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 ：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： 8指导教师：杜志伟评语：评阅成绩：评阅老师：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 -3.1.3 74LS121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 -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 -一、设计任务和要求：1.1设计任务设计一台可供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。

1.2设计要求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）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信号。

二、设计方案的选择与论证2.1方案的选择、论证方案一：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。

2.2设计总方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。

图1.四人智力竞赛抢答器框图三、电路设计计算与分析3.1抢答器控制电路设计设计电路见图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：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。

仿真结果3.1.1优先编码器74L S14874LS148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。

Y 1Y 2Y EXY s Y 97614154801234567874LS148161514131211109I4I 5I 6I 7S (E )Y 2Y 1GN D V CC Y S Y EX I 3I 2I 1I 0Y 0(b )74LS148管脚图表3.1.1 74LS148 8线—3线二进制编码器真值表74LS148工作原理如下：该编码器有8个信号输入端，3个二进制码输出端。

此外，电路还设置了输入使能端EI ，输出使能端EO 和优先编码工作状态标志GS 。

当EI=0时，编码器工作；而当EI=1时，则不论8个输入端为何种状态，3个输出端均为高电平，且优先标志端和输出使能端均为高电平，编码器处于非工作状态。

这种情况被称为输入低电平有效，输出也为低电来有效的情况。

当EI 为0，且至少有一个输入端有编码请求信号（逻辑0）时，优先编码工作状态标志GS 为0。

表明编码器处于工作状态，否则为1。

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。

3.1.2锁存器74L S279原理：在74ls279中，由于4回路中2回路置位端子为两个，所以使用其一时，整理两个置位输入作为1个使用，或将另一个输入固定为“H”使用。

另外，作为稍微变化74LS279 的使用方法，也可将3组作为RS锁存器使用，剩余的RS锁存器作为2输入NAND门电路使用，复位输入例如①管脚固定为”L”时其输入为“H”，所以可构成将②和③作为输入，输出为④的2输入NAND，此变换如图4.2.所示。

图74LS279管脚引线图3.1.374L S121单稳态触发器：3.2定时时间电路的设计原理及设计：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1个7段数码管即相关电路组成。

具体电路如图3所示。

一块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，由节目主持人根据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，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制74LS48使0闪烁，同时以后选手抢答无效。

由555定时器产生时间基准信号秒脉冲。

振荡周期为15秒脉冲信号经两级有预置功能的可逆十进制计数器74LS192对时钟信号进行计数，当计数到达预置的时间，计数器产生溢出而封锁计数脉冲，使计数器停止计数。

数码管指示时间值。

具体电路如下图：仿真结果3.2.1计数器74L S192十进制可逆计数器74LS192（54/74194）两个引脚图管脚及功能表如下：74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：（a）引脚排列 (b) 逻辑符号图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。