六路数字抢答器的设计Word文档下载推荐.docx
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1．设计制作一个可容纳六组参赛的数字式抢答器，每组设计一个抢答按钮供抢答者使用。
2．电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。
在主持人将系统复位并发出抢答指令后，开始抢答，定时器开始工作，数码管显示时间，从30s开始减计数，并有小红灯亮起（说明可以答题，抢答有效）。
30s内无人抢答则计数停，无人抢答显示0.若30s内参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出“嘀－嘟”的双音音响持续2～3秒。
此时，电路应具备自锁功能，使其他组的抢答开关不起作用。
3．设置记分电路。
每组在开始时预置成100分，抢答后由主持人记分，答对一次加10分，否则减10分。
4．设置犯规电路。
对提前抢答和超时抢答的组别鸣喇叭示警，并由组别电路显示出犯规组别。
3.总体设计方案
6路数字智能抢答器采用74LS148优先编码器分辨选手抢答的先后，并通过RS锁存器74LS279锁存抢答者的编号，再经过74LS48芯片译码驱动共阴极数码管显示。
总体框图如图1所示。
其主要由主体电路和扩展电路两部分组成。
主体部分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。
扩展电路完成定时的抢答功能。
图1定时抢答器的总体框图
图1所示定时抢器的工作过程是：
接通电源时，节目支持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定的时间，当主持持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器倒计时，当定时时间到，却没有选手抢答时，输入电路被封锁，禁止选手超时后抢答。
当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成下面几个工作：
1.优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后有译码显示电路显示编号；
2.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；
3.控制电路要使定时器停止工作，时间器上显示抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止，以便进行下一轮抢答。
4系统详细设计
4.1抢答器控制电路
图2抢答器控制电路
参考电路如图所示。
该电路完成两个功能：
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；
二是禁止其他选手按键操作无效。
工作过程：
开关S置于"
清除"
端时，RS触发器的端均为０，４个触发器输出置０，使74LS148的＝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，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，Q1=1,=1,74LS48处于工作状态，Q４Q３Q２=101,经译码显示为"
５"
。
此外，Ｑ1＝１，使74LS148＝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Ｑ１＝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Ｓ开关重新置，然后再进行下一轮抢答。
74LS148为８－３线优先编码器。
4.2定时电路
图3定时电路
该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制可逆计数器74LS192、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。
具体电路如图3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，其时钟信号由时钟产生电路提供。
74LS192的预置数控制端由主持人控制实现预置数，当主持人端为低电平时,74LS192置数;
当主持人端为高电平时,电路开始倒计时。
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30s时间到时，输出低电平到时序控制电路，之后选手抢答无效,并报警。
4.3报警电路
图4报警电路
此图表示已开始抢答，但过了设定的30s时间后还无人抢答，报警，系统自动停止，无法再抢答，直到主持人重新开始。
由555芯片构成输出一定频率的多谐振荡电路，555芯片的4号管脚作为控制端，当4号管脚为高电平时，蜂鸣器发出声音；
当4号管脚为高电平时，蜂鸣器不发声。
主持人端的输出信号与74LS148的15号管脚输出端信号相或非再与74LS192的TCD端经反相器的输出信号相或。
当倒计时到零还没人抢答时，74LS192的TCD端输出一个电平，经反相后，为高电平，输入555的4号管脚，蜂鸣器发声；
当主持人端还没开始，有人抢答，0或非0为1，高电平使蜂鸣器发声。
4.4相关元器件的介绍
