十五路搶答器設(shè)計(jì)

十五路搶答器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)的目的通過本課題設(shè)計(jì)，掌掌握數(shù)字電路系系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法法。設(shè)計(jì)的內(nèi)容要求1．設(shè)計(jì)一個(gè)智力力搶答器，可同同時(shí)供15名選手參加加比賽，對應(yīng)115個(gè)搶答按鈕鈕。2．主持人設(shè)置一一個(gè)控制開關(guān)，用用來控制系統(tǒng)得得清零（顯示數(shù)數(shù)碼滅）和搶答答開始。3．搶答器具有數(shù)數(shù)據(jù)鎖存功能，搶搶答開始后，若若有選手搶答，編編號立即鎖存，LED顯示選手編號。同時(shí)揚(yáng)聲器給出音響提示，此外，要封鎖輸入電路。4．（擴(kuò)展功能）定定時(shí)搶答，主持持人設(shè)定時(shí)間，啟啟動開始后，定定時(shí)器立即減計(jì)計(jì)時(shí)，并用顯示示器顯示。5．參賽選手在設(shè)設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶搶答，搶答有效效，定時(shí)器停止止工作，顯示選選手編號和搶答答時(shí)刻的時(shí)間，并并保持到主持人人將系統(tǒng)清零為為止。6．如果定時(shí)搶答答的時(shí)間已到，卻卻沒有選手搶答答，本次搶答無無效，并封鎖輸輸入電路，報(bào)警警，禁止超時(shí)搶搶答。三、參考元件74LS192NE5555774LS4874LLS27974LS114874LS000744LS121發(fā)光二極管數(shù)碼顯顯示器電阻電容容設(shè)計(jì)步驟與要求擬定組成框圖；設(shè)計(jì)各單元電路，要要求步線整齊、美美觀、便于線路路連接調(diào)試；仿真測試邏輯功能能，已滿足設(shè)計(jì)計(jì)功能要求；畫出整機(jī)邏輯電路路圖；寫出設(shè)計(jì)論文。設(shè)計(jì)成果1．設(shè)計(jì)說明書，不不少于60000字，用A4紙打印裝訂訂；設(shè)計(jì)電路總圖一張張，用電路設(shè)計(jì)計(jì)軟件繪圖；電子文檔主要參考資料數(shù)字電子教材數(shù)字字電子電子電路路設(shè)計(jì)相關(guān)資料料集成電路產(chǎn)品品手冊目錄引言………………1一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要要求………………...........1(一)基本功能…………….........................1(二)擴(kuò)展功能…………….........................1二、搶答器組成框框圖………………………...2(一)搶答器組成成總框圖……………...2(二)各個(gè)電路的的組成……………………......................2(三)搶答器組成成具體框圖………………3三、單元電路…………………….3(一)搶答電路………………31.主要功能…………32.電路原理圖圖……………………43.子電路……………4(二)定時(shí)電路路……………….81.主要功能………….…82.電路原理圖………….83.子電路……………......8(三)報(bào)警電電路………………111.主要功能…………...112.電路原理圖………………………...11.(四)控制電路路……………….121.主要功能…………...122.子電路………………..12四、15路搶答器器設(shè)計(jì)總結(jié)………………….....14五.、致謝………....................................................15六、參考文獻(xiàn)……………………..15七、總電路原理圖圖………….....................................................16附件摘要：數(shù)字搶答器器由主體電路與與擴(kuò)展電路組成成。