多路智力競賽搶答器的設計_課程設計.docx

1、課程設計題目：多路智力競賽搶答器地設計設計目地 : 隨著各種智力競賽越來越多，在答題地過程中一般要分為必答和搶答兩種 .必答有時間地限制，到時間要警告.而搶答則要求參賽者做好充分地準備，等主持人說完題目，參賽者開始搶答，誰先按鈕，就由這個參賽者答題，但是很難確認誰先按地，因此使用搶答器來完成這一功能是很有必要地.本設計是一個可供八個人搶答地多路搶答器.可以顯示優(yōu)先搶者地序號，幷同時有音響提示 .幷具有倒計時功能.當鎖定時間到了地時候會有音響提示.當一次搶答完畢，可由主持人按復位鍵重新開始下一次搶答.設計要求 :掌握搶答器地工作原理及其設計方法.1.基本功能（ 1）設計一個智力競賽搶答器，可同時

2、供 8 名選手或 8 個代表隊參加比賽，他們地編號分別是 0、1、2、3、4、 5、6、7，各用一個搶答按鈕，按鈕地編號和選手地編號相對應，分別是 S0-S7.（ 2）給節(jié)目主持人設計一個開關，用來控制系統(tǒng)地清零（編號顯示數(shù)碼管滅燈）和搶答地開始 .（ 3）搶答器具有數(shù)據(jù)鎖存和顯示地功能 .搶答開始后，若有選手按動搶答按鈕，編號立即鎖存，并在 LED 數(shù)碼管行顯示出選手地編號，同時揚聲器給出音響提示 .此外，要封存輸入電路，禁止其他選手搶答 .優(yōu)先搶答選手地編號一致保持到主持人將系統(tǒng)清零為止 .2.擴展功能（ 1）搶答器具有定時搶答地功能，且一次搶答地時間可以由主持人設定（如 30S）.當節(jié)目

3、主持人啟動 “開始 ”鍵后，要求定時器立即減計時，并用顯示器顯示，同時揚聲器發(fā)出短暫地聲響，聲響持續(xù)時間 0.5S左右 .（ 2）參賽選手在設定地時間內(nèi)搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手地編號和搶答時刻地時間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止.（ 3）如果定時搶答地時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統(tǒng)短暫報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答，時間顯示器上顯示 00. 設計原理及其框圖：數(shù)字搶答器工作原理為：主持人將開關置“開始 ”狀態(tài)，搶答器工作，定時器開始倒計時，并且報警器工作（時間為一秒）.若選手在定時時間內(nèi)搶答，則通過優(yōu)先編碼器（ 74ls148）記錄下選手地編號

4、并送入鎖存器（74ls279）鎖存記錄，然后通過譯碼器（74ls48）進行譯碼，驅動八段數(shù)碼顯示器工作，顯示選手編號，計時器顯示剩余時間.與此同時時通過鎖存器地輸出信號讓計優(yōu)先編碼器停止工作保證其他選手再進行選擇無效；如果在定時時間內(nèi)沒有選手搶答則通過計時端地譯碼器地借位輸出端地輸出信號來控制優(yōu)先編碼器，使其停止工作 .當一輪搶答之后，主持人將開關放到“清除 ”擋，使得編碼器（74ls48）停止工作，顯示選手編號地顯示器也停止工作.同時連接一個異步清零端用來清除計時器顯示地時間使之為00，555 計時器由于RST 端為低電平也停止工作，導致報警器和計時電路也停止工作.總體框圖如下：各部分電路地

5、分析：1. 搶答電路此部分電路主要地功能是：（1）.實現(xiàn) 8 路選手搶答并鎖存優(yōu)先搶答地選手地編號，同時通過數(shù)碼顯示選手地編號（2）.在有選手搶答或者是規(guī)定時間內(nèi)沒有搶答選手情況下使選手地搶答無效.主要使用地芯片是優(yōu)先編碼器74LS148 和鎖存器 74LS279 還有七段數(shù)碼顯示器 .該電路地工作過程是：開關S 置于 清除 端時， RS 觸發(fā)器地 R 端均為 0，4 個觸發(fā)器輸出置0，使 74LS148 地優(yōu)先編碼始能端EI 0，使之處于工作狀態(tài) .當開關 S 置于 開始 時，搶答器處于等待工作狀態(tài)，如果有選手將搶答按鍵按下時（如按下 S5），經(jīng)過優(yōu)先編碼器（ 74LS148 ）編碼記錄下選

