电子产品设计之四路抢答器的设计说明

电子产品设计之四路抢答器的设计

-----------------------作者：-----------------------日期：

《电子产品设计》

设计报告

设计时间： 2010年11月

班级： 09网络工程4班姓名：

报告页数： 7页

工业大学课程设计报告

设计题目四路抢答器的设计

学院计算机学院专业 09网络工程班 4班学号 (合作者____号____)

成绩评定_______

教师签名_______

一、设计任务和要求

1.设计任务

（1）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。

（2）分组： A负责抢答控制电路和定时电路。

B负责第一信号鉴别电路和核心控制电路。

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、总体方案选择

本设计电路主要由脉冲产生电路、锁存电路、编码及译码显示电路、倒计时电路和音响产生电路组成。当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，然后编码，再经3线8段译码器将数字显示在显示器上同时产生音响。系统原理框图如下：

图1 四人智力竞赛抢答器框图

三、单元电路设计

1.抢答器控制电路设计

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。

（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。

图2 时序控制电路

2.定时电路

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。

U3

74LS48D

A

7

B

1

C

2

D

6

O

A

1

3

O

D

1

O

E

9

O

F

1

5

O

C

1

1

O

B

1

2

O

G

1

4

~

L

T

3

~

R

B

I

5

~

B

I

/

R

B

O

4

U4

74LS48D

A

7

B

1

C

2

D

6

O

A

1

3

O

D

1

O

E

9

O

F

1

5

O

C

1

1

O

B

1

2

O

G

1

4

~

L

T

3

~

R

B

I

5

~

B

I

/

R

B

O

4

U5

74LS192D

A

1

5

B

1

C

1

D

9

U

P

5

Q

A

3

Q

B

2

Q

C

6

Q

D

7

D

O

W

N

4

~

L

O

A

D

1

1

~

B

O

1

3

~

C

O

1

2

C

L

R

1

4

U6

74LS192D

A

1

5

B

1

C

1

D

9

U

P

5

Q

A

3

Q

B

2

Q

C

6

Q

D

7

D

O

W

N

4

~

L

O

A

D

1

1

~

B

O

1

3

~

C

O

1

2

C

L

R

1

4

U7

A B C D E F G

CA

U8

A B C D E F G

CA

555_VIRTUAL

Timer

GND

DIS

OUT

RST

VCC

THR

CON

TRI

577.2k|?

R1

1.154M|?

R2

100|?

Rl

10nF

C

10nF

Cf

12V

Vs

8

7

4

U1A

4081BT_5V

U2B

4081BT_5V

R4

100|?

R7

10kΩ

2

9

3

610111213141516171819202122

23242526

5

27

2829

30

J1

Key = Space

31

32

33

34

1

图3 定时电路仿真电路图

四、所用器材

1. 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4十进制可逆计数器

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。

输入输出

MR P3 P2 P1 P0 Q3 Q2 Q1 Q0

1 ×××××××0 0 0 0

0 0

×

× d c b a d c b a

0 1

1 ××××加计数

0 1 1 ××××减计数

2.74LS48 (54/7448)七段译码器两个

图5 74LS48的引脚排列

表2 74LS48的真值表

灯测试输入：LT

灭灯输入： RBI

锁存使能输入：BI

A、B、C、D 是输入端

a、b、c、d、e、f、g是输出

3.555定时器一个

主要参数：电源电压为4.5-18V，最大输出电流为200mA，工作温度围为-55o C-125o C。

图6 逻辑图

它基本原理是，由于电容C的两端的电压不能突变，定时器的2端电压低触发端为低电平，输出端3为高电平。电源经过R1、R2给电容C充电，当电容的电压充到电源电压的2/3时，555部的MOS管导通，输出为低电平。接着电容通过R2和已经导通的MOS管放电，当电容的两端电压下降到低于1/3的电源电压时，MOS管截止电容放电停止，此时电源通过R1、R2再次向电容充电，如此反复，形成震荡，从而在3端得到时钟脉冲源输出，根据公式：

4.74LS273八D触发器

功能如下：

(1).1脚是复位CLR，低电平有效，当1脚是低电平时，输出脚2(Q1)、5(Q2)、6(Q3)、9(Q4)、12(Q5)、15(Q6)、16(Q7)、19(Q8)全部输出0,即全部复位；

(2).当1脚为高电平时，11(CLK)脚是锁存控制端,并且是上升沿触发锁存，当11脚有一个上升沿，立即锁存输入脚3、4、7、8、13、14、17、18的电平状态，并且立即呈现在在输出脚2(Q1)、5(Q2)、6(Q3)、9(Q4)、12(Q5)、15(Q6)、16(Q7)、19(Q8)上。

图7 74LS273N引脚图

5.74LS121单稳态触发器

表3 74LS121功能表