優(yōu)先編碼電電路、鎖存器、譯譯碼電路將參賽賽隊(duì)的輸入信號號在顯示器上輸輸出；用控制電電路和主持人開開關(guān)啟動報(bào)警電電路，以上兩部部分組成主體電電路。通過定時(shí)時(shí)電路和譯碼電電路將秒脈沖產(chǎn)產(chǎn)生的信號在顯顯示器上輸出實(shí)實(shí)現(xiàn)計(jì)時(shí)功能，構(gòu)構(gòu)成擴(kuò)展電路。經(jīng)經(jīng)過布線、焊接接、調(diào)試等工作作后數(shù)字搶答器器成形。關(guān)鍵字：搶答電路路;定時(shí)電路;報(bào)警電路引言搶答器同時(shí)供166名選手或16個(gè)代表隊(duì)比比賽,設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)統(tǒng)清除和搶答控控制開關(guān)S，該開關(guān)由主主持人控制。搶搶答器具有鎖存存與顯示功能。即即選手按動按鈕鈕，鎖存相應(yīng)的的編號，并在LLED數(shù)碼管上上顯示，同時(shí)揚(yáng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警警聲響提示。選選手搶答實(shí)行優(yōu)優(yōu)先鎖存，優(yōu)先先搶答選手的編編號一直保持到到主持人將系統(tǒng)統(tǒng)清除為止。搶搶答器具有定時(shí)時(shí)搶答功能，且且一次搶答的時(shí)時(shí)間由主持人設(shè)設(shè)定（如30秒）。當(dāng)主主持人啟動"開始"鍵后，定時(shí)器器進(jìn)行減計(jì)時(shí)，同同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出出短暫的聲響，聲聲響持續(xù)的時(shí)間間0.5秒左右。參參賽選手在設(shè)定定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行行搶答，搶答有有效，定時(shí)器停停止工作，顯示示器上顯示選手手的編號和搶答答的時(shí)間，并保保持到主持人將將系統(tǒng)清除為止止。如果定時(shí)時(shí)時(shí)間已到，無人人搶答，本次搶搶答無效，系統(tǒng)統(tǒng)報(bào)警并禁止搶搶答，定時(shí)顯示示器上顯示000。一、設(shè)計(jì)任務(wù)務(wù)與要求（一）基本功能1．可同時(shí)15名名選手參加比賽賽，他們的編號號分別是1，2，3，4，5，6，7，8，9，10，11，12，13，14，15，各用一個(gè)個(gè)搶答按鈕，按按鈕的編號與選選手的編號相對對應(yīng)，分別是SS1，S2，S3，S4，S5，S6，S7，S8，S9，S10，S11，S12，S13，S14，S15。2．節(jié)目主持人設(shè)設(shè)置一個(gè)控制開開關(guān)，用來控制制系統(tǒng)的清零和和搶答的開始。3．?dāng)?shù)字搶答器應(yīng)應(yīng)具有數(shù)碼鎖存存、顯示功能。搶搶答開始后，若若有選手按動搶搶答按鈕，編號號立即鎖存，并并在LED數(shù)碼管上上顯示選手的編編號，同時(shí)揚(yáng)聲聲器給出音響提提示。此外，要要封鎖輸入電路路，禁止其他選選手搶答。優(yōu)先先搶答選手的編編號一直保持到到主持人將系統(tǒng)統(tǒng)清零為止。（二）擴(kuò)展功能1．定時(shí)搶答功能能。搶答器定時(shí)時(shí)為30s，啟動動起始鍵后，定定時(shí)器開始工作作，立即減計(jì)，并并在顯示器上顯顯示出來，同時(shí)時(shí)揚(yáng)聲器要短暫暫報(bào)警。2．參賽選手在設(shè)設(shè)定的時(shí)間內(nèi)搶搶答（30s），搶答答用效，定時(shí)器器停止工作，顯顯示器上顯示選選手的編號和搶搶倕時(shí)刻的時(shí)間間，并保持到主主持人將系統(tǒng)清清零為止。3．當(dāng)定時(shí)搶答的的時(shí)間已到，還還沒有選手搶答答進(jìn)，本次搶答答無效，系統(tǒng)短短暫報(bào)警,并封鎖輸入電電路，禁止選手手超時(shí)后搶答，時(shí)時(shí)間顯示器上顯顯示00。