人抢答器课程设计报告.doc

目录1 功能介绍.2 1.1主要功能介绍.2 1.2扩展功能介绍.22总体方案设计.33单元模块设计.43.1抢答器控制端电路功能介绍.43.2定时时间电路.63.3控制电路.73.4报警电路.74主要芯片介绍 .84.1 优先编码器 74LS148.84.2 计数器74LS192.105六人抢答器仿真.116系统调试 .157电路原理图.168元件清单.179参考文献.1710个人总结.18课题题目：六人抢答器1功能介绍1.1主要功能介绍 1）有多路抢答，抢答台数为6；2）具有抢答开始后20秒倒计时，20秒倒计时后无人抢答显示超时，并报警：3）能显示超前抢答台号并显示犯规报警：2、系统复位后进入抢答状态，当有一路抢答按键按下，该路抢答信号将其余各路抢答信号封锁，同时铃声想起，直至该路按键松开，显示牌显示该路抢答台号。1.2扩展功能介绍 （1）抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间为20秒。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示。（2）参加选手在未开始抢答时按下抢答键，则犯规。显示器上显示选手的编号,并报警。 （3）参加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清零为止。 （4）如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。2总体方案设计设计要求（1）主持人有开始键和复位键，按下开始键后才能开始抢答，否则犯规。（2）用数码管显示，正常抢答后显示抢到的队号，有铃声响起,如果犯规则显示队号,并报警。（3）如果20秒内没有抢答，则说明该题超时作废。（4）复位键用于恢复犯规或超时状态如图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。选手在定时时间内抢答时，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13单元模块设计 31抢答器控制端电路功能介绍设计电路见图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 ,74LS48,LED数码管和锁存器 74LS279来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关从左到右，分别是1,2,3,4,5,6,7.7是控制清零端，当7断开（清零）时，如果1到6开关有闭合的,数码管会显示闭合开关的编号；当7闭合时，抢答器处于工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下1），74LS148的输出经74LS48译码器接到七段显示电路处于工作状态，1Q2Q3Q=001,经译码显示为“2”。此外，4Q1，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5号端）1，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开时， 此时由于4Q仍为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7开关重新置“清零”然后才可能进行。 图2 设计电路32定时时间电路功能介绍 该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制可逆计数器74LS192、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图3所示。两块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的预置数控制端由主持人控制实现预置数，当主持人端为低电平时,74ls192置数;当主持人端为高电平时,电路开始倒计时。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，之后选手抢答无效,并报警。 图3 具体电路33控制电路 具体电路如图3所示的控制部分和报警部分。倒计时部分的控制电路由555 芯片构成多谐振荡电路 ,74ls192的TCD端经反相器的输出信号与555 的输出信号相或，输出的信号再与74ls148的15号管脚的输出信号或非。当TCD端经反相器的输出信号和74ls148的15号管脚的输出信号都为低电平时，74ls192的输入脉冲根据555 的输出信号变化；当TCD端经反相器的输出信号和74ls148的15号管脚的输出信号都为高电平时，74ls192的输入脉冲被锁定在低电平，由于74ls192是由上升沿触发，当为低电平时，电路停止工作。抢答部分的控制电路抢答部分的控制电路由两个输入信号组成，一是74ls279的4Q端输出信号，二是74ls192的TCD端经反相器的输出信号。两个信号中，只要有一个信号为高电平，电路就停止工作。当倒计时到零还没人抢答时，74ls192的TCD端输出一个电平，经反相后，为高电平，电路停止工作。当倒计时还没到零时，有人抢答，74ls279的4Q端输出高电平信号，电路停止工作。3.4报警电路由555 芯片构成输出一定频率的多谐振荡电路，555芯片的4号管脚作为控制端，当4号管脚为高电平时，蜂鸣器发出声音；当4号管脚为高电平时，蜂鸣器不发声。主持人端的输出信号与74LS148的15号管脚输出端信号相或非再与74ls192的TCD端经反相器的输出信号相或。当倒计时到零还没人抢答时，74ls192的TCD端输出一个电平，经反相后，为高电平，输入555的4号管脚，蜂鸣器发声；当主持人端还没开始，有人抢答，0或非0为1，高电平使蜂鸣器发声。4主要芯片介绍 41 优先编码器 74LS14874LS148为8线3线优先编码器，表4.1.1为其真值表，表4.1.2为其功能表,图4.1.1为其管脚图。