八路抢答器课程设计报告

1、摘要据统计，抢答器已经成为人们生活竞赛中必不可少的电器，普及面已经越来越广。随着各种禁赛的大面积举行，人们对抢答器的要求也越来越高。尤其是抢答器的智能化、人性化等方面。而抢答器的人性化显得更为重要。本次课题设计目的是：设计家用抢答器控制逻辑电路，由九个分别控制电路清零抢答以及开关，并分别用发光二极管显示状态。附加按键提示音及定时功能。 这些功能的增加都是为了提高抢答器件本身的人性化。为提高电路的稳定性以及提高按键单次脉冲的稳定度，按键首先经过了74LS148 芯片进行了优先编码处理。为实现抢答的人员锁定控制，锁定部分有74ls279组成了数字锁存器，从而实现了抢答者的锁存控制。锁存控制部分主要

2、是通过74ls279芯片构成锁存器，再经过74LS48 数据数据译码器进行译码选择处理。主持人开关及锁存通过控制74ls279的R段来控制输出通过输出及反馈到74ls148的使能段，实现电路的反馈锁存及清零，通过led灯来显示有人抢答问题，定时部分由555、74ls192组成单稳态电路实现定时。经过一系列的分析、准备。本次电路设计完成全部的设计要求，使大家进一步的了解了数字逻辑早现实生活中的具体应用，也加深大家对数字逻辑的印象。本次试验关键字：抢答、定时、清零、目录摘要-2前言-4第一章 设计要求 -51.1基本要求 -51.2提高要求 -5第二章 系统的组成及工作原理-62.1系统的组成框图

3、-62.2系统的工作原理-7第三章 电路设计-83.1方案的选择-73.1.1方案一-73.1.2方案二-83.1.3确定方案-83.2单元电路设计-93.2.1抢答电路的设计-93.2.2定时电路的设计-113.2.4时序电路的设计-13第四章 电路实验与调试-154.1调试中出现的问题及解决-15第五章 设计总结-15参考文献-18附录（元件清单）-19前 言进入21世纪越来越来多的电子产品出现在人们的日常生活中，例如企业、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。过去在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

4、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。人们于是开始寻求一种能不依人的主观意愿来判断的设备来规范比赛。因此，为了克服这种现象的惯性发生人们利用各种资源和条件设计出很多的抢答器，从最初的简单抢答按钮，到后来的显示选手号的抢答器，再到现在的数显抢答器，其功能在一天的趋于完善不但可以用来倒计时抢答，还兼具报警，计分显示等等功能，有了这些更准确地仪器使得我们的竞赛变得更加精彩纷呈，也使比赛更突显其公平公正的原则。今天随着科技的不断进步抢答器的制作也更加追求精益求精，人们摆脱了耗费很多元件仅来实现用指示灯和一些电路来实现简单的抢答功能，使第一个抢答的参赛者的编号能通过指示灯显示出来，避免不

5、合理的现象发生。但这种电路不易于扩展，而且当有更高要求是酒无法实现，例如参赛人数的增加。随着数字电路的发展，数字抢答器诞生了，它易于扩展，可靠性好，集成度高，而且费用低，功能更加多样话，是一种高效能的产品。而如今在市场上销售的抢答器大多采用可编程逻辑元器件，或利用单片机技术进行设计，本次设计主要利用常见的74LS系列集成电路芯片和555芯片，并通过划分功能模块进行各个部分的设计，最后完成了八路智力竞赛抢答器的设计。第一章 设计要求1.1基本要求（1）抢答器同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0S7表示。（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。（3）抢答器具有锁存

6、与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。1.2提高要求 （1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动开始键后，定时器进行减计时。同时扬声器发出短暂的响声，响声持续0.5秒左右。发光二极管灯亮。（2）参赛选手在设定的时间内进行抢答，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的时间，并保持到主持人将系统清除为止。 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并 禁止抢答，定时显示器上显示00。（4）按钮到控制中心的距离为

7、20M。第二章 系统的组成及工作原理基本原理设计框图如图所示，主要分主持人和选手分别进行分析设计。其一是各路选手抢答后产生的高低电平直接经过优先编码电路，然后经过锁存器，译码电路到七段数码显示器同时，由秒脉冲产生电路产生的秒脉冲驱动定时电路工作，主持人开关通过控制电路来实现对整体电路的调节；本类定时抢答器的总体方框图如图1所示。 图1 方案1的总体设计框图2.2系统的工作原理：定时抢答器的总体框图如下图2.2： 图2.2 抢答器工作框图如图所示电路包括主体电路和扩展电路两部分。其中主体电路完成基本的抢答功能，即主持人按下控制开关后，当选手按动抢答键时，数码管显示选手编号，同时封锁输入电路，其他