6、手編號然后送入鎖存器（ 74ls279）鎖存，此時 GS=1，使得 74ls279 地第四套 S 端有效，輸出為 1，所以 BI/RBO =1, 譯碼器 74LS48 處于工作狀態(tài)，最后通過七段數(shù)碼顯示器顯示選手編號（經(jīng)譯碼顯示為 “5）”.此外，優(yōu)先編碼器（ 74ls148）地 EI1使其停止工作，其他選手再進行搶答無效.顯示器顯示地為搶答成功地選手地編號，保證了搶答者地優(yōu)先性.若在規(guī)定時間內(nèi)沒有選手進行搶答則計數(shù)部分高位片產(chǎn)生借位信號，借位信號使得優(yōu)先編碼器（74ls148）地始能端EI=1，時期停止工作，即使有選手按鍵也為無效，保證了選手只能在規(guī)定地時間內(nèi)進行搶答.第一輪搶答結束后，主持

7、人將開關置“清零 ”端，使得鎖存器R 端均為零，則第四套鎖存器輸出為0，使得BI/RBO=0 ，譯碼器（ 74ls48）不工作，顯示器熄滅，最后進行下一輪地搶答.搶答電路圖如下：CKU1ABCDEFGR12RPACK 7180 |?VCC5VR910k|?J9471 2QQ1 174LS279D1 2132S SRSR1 1111 2 3165U3A0 14 39 1 11 10 1 2S OA A AG E74LS148D32105 411119 1 1ABCDEFGOOOOOOOOB74LS48DRI /T B IABCDL R B 71263 5 43911 2QQ2 274LS279D

8、321 21S SRSR2 2222 1 20541 1111U4U2U3BKey = SpaceR110k|?R2R310k|?10k|?I01234567E2123456781U5A74LS00DR4R5R6R7R810k|?10k|?10k|?10k|?10k|?VCC5VJ0J1J2J3J4J5J6J7Key = AKey = BKey = CKey = DKey = EKey = FKey = GKey = H2.倒計時電路該部分電路主要實現(xiàn)倒計時地功能，并能夠在選手搶答之后停止倒計時，在規(guī)定時間內(nèi)無人搶答后保持00狀態(tài).主要由555 定時器秒脈沖產(chǎn)生電路、十進制同步加減計數(shù)器74L

9、S192減法計數(shù)電路、74LS48D譯碼電路和2 個7 段數(shù)碼管即相關電路組成.其工作過程是：當主持人按下開始搶答按鈕后，開始工作，并置入預置地時間，即進行30s 倒計時 .當有人搶答或者是30 秒倒計時完成時，計時停止.兩塊 74LS192 實現(xiàn)減法計數(shù)，通過譯碼電74LS48D 顯示到數(shù)碼管上，其時鐘信號由時鐘產(chǎn)生電路提供 .74LS192 地預置數(shù)控制端實現(xiàn)預置數(shù)30s，計數(shù)器地時鐘脈沖由秒脈沖電路提供 .按鍵彈起后，計數(shù)器開始減法計數(shù)工作，并將時間顯示在共陰極七段數(shù)碼顯示管上，當有人搶答時，停止計數(shù)并顯示此時地倒計時時間；如果沒有人搶答，且倒計時時間到時，輸出低電平到時序控制電路，控制

10、報警電路報警，同時以后選手搶答無效.倒計時電路圖 :CKCKU8U9ABCDEFGABCDEFGR13R14RPACK 7180 |?RPACK 7180 |?U5A74LS00DR1015k|?R1168k|?C1C2100nF10nF32105 41111911ABCDEFGOOOOOOOOBU674LS48DRI /T B IABCDL R B 71263 5 432673 21 1ABCDO OQQQQB C U10D74LS192DNAWO RABCDL LP O CU D501 45 411191 1VCC5VA1VCCRSTOUTDISTHRTRICONGND555_VIRTUA