二、搶答器組成框框圖(一)搶答器組成成總框圖圖2.1.1搶搶答器組成框圖圖(二)、各個(gè)電路路的組成1.照框圖，根根據(jù)功能指標(biāo)的的要求，可以確確定各個(gè)電路的的組成。1)搶答電路由由優(yōu)先編碼電路路74LS1448，鎖存器74LLS279組成成。2)定時(shí)電路由秒秒脈沖產(chǎn)生電路路NE555，同同步計(jì)數(shù)器744LS192組組成。3)報(bào)警電路由脈脈沖產(chǎn)生電路NNE555，揚(yáng)揚(yáng)聲器組成。4)控制電路用單單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器774LS1211和一些門電路路實(shí)現(xiàn)。2.圖示的定時(shí)時(shí)搶答器的工作作過程是：接通通電源時(shí)，節(jié)目目主持人將開關(guān)關(guān)置于“清除”位置，搶答器器處于禁止工作作狀態(tài)，編號顯顯示器滅燈，定定時(shí)顯示器顯示示設(shè)定的時(shí)間，當(dāng)當(dāng)節(jié)目主持人宣宣布搶答題目后后，說一聲“搶答開始”，同時(shí)將控制制開關(guān)撥到“開始”位置，揚(yáng)聲器器給出聲響提示示，搶答器處于于工作狀態(tài)，定定時(shí)器倒計(jì)時(shí)。當(dāng)當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻卻沒有選手搶答答時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警警，并封鎖輸入入電路，禁止選選手超時(shí)后搶答答。當(dāng)選手在定定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動動搶答鍵時(shí)，搶搶答器要完成以以下四項(xiàng)工作：：1)優(yōu)先編碼電路路立即分辨出搶搶答者的編號，并并由鎖存器進(jìn)行行鎖存，然后由由譯碼顯示電路路顯示編號；2)揚(yáng)聲器發(fā)出短短暫聲響，提醒醒節(jié)目主持人注注意；3)控制電路要要對輸入編碼電電路進(jìn)行封鎖，避避免其他選手再再次進(jìn)行搶答；；4)控制電路要要使定時(shí)器停止止工作，時(shí)間顯顯示器上顯示剩剩余的搶答時(shí)間間，并保持到主主持人將系統(tǒng)清清零為止。當(dāng)選選手將問題回答答完畢，主持人人操作控制開關(guān)關(guān)，使系統(tǒng)回復(fù)復(fù)到禁止工作狀狀態(tài)，以便進(jìn)行行下一輪搶答。(三)、搶答器組組成具體框圖搶答按鈕搶答按鈕優(yōu)先編碼電路74LS148主持人控制開關(guān)時(shí)序控制電路報(bào)警電路NE555秒脈沖產(chǎn)生電路NE555同步計(jì)數(shù)器74LS192顯示電路（七段顯示器）譯碼電路74LS48單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器74LS121二進(jìn)制/BCD編碼轉(zhuǎn)化電路鎖存器74LS279譯碼電路74LS48顯示電路（七段顯示器）圖搶答器組成具體體框圖三、單元電路(一)搶答電路1.主要功能搶答電路的功能有有兩個(gè)：一是能能分辨出選手按按鍵的先后，并并鎖存優(yōu)先搶答答者的編號，供供譯碼顯示電路路用；二是要使使其他選手的按按鍵操作無效。選選用優(yōu)先編碼器器74LS1448和RS鎖存器74LSS279可以完完成上述功能，其其電路組成如下下圖所示。其工工作原理是：當(dāng)當(dāng)主持人控制開開關(guān)處于“清除”位置時(shí)，RS觸發(fā)器的端為低低電平，輸出端端（4Q~1QQ）全部為低電平，于是774LS48的的BI=0，顯示示器滅燈；744LS148的的選通輸入端SST=0，74LS1448處于工作狀狀態(tài)，此時(shí)鎖存存電路不工作，當(dāng)當(dāng)主持人開關(guān)撥撥到“開始”位置時(shí)，優(yōu)先先編碼電路和鎖鎖存電路同時(shí)處處于工作狀態(tài)，即即搶答器處于等等待工作狀態(tài)，等等待輸入端S11～S15輸入信號號，當(dāng)有選手將將鍵按下時(shí)（如如按下S5），74LS1148的輸出Y2Y11Y0=0100，YEX=0，經(jīng)經(jīng)RS鎖存器后，CTTR=1，BI=1，74LS2779處于工作狀狀態(tài)，4Q3QQ2Q=1011，經(jīng)74LS448譯碼后，顯顯示器顯示出“5”。