74LS148管脚图 表4.1.2 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GS1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；GS0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 4.2 计数器74LS19274LS192具有下述功能： 异步清零：CR=1，Q3Q2Q1Q0=0000 异步置数：CR=0，LD=0，Q3Q2Q1Q0=D3D2D1D0保持： CR=0，LD=1，CPU=CPD=1,Q3Q2Q1Q0保持原态 加计数：CR=0, LD=1，CPU=CP，CPD=1，Q3Q2Q1Q0按加法规律计数 减计数：CR=0, LD=1，CPU=1，CPD= CP，Q3Q2Q1Q0按减法规律计数74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器。 CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。LD为预置输入控制端，异步预置。 CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出 BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。图4.3. 74LS192管脚引线图5六人抢答器仿真按照总体电路图在仿真软件proteus7.5上一一选择芯片并进行连接，然后启动开关观察。下面，我们对设计出的电路进行proteus7.5仿真。我们将各部分电路在proteus7.5上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，为各个开关设置好适当的键盘打开数值（例如，为某一开关设为1连接，则启动proteus7.5m仿真按钮后，在键盘上按1则此开关就由断开状态变为连接状态）然后打开proteus7.5的开关，即可根据显示器上显示的数字情况来判断电路设计是否成功。此图表示：已开始抢答，但过了13秒后还没人抢答，系统正在倒计时此图表示：开始抢答15秒后，第六组抢答到了此题此图表示：已开始抢答，但过了20秒后还无人抢答，报警，系统自动停止，无法再抢答，直到主持人重新开始6、系统调试抢答电路连接好以后，测试时，发现电路并不稳定。最初，我以为电路锁存数据是在5号管脚为高电平时，数据才被锁存的。以这为理论依据，我认为电路不稳定是因为5号管脚在到达高电平时，需要一段时间，由于在这段时间内，74ls279的s端是不确定的，电路不稳定，就是在这段不确定的时间内造成的。我想了很多办法，使当有人抢答时，缩短5号管脚为高电平的时间，结果电路还是不稳定。我又仔细的想一想电路的锁存原理，发现我最初的想法是错的，输入信号并不是在5号管脚为高电平时锁存的，而是在当抢答者按下开关弹起时，由于此时无编码输入Y0,Y1,Y2端为高电平，保存了输入的编号。后来我在输入端加上电阻，电路就变稳定了。最初，我以为当74ls192的减法计数到0时就输出低电平，所以我用两片74ls192的TCD输出端或非后的输出信号来控制输入脉冲，倒计时电路连接好以后，测试时，发现到00时，电路并不停止，仍从99开始，后来我发现，低电平的输出并不是在0时，而是在0变为9时，所以只需用第二片74ls192的TCD输出端控制输入脉冲，我还发现，由于74ls192是上升沿触发，用来控制输入脉冲的信号，必须使脉冲变为低电平。7、电路原理图8、元件清单六人抢答器元器件表序号 元 器 件 名 称 型号参数 数 量 备 注 18-3优先编码器74LS14812R-S锁存器74LS27913BCD七段显示译码器74LS4834十进制同步加/减计数器74LS19225共阴极七段数码管BS201A36555定时器CB55527四-2输入或非门74LS0218四-2输入或门74LS3219六反相器74LS04110电阻10K611电阻15K312电阻65K213电阻1K114电容0.01uF315电容10uF216扬声器217开关69、参考文献 陈明义. 数字电子技术基础. 中南大学出版社 陈明义 宋学瑞. 电工电子实验教程. 中南大学出版社 何希才. 常用集成电路简明速查手册. 国防工业出版社10、个人总结学校和电视台等单位常举办各种智力竞赛, 抢答记分器是必要设备。在我校举行的各种竞赛中我们经常看到有抢答的环节，举办方多数采用让选手通过举答题板的方法判断选手的答题权，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。为解决这个问题，综合数字电子设计的要求，本次课程设计做一个成本低又能满足要求的六路数显抢答器。本设计是模电、数电以及应用软件如multisim、protel等的综合课程设计。通过这次电子设计，加深了对课程概念的理解，锻炼了自己的动手能力。本实验需要实现的功能较多，需要用到的电路知识也比较全面。我们最开始制定的目标便是分块完成各个功能，最后再汇总。通过在网上搜索近似功能电路、查看老师给的部分电路参考，我们首先用multisim对各分块电路进行仿真，有问题一个一个突破，保证分支部分不出错误。在老师的帮助下我们最后对电路仿真图进行了汇总和改善，基本完成了实验要求的基本内容，并尽可能做到用尽量少的元件完成更完美功能。在设计电路过程中，遇到了大量概念理解不熟悉的情况，包括555计时器的相关知识、74LS系列的集成块功能。通过翻看课本、网络查询等方式加深对很多知识的理解。虽然遇到了很多复杂的问题，但是通过努力解决后会获得极大的成就感，并对本门课程产生了浓厚的兴趣。同时，通过这次实践认识到了自己的不足。有些相当然的设计看似正确，但是仿真却无法通过。真正的电子设计是需要掌握每一个细节的，而并非像考试那样做对一部分就能得一部分的分。所以，学习需要尽心，不能得过且过。理论结合实际才是学习的最高层次我们在制作实物的过程中更是遇到了很多的问题：1.我们这次做的六路抢答器是由自己完全焊在电路板上的，由于焊