数字电路课程设计-八路智力竞赛抢答器.doc

数字电路课程设计八路智力抢答器学校: 河南大学院系: 计算机与信息工程学院姓名: 班级: 07自动化学号: 时间: 2009-12-24目录 第一章 引言 31.1 设计要求 .3 1.2 功能要求 .31.3 摘要 .3第二章 方案设计与论证 32.1 各部分电路简述 .32.2 设计方案简述 .4第三章 系统分析与设计 43.1 抢答器电路设计与相关元器件 .43.2 定时电路设计与相关元器件 .63.3 报警电路设计与相关元器件 .83.4 时序电路与相关元器件 .83.5 智力抢答器电路原理图 .93.6 元器件清单 10设计总结体会 .11参考文献 .11第一章 引言 一、设计要求 1. 设计一个智力抢答器,可同时供8名选手或8个代表队参加比赛. 他们的编号分别是1、2、3、4、5、6、7、8，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是s0、s1、s2、s3、s4、s5、s6、s7。2. 节目主持人设置一个控制开关,用来控制系统的复位和抢答开始.3. 抢答器具有数据锁存和显示功能.抢答开始后,若有选手按动抢答按钮,编号立即锁存,并在led数码管上显示出选手的编号,同时扬声器发出声音提示.此外封锁输入电路,禁止其它选手抢答.优先抢答的选手的编号一直保持到主持人将系统复位为止.二、功能要求1. 抢答器具有定时抢答功能.且一次抢答的时间可由主持人设定.当节目主持人启动”开始”键后,要求定时器立即开始减计时,并用显示器显示,同时扬声器发出短暂的声响,声响持续时间0.5s左右.2. 参赛选手在设定的时间内抢答,抢答有效,定时器停止工作,显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间,并保持到主持人将系统消零为止.3. 如果定时抢答器时间已到,却没有选手抢答时,本次抢答无效,系统短暂报警,并封锁输入电路,禁止选手超时后抢答,时间显示器显示00.三、摘要1. 数字抢答器由主体电路与扩张电路组成.优先编码电路,锁存器,译码电路将参赛队的输入信号在显示器上输出:用控制电路和主持人的开关启动报警电路,以上两部分组成主体电路.通过定时电路和译码电路将秒脉冲产生的信号在显示器上输出实现计时功能,构成扩展电路.经过布线,焊接,调试等工作后数字抢答器成型.2. 抢答器四周有安装孔,可以方便的安装在操作台上,外接抢答按钮接入相应的接线端子,如果需要外接电铃或指示灯,则接入继电器端子,安装完毕后就可以上电了,抢答器的电流输入为5v直流输入.3. 抢答器通上电后,蜂鸣器响,三个数码管都显示0,按下复位按钮后进入正常工作状态,这时可以设定抢答倒计时间,只要按动10进制编码 按钮分别对时间的十位和个位设定,设定的时间在数码管上实时的显示出来.设定的时间范围为:030秒,设定完时间后,就可以按动开始按钮,表示抢答开始,这时蜂鸣器响0.1秒,提示各位选手,抢答已经开始,同时倒计时器开始从设定的时间进行倒计时.4. 若在抢答时间内有人抢答,则第三个数码管立即显示抢答位号,倒计时间停止倒计时,所用掉的时间就是抢答的时间,同时蜂鸣器响2秒,继电器吸合2秒,表示有人抢答,在这个按键之后按下的按键除了复位键外,其他按键均无效,只有主持人按下复位键后,可以进入下一轮抢答.5. 若在抢答时间内均无人抢答,则在倒计时器计数到0的时候,第三个数码管显示0,表示无人抢答,蜂鸣器响2秒,继电器吸合2秒,这时除了复位键外,其他键均无效, 只有主持人按下复位键后,可以进入下一轮抢. 第二章 方案设计与论证一、各部分电路简述1. 30秒定时器：可由两片74ls192构成，当第一片为零即输出为1111是通过74ls20将脉冲信号截止，使其显示为00.2. 抢答器部分：由一74ls148优先编码器实现抢答功能，用74ls279将选手代码锁存直到主持人消零为止，然后用七段译码器显示选手代码。3. 脉冲产生电路：可由一74ls121来产生，提供给定时电路及声响电路。4. 报警部分：由一ne555定时器来控制，当倒计时为零时产生报警响声。 二、设计方案简述：1. 定时抢答器的总体框图如下图所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路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，扩展电路完成定时抢答的功能。2. 定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“消除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时器倒计时，当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：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，然后由译码显示电路显示编号；扬声器发出短暂的声响，提醒节目主持人注意；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；控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统消零为止，当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。第三章 系统分析与设计一、抢答器电路设计 1. 抢答电路的功能有两个：一是分辨选手按键的先后，并锁存抢答者的编号，供译码显示电路用；二是是其他选手的按键操作无效。选用优先编码器74ls148和rs锁存器,74ls138,74ls279可完成上述功能。译码电路选用74ls48芯片具体电路如图1所示，其工作原理为：2. 