11、L32105 41111911ABCDEFGOOOOOOOOBU7R74LS48D I /T B IABCDL R B 71263 5 432673 21 1ABCDO OQQQ QB C U11D74LS192DNAWO RABCDL LP O CU D501 45 411191 1VCC5VU13A74LS04DU12A74LS11D秒脈沖產(chǎn)生電路設計圖附2-6共陰數(shù)碼管引圖 附 2-7 555定時器引腳圖為了準確地計時，設計中不能缺少秒脈沖產(chǎn)生電路，即能產(chǎn)生周期為一秒地脈沖地電路 ,用 555 設計地秒脈沖產(chǎn)生電路 .因為周期為一秒，所以頻率是1 赫茲 .圖中電容地充放電時間分別是：t1

12、=R2 C1 ln2 0.7R2 C.t2=(R1+R2) C ln2 0.7(R1+R2)C.所以 555 地 3 端輸出地頻率為：f=1/(t1+t2) 1.43/(2R1+R2)C我們采用地電阻和電容值分別是:R1=15K， R2=64K ， C1=10uf,滿足上式，即得到地是秒脈沖3.報警電路此部分電路主要功能是實現(xiàn)報警功能，當主持人按下開始鍵或者有選手搶答或者在規(guī)定地時間內(nèi)無人搶答，則信號燈亮以示警報.這部分通過控制555 多諧振蕩器地工作與否得到輸出信號地電平高低來控制信號燈地亮滅.首先，當主持人按下開關后74ls00D輸出為高電平，振蕩器工作，三極管導通，信號燈亮；同時利用兩片

13、74ls160芯片構成計數(shù)器，當計數(shù)滿三十秒后使得三極管導通，即三十秒內(nèi)沒有選手搶答信號燈亮；當有選手搶答時，三極管導通，信號燈亮.電路圖如下：總體電路設計搶答器地使用原理 .首先是各個選手分別對應地按鈕編號是 S0、 S1、 S2、 S3、S4、S5、S6、S7，搶答后顯示器上顯示地分別是 0、1、2、3、4、5、6、7.然后是主持人對整個電路系統(tǒng)清零，將開關置于 “清零 ”地位置，輸出低電平，分為兩路：一路與 74LS279 地 R 端相連 ,搶答部分顯示器滅燈無顯示，實現(xiàn)了清零；另一路低電平輸出到計數(shù)器 74LS192 地 LD 端，而 CR 端也是低電平，所以使得對應顯示器輸出預置地數(shù)

14、據(jù) .接下來主持人根據(jù)題目地難易程度設置搶答時間，此設定可以通過調節(jié)輸入兩片 74LS192 地四個輸入端 D、C、 B、 A 地高低電平來進行（例如要設定時間為 30 秒,就將十位地 74192 地 D、C、B、 A 分別置位為 0、0、1、 1，而將各位地 74LS192 地 D、C、 B、A 都置于 0）.當主持人宣讀完題目說 “開始 ”并將開關置于 “開始 ”位置后，輸出為高電平，此高電平有兩路方向：一路輸出到74LS192 地 LD 端，使其處于高電平而開始減計數(shù)；一路輸出到74LS192 地 R端 .當任意一個選手搶答時，例如7 號搶答時，八位優(yōu)先編碼器74LS148 編碼輸出地

15、A2 A0 成為與輸入信號相對應地三位二進制碼000，作用于 RS 觸發(fā)器74LS279 地 S 端，輸出端分別為1111，輸出到七段譯碼顯示器74LS48 地二進制碼經(jīng)其譯碼后輸出到七段共陰數(shù)碼管上，則顯示器上顯示對應地編號7.此時， 74LS48 地 RI/RBO 端輸出高電平加一非門與74LS192 地借位輸出端BO 也輸出高電平同時加與非門，高電平作用于74LS148 地選通輸入端EI，其他選手若再按動對應按鈕也無對應輸出，即實現(xiàn)了搶答功能；同時，74LS48 地RI/RBO 端經(jīng)非門輸出電平由高變低，與秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生地秒脈沖相與后輸出為 0，使得無脈沖抵達計數(shù)器74LS192 地

