多路智力竞赛抢答器(电信0707班章杰

1、 硬件 课程设计实验报告课 题： 多路智力竞赛抢答器班 级： 电信0707班作 者： 章 杰学 号： U指导老师： 王 德 胜课设评价：课设成绩：一、设计目的1、结合所学的数字电路的理论知识来完成数字电路课程设计。2、在数字电路的课程设计中，熟悉数字电路的逻辑设计过程以及集成555的使用。3、学会利用一些没学过的IC来设计电路。二、功能要求1、设计一个八路定时抢答器，可以同时供8命选手参加比赛，分别用8个按钮S0S7来表示。2、给主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。3、抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按抢答按钮，编号立即锁存，并在LED数码管上显示出选手

2、的编号（07），同时扬声器给出音响提示。同时禁止其他选手抢答。4、抢答器具有定时抢答的功能，抢答时间设定为20秒，当主持人按下开始按钮时，定时器立刻倒计时，并显示。选手在设定的时间内抢答有效。超过时间抢答无效，定时显示器显示00。三、给定器件1、5V稳压电源。2、集成电路74LS148 2片，74LS279 2片，74LS48 4片，74LS192 2片，NE555 2片，74LS00 1片，74LS121 1片。3、电阻 510 2只，1K 2只，100k 2只，10k 12只， 15k 2只， 68k 2只。4、电容 0.1uF 5只，10uf 5只，100uf 2只。5、三极管 3DG1

3、2 1只。6、其它：发光二极管2只，共阴极显示器3只。四、设计步骤与要求1、拟定电路的组成框图，要求能实现所有功能，使用的元器件少，成本低。2、设计并安装电路，要求布线整齐、美观，便于级联和调试。3、测试所设计抢答器的逻辑功能，满足各项功能要求。4、画出整机逻辑电路图。5、写出设计报告。抢答器框架设计定时抢答器的总体框图（如图1.1）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，当选手按动抢答按钮时，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。图1工作原理为：接通电源后，主持人的开关处于“清除”位置时，抢答器处于禁止状

4、态，选手编号的LED数字显示器灯不亮，抢答定时时间LED数字显示器显示设定时间。当主持人把开关拨到“开始”位置后，抢答器进入工作状态，选手们进行抢答。当其中一个选手按下抢答按钮后，其他选手再按按钮无效，报警器发出声响表示进入回答问题状态，选手编号的LED数字显示器显示出抢答成功的选手的编号，与此同时定时时间开始倒计时，抢答定时时间LED数字显示器显示出该选手所剩下的回答问题的时间。当抢答定时时间到了，优先编码电路停止工作，选手门不能继续抢答。抢答定时时间LED数字显示器显示时间为“0”。 原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74L

5、S48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的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，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。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，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，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。 电路设计1、抢答电路设计 设计电

6、路如图2所示。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 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。 图2工作过程：开关S置于清除端时，RS触发器的 R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端（图中5号端）0，使之处于工作状态。当开关S置于开始时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO(图中4端) =1,七段显示电路74LS48处于工

7、作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR，使74LS148 优先编码工作标志端（图中5号端），处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的 此时由于仍为CTR，使优先编码工作标志端（图中5号端），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S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。74LS148为8线3线优先编码器，表1为其功能表。表12、定时电路设计节目主持人根据抢答器的难易程度，设计一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计

8、，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。具体电路如图3。原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、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。原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、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，其时钟信号图3由时钟产生电路提

9、供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，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，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得 ，即秒脉冲。3、报警电路设计由555 芯片构成多谐振荡电路 ,555 的输出信号再经三极管放大 ,从而推动扬声器发声。控制电路包括时序和报警两个电路 ,如图4 所示。控制电路需具有以下几个功能。 主持人闭合开关扬声器发声 ,多路抢答器电

10、路和计时电路进入正常状态; 参赛者按键时 ,扬声器发声 ,抢答电路和计时电路停止工作; 抢答时间到 ,无人抢答 ,扬声器发声 ,抢答电路和计时电路停止工作图44、时序控制电路设计时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能。1) 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。2) 当参赛选手按动抢答按键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。图53) 当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器发声，定时和定时电路停止工作。根据上面的功能要求，设计的时序控制电路如（图5）所示。图中，门G1 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制

11、74LS148的输人使能端 。图11、4的工作原理是：主持人控制开关从清除位置拨到开始位置时，来自于（图2）中的74LS279的输出 1Q=0，经G3反相， A1，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则“定时到信号”为 1，门G2的输出 =0，使 74LS148处于正常工作状态，从而实现功能的要求。当选手在定时时间内按动抢答键时，1Q1，经 G3反相， A0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出 =1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能的要求。当定时时间到时，则“定时到信号”为0， =1，74LS

12、148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时， 门G1处于关门状态，封锁 CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现（功能3）的要求。集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间。五、调试在通电之前必须对照原理图对线路进行详细的检查，这是非常重要的一点，如果有连接错误的地方须及时纠正。调试可以分为两大步进行：1、 分块调试将整个电路划分为抢答电路和计时电路两大块，先测试抢答电路，开关处于清除端，通电后代表选手编号的显示器是灭的，然后将开关拨向开始抢答，显示器仍是灭的，闭合代表选手的其中一个开关，显示器显示选手编号，断开此开关再闭合其他任意开关，显示器仍显示刚才的数字则表明抢答电路正常；通电后代表计时的两个显示器显示预置的时间20，开关从清除端拨向开始，然后显示器开始倒计时，当时间显示为00时停止计时则计时器正常。2、 整机联调将整个电路连接好，接通电源，能达到预期的功能则表示整机工作正常，如果未能达到，则仍需进行检查调试。六、心得体会通过这次设计，我的理论知识掌握得更扎实，动手能力明显提高。同时，通过网上搜索等多方面的查询资料，我学到许多在书本上没有的知识，也认识到理论联系实践的重要。在制作当中遇到了许多以前没遇到的困难。我们利用许多的方法去解决所遇到的问题。我们