此外，CTRR=1，使74LS1148的ST端為高電平平，74LS1148處于禁止止工作狀態(tài)，封封鎖了其他按鍵鍵的輸入。當(dāng)按按下的鍵松開后后，74LS1148的YEX為高電平平，但由于CTTR維持高電平平不變，所以774LS1488仍處于禁止工工作狀態(tài)，其他他按鍵的輸入信信號不會被吸收收，這就保證了了搶答者的優(yōu)先先性以及搶答電電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)當(dāng)優(yōu)先搶答者回回答完問題后，由由主持人操作控控制開關(guān)S，使搶答電路路復(fù)位，以便進(jìn)進(jìn)行下一輪搶答答。2.電路原理圖圖搶答電路原理圖圖3.子電路1）優(yōu)先編碼電路路根據(jù)要求，用兩片片優(yōu)先編碼器774LS1488級連組成。由由74LS1448的功能表可可以看出當(dāng)高位位片處于工作狀狀態(tài)且沒有輸入入時(shí)，Y2,YY1,Y0,,YEX都是是1，YS為0，低位片也也處于工作狀態(tài)態(tài)。當(dāng)高位片有有輸入時(shí)，YSS=1=STT，所以低位片片處于封鎖狀態(tài)態(tài)，同時(shí)兩片的的輸出YS=11，高位片YEXX為0，低位片的YEEX為1。當(dāng)?shù)臀黄糜幂斎霑r(shí)，高位位片的YS=00，低位片的YSS=1，高位片片YEX為1，低位片的YEEX為0。由ZYEX=YYEX1·YEX2Z0=Y001·Y02Z1=Y11·YY12Z2=Y221·Y22Z3=可以得到當(dāng)ST==0時(shí)，即74LSS148處于工工作狀態(tài)時(shí)，不不論是低位片還還用高位片有輸輸入時(shí)，圖3.1.3.11優(yōu)先編碼電電路ZYEX都為0，當(dāng)當(dāng)沒有輸入時(shí)，ZYEX為1。當(dāng)高位片有輸入時(shí)，Z3為0，當(dāng)?shù)臀黄休斎霑r(shí)，Z3為1，當(dāng)ST為1時(shí)，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，Z3為1。表3.1.3.11744LS148功功能表輸入輸出STS0S1S2S3S4S5S6S7Y2Y1Y0YEXYS1××××××××1111101111111111110001111111111010×0111111110010××011111101010×××01111100010××××0111011010×××××011010010××××××01001010×××××××0000012）鎖存器74LLS279由基本R-S的狀狀態(tài)方程和時(shí)序序圖可看出，表3.1.3.22鎖存器器74LS2779真值表輸入輸出Q11Q001110000×圖3.1.3.22基本R-S觸發(fā)器邏邏輯等號與波形形圖RS觸發(fā)器的端為為低電平，由于于74LS1448沒有輸入，都為為1，所以輸出端端（4Q~1QQ）全部為0。當(dāng)74LS1148有輸入，相相應(yīng)的為0，所對應(yīng)的輸輸出端變?yōu)?，當(dāng)輸入退出出時(shí)，重新變?yōu)闉?，而對應(yīng)的輸輸出端保持1不變，實(shí)現(xiàn)了鎖鎖存的功能。當(dāng)ZYEX為0時(shí)時(shí)，Q的輸出為1，Q=ST==1，所以令74LLS148處于于禁止工作狀態(tài)態(tài)，使其他按鍵鍵的輸入信號不不會被吸收，這這就保證了搶答答者的優(yōu)先性以以及搶答電路的的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)優(yōu)先搶答者回答答完問題后，由由主持人操作控控制開關(guān)S，使搶答電路路復(fù)位（即令==0），以便進(jìn)進(jìn)行下一輪搶答答。