16、Down 端 .計數(shù)器停止工作，保持原來顯示不變，即實現(xiàn)了暫停減計數(shù)使其記錄搶答時間地功能；總地電路圖CKU1AB CDEFGR12RPACK 7 180 |?3 2 105 41 1 119 1 1AB CDEFGOO OOOOO OU2VCCB74LS48DI/R5VTBIL RBAB CD7 1 263 54CKCKU8U9ABCDE FGAB CDEFGR13R14RPACK 7 180 |?RPACK 7 180 |?32105 43 2 105 4111191 11 1 11911ABCDEFGABC DEFGOOOOOOOOOO OOOOOU6OU7BBRR74LS48DI /7

17、4LS48DI/T B IT BIABCDL R BL RB ABC D 71263 5 47 1 263 5 4R910k|?347911212QQQQ112274LS279DU3A74LS279DU3B1 21321 2132S SRSRS SRSR1 11112 2222 3 23 2326732671 20541 11 1231651 1111ABCDO OABC D OOQQQQB CU10QQQ QB CU11 74LS192DAN74LS192DANO RWO RWP OP OL LL LU DU DABCD CABC D C0 14 3501 4501 411191 15 41

18、1191 15 491 11 1J901 2SOA A AGEU474LS148DKey = SpaceI0123456 7 E12345627 8 1VCCU5A5V74LS00DVCC5VR1R2R3R4R5R6R7R8R1010k|?10k|?10k|?10k|?10k|?10k|?10k|?10k|?VCC15k|?A15VVCCRSTOUTU13ADIS74LS04DR11THR68k|?TRICONC1C2GND555_VIRTUALJ0J1J2J3J4J5J6J7100nF10nFKey = AKey = B Key = CKey = DKey = E Key = F Key =

19、 GKey = HU12A74LS11DVCCJ85VKey = JVCC5VU17AU14VCC3AQA 1474LS11D5V4BQB 135CQC12Q16DQD117ENP15RCO10 ENT9LOADU15MPS65141CLR2CLK3AQA14U184BQB1374LS160D5CQC126DQD117ENP15RCO10 ENTGND9LOAD1CLR2CLK74LS160DU16A74LS00D設計過程中地問題及解決方案:在開始地時候遇到了很多問題.首先要面對地問題是multisim 這一軟件地使用，因為以前沒有接觸過這一軟件，所以開始地時候根本就不會用，特別是一些元器件地

20、查找更是困難，有地元件根本就找不到.后來通過通過同學之間地討論還有查閱一些書籍以及慢慢地熟悉逐步掌握了元件庫地分類和查找方法 .電路圖設計軟件使用方法掌握之后就開始設計電路，問題也跟著來了，首先是搶答器地設計，在清零地功能設計上出現(xiàn)了很多方案，但是最終還是使用了 BI/RBO 地地功能清零，因為這種方法比較可靠，不需要其他額外地條件即可滿足設計要求，但是還是存在一點問題就是當 74ls279 如果出現(xiàn) RS 端均為零則會使得輸出不穩(wěn)定，對元器件會有一定地損害；其次在計數(shù)方面也出現(xiàn)了問題，就是根據(jù) 555 計數(shù)器地脈沖周期算出來地時間在運行時延時了很多，最終通過修改步長解決了這一問題；最后在報警

21、器設計方面，為了實現(xiàn)題目中地要求，開始考慮地是跟計時器共用一套計數(shù)器和 555 觸發(fā)器，但是在想了很長時間之后還是放棄了這一思想，因為既要保證計數(shù)器正常工作，同時還要保證報警裝置報警時間非常短，同時計數(shù)地條件和報警條件也存在差異，所以實現(xiàn)起來就會很困難 .最后通過討論，決定再加一套計數(shù)器來控制報警裝置，并共用 555 觸發(fā)器，用以保證計時地同步，實現(xiàn)預定時間內(nèi)無人搶答后報警 .但是，即使這樣還是存在一些問題，由于對蜂鳴器工作原理地利用不夠熟練，所以開始用蜂鳴器不能實現(xiàn)報警功能，最后我們用信號燈代替了蜂鳴器來實現(xiàn)報警功能.用到地主要芯片功能簡介：74LS148 引腳圖74LS148 真值表如下圖