当主持人控制开关处于“清除”位置时，rs触发器r为低电平，输出端（4q1q）全部为低电平。于是74ls48的bi=0,显示器灭灯；74ls148的选通输入st=0，74ls148处于工作状态，此时锁存器电路不工作。当主持人开关拨到开“始位”置，优先编码电路和锁存电路同时开始工作，等待输入信号i7，i0。当有选手按下键时，74ls148的输出y2y1y0=010,yex=0。经rs锁存器后，ctr=1,bi=1，74ls279处于工作状态，4q3q2q=101。经过74ls48译码后，显示器显示选手编号。此外，ctr=1，是74ls148的st为高电平，74ls148处于禁止工作状态，封锁了其他选手按键的输入。当按下的键松开后，74ls148的yes为高电平，但由于ctr维持高电平不变，所以74ls148仍处于禁止工作状态，其他选手的输入不会被接收，保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。抢答完后主持人使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。电路图如图所示:3. 七段数码管显示器74ls48测试灯输入端。=0（低电平有效）且=1时，ya-yg输出均为1，显示器七段应全亮，否则说明显示器件有故障。正常译码显示时，应处于高电平，即=1。双重功能端。此端可作为输入信号端又可以作为输出信号端。作为输入端时是熄灭信号输入端，利用端可按照需要控制数码管显示或不显示。当=0时（低电平有效），无论a3a2a1a0状态如何，ya-yg均为0，数码管不显示。当该端作为输出端时是灭零输出端，当=0，且a3a2a1a0=0000时，=0。灭零输入端。该端的作用是将数码管显示的数字o熄灭。当=0（低电平有效）、且a3a2a1a0=0000时，ya-yg均输出0，数码管不显示。 其功能和引脚如图所示:4. 74ls148优先编码器功能优先编码器在同一时间内,当多个输入信号请求编码时,只对优先级别高的信号进行编码的逻辑电路,常用的集成优先编码器有74ls148(8线-3线)其原理图和功能真值表如图:二、定时电路设计1. 主持人设定抢答器时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供，可预置时间进行倒计时电路选十进制同步可逆，计数器74ls192进行设计，倒计时到零时，定时电路输出低电平有效的“定时到信号 ”。如图所示为八路智力竞赛抢答器的定时电路单元图。 同步加减计数器74ls192进行设计，具体电路如图所示。 该倒计时显示电路由两个74ls192及两个译码器及七段显示器构成,高位片置数1,低位片置数5,down端接555输出的脉冲,从而实现30秒倒计时.2. 74ls192引脚图管脚及功能表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：图5-4 74ls192的引脚排列及逻辑符号 （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。 输入 输出mrp3p2p1p0q3q2q1q01000000dcbadcba011 加计数011 减计数其功能表如下: 表5-2 74ls192的功能表三、报警电路设计由555定时器和三极管构成的报警电路如图所示。555定时器构成多谐振荡器，振荡频率f=1.43/(r1+2r2)c。其输出信号经三极管推动扬声器，pr为高电平时多谐振荡器工作，否则振荡器停振。 四、时序控制电路 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：主持人将控制开关拨到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。 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。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。五、抢答器电路原理图六、元器件清单序号名 称型 号数量备 注1七段译码器74ls4832十进制加减计数器74ls19223555定时器cb55524优先编码器74hc14815单稳态触发器74ls12116rs锁存器74ls279 17与非门74ls20 1每个芯片有4个两输入端的与非门8与非门74ls031每个芯片有4个三输入端的与非门9反向器74ls04 1每个芯片有6个非门10三极管sdg130111电阻rohm 1100k12电阻rohm 215k13电阻rohm 910k14电阻rohm 268k15电阻rohm 21k16电阻rohm 351017电容16ce470ax 1100uf18电容16ce470ax 210uf20电容16ce470ax 10.01uf19扬声器sp10119开关azd1169120共阴极显示器321抢答按扭sb 822发光二极管a694b 223led 显示器8 24译码器74ls1381设计总结体会经过两周的课程设计,我学会了如何进行电路设计及丰富了自己的理论知识和实践实习能力,在设计过程中,加深了对组合和时序逻辑电路的掌握情况,同时也使得学过的知识得到了巩固与复习,在设计抢答器、报警器、定时器的过程中，通过翻阅资料，上网搜索等，我对各电路器件（如：与非门，555定时器和led显像管等）及原理有了更深一层次的认识，既增强了我的理解能力,也使我能更好的运用所学的知识。在设计之初,并不明白如何用所学的器件来实现电路的功能,经过老师谆谆教导和小组内的激情讨论,最终确定了答题的设计方案,在设计的过程中,不断的发现和克服困难,使我明白了,学习并非上课认真学习那么简单,我深深的体会到了,要将所学的理论知识转变成事物的重要性,不仅能够加深对理论知识的理解,也能怎家对本课