3）4位二進(jìn)制//BCD碼變換換電路由全加器74LSS283與門電電路組成，由于于用15路選擇，4位二進(jìn)制數(shù)表表示的十進(jìn)制數(shù)數(shù)的范圍為0～15，其8421BBCD碼需用5位二進(jìn)制數(shù)表表示，它們之間間的對應(yīng)關(guān)系如如下表表3.1.3.334位二進(jìn)進(jìn)制/BCD碼變換換電路真值表二進(jìn)制數(shù)BCD碼Z3Z2Z1Z0D10D03D02D01D000000000000100010000120010000103001100011401000010050101001016011000110701110011181000010009100101001101010100001110111000112110010010131101100111411101010015111110101以上的真值表可以以寫出BCD碼與二進(jìn)進(jìn)制之間的表達(dá)式：Z0=D000D10DD03D022D01=Z3Z2Z1+00000當(dāng)Z3(Z2++Z1）=0D10D003D02D01=ZZ3Z2ZZ1+00111當(dāng)Z3(Z2+ZZ1）=1圖位二進(jìn)進(jìn)制/BCD碼變換換電路(二)、定時(shí)電路路1.主要功能節(jié)目主持人根據(jù)搶搶答題的難易程程度，設(shè)定一次次搶答的時(shí)間（30s），通過預(yù)置時(shí)間電路對計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，選用十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供。2.電路原理圖圖定時(shí)電路原理圖圖3.子電路1）555構(gòu)成的的多諧振蕩器作作為秒脈沖發(fā)生生器把555的2，66腳接在一起，根根據(jù)對555組成原理理圖的分析可知知，電容上的電電壓將在到之間變化。電電路的工作波形形如下圖所示圖3.2.3.11.1電容和和輸出電壓的波波形圖圖3.22.3.1.22555構(gòu)構(gòu)成的多諧振蕩蕩器原理圖從圖中看出，輸出出電壓Vo的低電平時(shí)時(shí)間為電容上電電壓Vc從減少到所需要的的時(shí)間，Vo的高電平時(shí)時(shí)間Vc為電容上上電壓從增大到所需要要的時(shí)間，電路路的振蕩周期和和頻率計(jì)算如下下()()())())取=15KΩ,=68KΩ,C=110uF,可得振蕩頻率為所以,T=11s2)由Multiisim仿真得得到如下波形，符符合秒脈沖的要要求。圖多諧振蕩器頻率率仿真波形2）74LS1992構(gòu)成的三十十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)數(shù)器74LS192是是十進(jìn)制可編程程同步加/減計(jì)數(shù)器，采采用8421碼二-十進(jìn)制編碼，并并具有直接清零零，置數(shù)，加//減計(jì)數(shù)功能。由74LS1922構(gòu)成的三十進(jìn)進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器器的電路原理圖圖如下所示，低低位片的BO22借位信號接到到高位片的CPPD端，兩片的的CPU端都接高高電平。圖3.2.3.22.1744LS192構(gòu)構(gòu)成的三十進(jìn)制制遞減計(jì)數(shù)器從功能表和時(shí)序圖圖可以得到三十十進(jìn)制遞減計(jì)數(shù)器的工作原理理：預(yù)置數(shù)為NN=(001110000))8421BBCD=(300)10只有當(dāng)?shù)臀籅O22端發(fā)出借位脈脈沖時(shí)，高位片計(jì)數(shù)器才作減計(jì)計(jì)數(shù)，當(dāng)高，低低位計(jì)數(shù)器處于于全零，且CPPD為0時(shí)，高位片BOO2端發(fā)出借位位脈沖。當(dāng)LDD為電低平時(shí)，計(jì)計(jì)數(shù)器完成并行行置數(shù)。