找到的资料提出解决方案。通过多次连接他人的电路，不断地发现问题，解决问题，于是对电路的设计和要求有了自己的想法，并加以了尝试。这次实验是数电实验的一个综合性实验，通过这次实验，使我们将以前我们所学习到的芯片知识综合应用《数字电子技术》课程设计报告第页9到这个实验上，从结构、功能、用法上都有了全面的认识，并基本达到了从构思到设计再到焊接最后到调试的整个过程，虽然其中遇到了很多困难阻力，从开始到整个完成，但还是坚持了下来，所有的努力换回了成功的喜悦。七、参考文献：[1]阎石主编.数字电子技术基础清华大学出版社[2]张秀娟薛庆军主编，数字电子技术基础实验教程北京航空航天大学出版社[3]谢子美主编，电子线路设计∙实验∙测试华中科技大学出版社