四路抢答器--(完整版)

华北科技学院课程设计说明书班级：电子B071姓名：郭亚立设计题目：四路智能抢答器设计时间：2010.1.9至2010.1.22学号：200703014138指导教师：杜志伟评语：评阅成绩：评阅老师：华北科技学院课程设计报告-1-四路抢答器设计报告目录一、设计任务和要求：...................................................................................................................-3-1.1设计任务..................................................................................................................................-3-1.2设计要求..................................................................................................................................-3-二、设计方案的选择与论证...........................................................................................................-4-2.1方案的选择、论证..................................................................................................................-4-2.2设计总方案..............................................................................................................................-4-三、电路设计计算与分析.................................................................................................................-5-3.1抢答器控制电路设计..............................................................................................................-5-3.1.1优先编码器74LS148.....................................................................................................-7-3.1.2锁存器74LS279............................................................................................................-9-3.1.374LS121单稳态触发器：..........................................................................................-10-3.2定时时间电路的设计............................................................................................................-10-3.2.1计数器74LS192............................................................................................................-12-3.3控制电路和报警电路............................................................................................................-13-3.3.1振荡电路.......................................................................................................................-17-华北科技学院课程设计报告-2-3.4整体仿真................................................................................................................................-19-四、总结及心得...............................................................................................................................-20-五、附录.........................................................................................................................................-22-5.1主要元器件列表....................................................................................................................-22-5.2总原理图................................................................................................................................-23-六、参考文献...................................................................................................................................-24-华北科技学院课程设计报告-3-一一、、设设计计任任务务和和要要求求：：11..11设设计计任任务务设计一台可供4名选手参加比赛的智力竞赛抢答器。用数字显示抢答倒计时间，由“9”倒计到“0”时，无人抢答，蜂鸣器鸣响。选手抢答时，数码显示选手组号，同时蜂鸣器鸣响，倒计时停止。11..22设设计计要要求求1)4名选手编号为：1，2，3，4。各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2，3，4。2)给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零（抢答显示数码管灭灯）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，该选手编号立即锁存，并在抢答显示器上显示该编号，同时扬声器给出音响提示，封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。抢答器具有定时（15秒）抢答的功能。4)当主持人按下开始按钮后，定时器开始倒计时，定时显示器显示倒计时间，若无人抢答，倒计时结束时，扬声器响。参赛选手在设定时间（15秒）内抢答有效，抢答成功，扬声器响，同时定时器停止倒计时，抢答显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。5)如果抢答定时已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。系统扬声器报警，并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。6)用石英晶体振荡器产生频率为1Hz的脉冲信号，作为定时计数器的CP华北科技学院课程设计报告-4-信号。二二、、设设计计方方案案的的选选择择与与论论证证22..11方方案案的的选选择择、、论论证证方案一：用一片四D触发器74LS175和四输入2或非门CD4002实现。四D触发器输出经四输入或非门到四路抢答按键开关，加到触发器的四个输入端，同时经四输入或非门和反相器作为四D触发器的时钟信号，四D触发器清零端经上拉电阻接电源，同时经过清零控制开关到地。电路简单成本低，稍加扩展就能达到实用化。方案二：用一片八线－三线优先编码器74LS148、四RS触发器74LS279和七段译码器74LS48实现数显四路（八路）抢答器，电路稍显复杂，但功能较完善。方案一电路简单能够满足要求，但是由于需要4个4D触发器，接线繁琐，增加了电路设计与仿真的难度，方案二用集成器件，电路减小了体积，提高了稳定性，并且可以应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。故采用方案二设计。22..22设设计计总总方方案案本设计电路主要由控制电路、脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和报警产生电路组成。如图1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到清零状态，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;开始状态，宣布开始抢答器工作。定时器倒计时。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。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。华北科技学院课程设计报告-5-图1.四人智力竞赛抢答器框图三三、、电电路路设设计计计计算算与与分分析析33..11抢抢答答器器控控制制电电路路设设计计设计电路见图2所示。电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS279来完成。抢答器控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：1)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，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码管显示）。2)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。3）当主持人清零后，可再次进行抢答。工作过程：华北科技学院课程设计报告-6-开关J5置于“清除”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（图中5号端）=0，使之处于工作状态。当开关J5断开，J6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J2），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO(图中4端)=1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=010,经译码显示为“2”。此外，CTR=1，使74LS148优先编码工作标志端（图中2号端）=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为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。如有再次抢答需由主持人将J5开关重新置“清除”然后才可能进行。华北科技学院课程设计报告-7-仿真结果33..11..11优优先先编编码码器器7744LLSS11448874LS148为8线－3线优先编码器，表3.1.1为其真值表，下图为其管脚图。华北科技学院课程设计报告-8-I0I1I2I3I4I5I6I7SY0Y1Y2YEXYsY09761415101112131234574LS148Y01234567874LS148161514131211109I4I5I