圖3.2.3.22.1744LS192構(gòu)構(gòu)成的三十進(jìn)制制遞減計(jì)數(shù)器時(shí)時(shí)序圖(三)、報(bào)警電路路由555組成多諧諧振蕩器，產(chǎn)生生約為1Khzz的脈沖，來驅(qū)驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)生生聲音。（本設(shè)設(shè)計(jì)方案用發(fā)光光二極管代替揚(yáng)揚(yáng)聲器）主要功能當(dāng)用信號來時(shí)，PPPR為高電平平，振蕩器工工作。平時(shí)保保持低電平不不變，從上面面對555組成多多諧振蕩器的的分析，當(dāng)44腳為低電平平時(shí)，振蕩器器停振。振蕩頻率為(3...3.1.11)T==1/0...01s((3.3.11.2)電路原理圖圖3.3.2.11報(bào)警電路路用Multisiimm仿真可得如如下波形，可可知電路的頻頻率跟理論計(jì)計(jì)算值相符。圖3.3.2.22頻率仿仿真波形(四)、控制電路路1.主要功能1)主持人將控制制制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶搶搶答電路和定定時(shí)電路進(jìn)入入正常搶答工工作狀態(tài)。2)當(dāng)參賽選手按按按動搶答鍵時(shí)時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)發(fā)聲，搶答電電路和定時(shí)電電路停止工作作。3)當(dāng)設(shè)定的搶答答答時(shí)間到，無無人搶答時(shí)，揚(yáng)揚(yáng)揚(yáng)聲器發(fā)聲，同同同時(shí)搶答電路路和定時(shí)電路路停止工作。2.子電路1)時(shí)序控制電路路路根據(jù)上面的功能要要要求設(shè)計(jì)的時(shí)時(shí)序控制電路路如下圖所示示。圖中，門門G1的作用是是控制時(shí)鐘信信號CP的放行與與禁止，門GG2的作用是是控制74LLS148的的輸入使能端端ST。工作原原理是：主持持人控制開關(guān)關(guān)從“清除”位置撥到“開始”位置時(shí)，774LS2779的輸出CTRR=0，經(jīng)G3反相，A=11，則從5555輸出端來的的時(shí)鐘信號CCP能夠加到到74LS1192的CPD時(shí)鐘輸輸入端，定時(shí)時(shí)電路進(jìn)行遞遞減計(jì)時(shí)。同同時(shí)，在定時(shí)時(shí)時(shí)間未到時(shí)時(shí)，74LLS192的的借位輸出端端BO2=11，門G2的輸出ST==0，使74LSS148處于于正常工作狀狀態(tài)，從而實(shí)實(shí)現(xiàn)功能（11）的要求。當(dāng)當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)時(shí)間內(nèi)按動動搶答鍵時(shí)，CCTR=1，經(jīng)經(jīng)G3反相，A=0，封鎖CP信號，定時(shí)時(shí)器處于保持工工作狀態(tài)；同時(shí)時(shí)，門G2的輸出ST=11，74LS1448處于禁止工工作狀態(tài)，從而而實(shí)現(xiàn)功能（22）的要求。當(dāng)當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)時(shí)，來自74LLS192的BO2=0，ST=1，74LS1448處于禁止工工作狀態(tài)，禁止止選手進(jìn)行搶答答。同時(shí)，門GG1處于關(guān)門狀狀態(tài)，封鎖CPP信號，使定時(shí)時(shí)電路保持000狀態(tài)不變，從從而實(shí)現(xiàn)功能（3）的要求。圖3.4.2.11時(shí)序控制電電路2)報(bào)警控制電電電路由74LS1211組組成，根據(jù)上上對報(bào)警的要要求以及744LS1211的功能表，可可得到如下電電路原理圖。其其其中當(dāng)S=00時(shí)，由于BOO2和ZYEX都為為1，所以在S的正跳沿產(chǎn)產(chǎn)生時(shí)，不會會產(chǎn)生觸發(fā)，所所所以使用了門門電路與ZYYEX配合，當(dāng)當(dāng)電路開始置置數(shù)為30時(shí)，令ZYEEX′=O,就可以以產(chǎn)生觸發(fā)，從從