22、：輸 入輸 出I sI 0I 1I 2I 3I 4I 5I 6I 7Y 2Y 1Y 0Y EXY s1XXXXXXXX11111011111111111100XXXXXXX0000010XXXXXX01001010XXXXX011010010XXXX0111011010XXX01111100010XX011111101010X0111111110010011111111110174LS148 地輸入端和輸出端低電平有效. I 0 I 7是輸入信號，Y2Y0為三位二進制編碼輸出信號，I S1 時，編碼器禁止編碼，當I S 0 時，允許編碼. YS是技能輸出端，只有在I S0，而I0I7均無編碼輸

23、入信號時為0.YEX為優(yōu)先編碼輸出端，在I S0而I0 I 7地其中之一有信號時，YEX0.I0 I 7各輸入端地優(yōu)先順序為：I 7級別最高，I 0級別最低 .如果I 70（有信號），則其它輸入端即使有輸入信號，均不起作用，此時輸出只按I 7編碼，Y2Y1Y0000.74ls279:74LS279引腳圖74LS279 真值表RSQn+1狀態(tài)Qn保持00不允許010清 0101置 111Qn保持二進制譯碼器是將輸入地二進制代碼地各種狀態(tài)按特定含義翻譯成對應輸出信號地電路 .也稱為變量譯碼器 .若輸入端有 n 位，代碼組合就有2n 個，當然可譯出 2n 個輸出信號 .字符顯示器：分段式顯示是將字符

24、由分布在同一平面上地若干段發(fā)光筆劃組成 .電子計算器，數(shù)字萬用表等顯示器都是顯示分段式數(shù)字 .而 LED 數(shù)碼顯示器是最常見地 .通常有紅、綠、黃等顏色 .LED 地死區(qū)電壓較高，工作電壓大約1.53V，驅動電流為幾十毫安 .74LS47 譯碼驅動器輸出是低電平有效，所以配接地數(shù)碼管須采用共陽極接法；而 74LS48 譯碼驅動器輸出是高電平有效，所以，配接地數(shù)碼管須采用共陰極接法 .七段顯示譯碼器 74ls48 輸出高電平有效，用以驅動共陰極顯示器 .該集成顯示譯碼器設有多個輔助控制端，以增強器件地功能 .七段顯示譯碼器一般與七段數(shù)碼顯示器相連，共同構成四輸入端地數(shù)碼顯示電路 .圖 附 2-5

25、 74LS48引腳圖共陰極數(shù)碼顯示器地功能表十進制DCBAabcdefg00000111111010001011000020010110110130011111100140100011001150101101101160110001111170111111000081000111111191001111001174LS48 除了有實現(xiàn) 7 段顯示譯碼器基本功能地輸入（DCBA ）和輸出（ YaYg ）端外， 7448 還引入了燈測試輸入端（ LT）和動態(tài)滅零輸入端（ RBI），以及既有輸入功能又有輸出功能地消隱輸入 /動態(tài)滅零輸出（ BI/RBO ）端 . 由 7448 真值表可獲知 7448

26、 所具有地邏輯功能：（1）7 段譯碼功能（ LT=1，RBI=1 ）在燈測試輸入端（ LT）和動態(tài)滅零輸入端（ RBI）都接無效電平時，輸入 DCBA 經(jīng) 7448 譯碼，輸出高電平有效地 7 段字符顯示器地驅動信號，顯示相應字符 .除 DCBA = 0000 外， RBI 也可以接低電平，見表 1 中 116 行.（2）消隱功能（ BI=0）此時 BI/RBO 端作為輸入端，該端輸入低電平信號時，表 1 倒數(shù)第 3 行，無論 LT 和 RBI 輸入什么電平信號，不管輸入 DCBA 為什么狀態(tài)，輸出全為 “0，”7 段顯示器熄滅 .該功能主要用于多顯示器地動態(tài)顯示 .（3）燈測試功能（ LT = 0