该设计用到较多集成电路电路芯片，在此给出其管脚图和部分功能介绍。
1）74LS279
74LS279RS锁存器，当R=1，S=0时，输出为；
当R=1S=1时，锁存器具有保持功能，将输出一直保持为1，达到锁存的目的。
2）74LS148
下图为74LS148的功能介绍，ST为使能端，控制芯片的工作；
当无输入时，YEX=1，有输入时，YEX=0。
其功能真值表如下：
表174LS148功能表
输入
输出
0
1
2
3
4
5
6
7
1
XXXXXXXX
111
11
11111111
10
XXXXXXX0
000
01
XXXXXX01
001
XXXXX011
010
XXXX0111
011
XXX01111
100
XX011111
101
X0111111
110
01111111
3）74LS148译码器
图574LS148译码器管脚分布图
由功能表可知，在8个输入端均无低电平输入信号和只有输入0端（优先级别最低位）有低电平输入时，A2A1A0均为111，出现了输入条件不同而输出代码相同的情况，这可由GS的状态加以区别，当GS＝1时，表示8个输入端均无低电平输入，此时A2A1A0=111为非编码输出；
GS＝0时，A2A1A0=111表示响应输入0端为低电平时的输出代码（编码输出）。
EO只有在EI为0，且所有输入端都为1时，输出为0，它可与另一片同样器件的EI连接，以便组成更多输入端的优先编码器。
从功能表不难看出，输入优先级别的次为7，6，……，0。
输入有效信号为低电平，当某一输入端有低电平输入，且比它优先级别高的输入端无低电平输入时，输出端才输出相对应的输入端的代码。
例如5为0。
且优先级别比它高的输入6和输入7均为1时，输出代码为010，这就是优先编码器的工作原理。
4）555定时器
555定时器是一种多用途的数字/模拟混合集成电路，具有开关特性，可以构成各种单元脉冲电路。
其功能主要由两个比较器决定。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器C1的同相输入端的电压为2VCC/3，C2的反相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器C2的输出为0，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则C1的输出为0，C2的输出为1，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
图6555定时器
4系统仿真与测试
4.1仿真步骤
（1）根据自己所画好的电路图，在protues元器件库选择相应的元器件。
（2）用导线将元器件按图连接好。
（3）将元器件相应参数设置好。
（4）进行电路仿真，根据仿真修改相应的参数。
4.2仿真结果及分析
1）总体电路
图7电路总体仿真图
2）抢答开始
图8抢答开始电路
此图表示：
主持人喊开始抢答后第25秒，第六组选手抢答到了此题
6收获与体会
这一次课程设计，它加深与巩固了我们所学的专业基础课程，例如数电和模电，并将其综合运用，提高了我们综合运用知识的能力还有就是将理论运用于实践，另一方面，培养了我们对专业知识学习的趣；
同时也提高了我们分析问题的能力。
这次课程设计的设计流程我采用分块的设计顺序，优化了设计流程使之更符合逻辑性。
但是需要注意的是，在其中每个环节必须认真进行，如果某模块电路没有设计好，或者存在错误，则总的电路必然会受到影响，所以在设计时应该考虑到实际情况。
有时候会因为一个极小的疏忽而导致整个电路无法运行，例如，在仿真过程中由于我忘记接地导致输出老是不对。
另外，该课程设计也要求我具备扎实的理论知识，刚开始由于理论知识掌握的不牢靠，在进行仿真设计时也一度使我碰壁，浪费了很多时间，最后不得不捧着书本，再把一些学的不牢固的知识好好的学了一遍。
通过这次课程设计，我基本掌握了用Protues软件仿真电路图并进行仿真分析，且初步掌握了电子电路的设计方法，在以后的学习中还需多加练习，熟练掌握，为以后的工作作准备。
回顾这次课程设计，从选题到定稿，从理论到实践，我懂得了理论与实践相结合的重要性。
在这次课程设计当中，我本来是抢答、定时、报警、时序控制电路都有设计，但仿真做出来的只有定时和抢答两部分，而实物部分定时电路还无法正常工作，由此可见即使课本知识掌握的很好，如果不会综合运用，也是一些支离破碎的无用的知识，只有能把它运用到实践当中，才是真正属于你自己的知识。
实践是检验真理的唯一标准，这句话说的真不假啊。
以前在课堂上只是听老师说，自己在一旁死记硬背背下来，就以为自己学得很不错了，这一次，既是一个打击一次教训，也是一次学习。
元件清单
序号
元器件名称
型号参数
数量
备注
8-3优先编码器
74LS148
2
R-S锁存器
74LS279
3
BCD七段显示译码器
74LS48
4
十进制同步加/减计数器
74LS192
5
共阴极七段数码管
BS201A
6
555定时器
CB555
四-2输入或非门
74LS02
8
四-2输入或门
74LS32
9
六反相器
74LS04
10
电阻
10K
11
15K
12
65K
13
1K
14
电容
0.01uF
15
10uF
16
扬声器
17
开关
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