8、选手抢答无效。扩展电路完成定时抢答的功能以及报警功能。图2.2所示电路的工作过程是：接通电源后，主持人将控制开关置于“清除”处，此时抢答器处于禁止状态，选手不能进行抢答，定时显示器显示设定的时间（30s），当主持人将控制开关置于 “开始”时，扬声器发出声响，抢答器处于工作状态，同时定时器开始倒计时。当选手在定时时间内按动抢答键时，电路要完成以下功能： （1）优先编码电路判断抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后通过译码显示电路在数码管上显示抢答者的编号；（2）控制电路对其余输入编码进行封锁，禁止其他选手进行抢答；（3）控制电路要使定时器停止工作，数码管上显示剩余的抢答时间，当选手将问题回答完毕

9、，主持人操作控制开关进行系统清零，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统将报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答 第三章 电路设计3.1方案的选择 3.1.1方案一: 原理：在选手抢答前，“清除/起始”开关S使基本RS触发器输出端Q为0，使集成8线-3线优先编码器禁止；当主持人按下“清除/起始”开关S时，基本RS触发器输出端Q为1，与优先扩展输出端Yex共同作用，使集成8线-3线优先编码器选通输入端ST为0，允许编码，等待数据输入。此时优先按动序号的组号立即通过编码器按BCD421码输出，经RS锁存器74LS279将该数码锁存到LED显示器上。与此

10、同时，Yex（引脚为14）由1翻转为0，与非门G1输出为1，选通输入端ST为1，编码器被禁止。此外，在Yex由1翻转为0时，还驱动报警电路工作，发出声音。电路图油3-1所示。抢答部分模拟电路图：计时电路：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3.2.2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

11、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。 模拟电路图如下：3.1.2方案二：这是备用方案抢答电路：工作原理:输入锁存 当八路锁存器74ls373的 s 端为高电平时，锁存器输入端 (1D-8D)的电平能直接送到相应的输出端1Q-8q当S端由高电平变到低电平时，锁存器锁存，即输入端电平不能送到输出端，各输出端保持锁存前的电平.先将开关 K 置于2，此时

12、74LS373 的S端为高电平，其各输入端的高电平直接送到各相应的输出端， 从而使八输入端与非门74LS373 的八个输入端均为高电平，导致其输出为低电平，经非门1后变成高电平，再由或门送到 74LS373 的S 控制端，然后将开关K 置于1，这时由于或门的另一输入仍为高电平，故S控制端仍保持高电平，当八个按钮开关AN0-NA7 中有一个先按下时，其对应的 D 端变为低电平，此低电平经锁存器送到相应的Q 输出端，这时74LS的八个输入端中因有一个端变低电平，所以它的输出端变为高电平，经非门1和或门后，使s控制端由高电平变成低电平，74LS373 执行锁存功能，如果这时 还有按钮按下，锁存器对应

13、的输出端电平也不会变.编码和译码显示74LS74LS为输入低电平有效和输出低电平有效，即当I0端为低电平而其它输入端为高电平时，输出端Y2,Y1,Y0均为高电平，I1端为低电平而其它输入端为高电平时，Y2,Y1端均为高电平，Y0 端为低电平，以此类推锁存在锁存器输出端的低电平送到74LS148，由 74LS148进行编码，编成的二进制代码电平经非门 2 3 4分别倒相后，送到BCD码七段译码驱动器74LS247再由74LS247输出端送出驱动电平驱动共阳极七段数码管5EF105显示相应的数字，如I0端为低电平时，显示0;I4端为低电平时，显示4，当八个按钮开关都不按下时，由于锁存器的各输出端均

14、为高电平，经74LS30后使74LS247的熄灭控制端得到低电平，其模拟电路如下：计时电路的原理同方案一;3.1.3 确定方案在方案一中，主要多了一个基本RS触发器，以及相对的74LS148引脚与74LS279之间连线的相应改变，这又涉及到之后的提高方案中的连线的改变。它有自身的优点，即基本RS触发器又相当一锁存器（74LS279），它可以对主持人的指令进行进一步的锁存，这样就可以增强它的抗干扰能力，但其线路过于复杂，另外此次实验所用的电路板对电路设计的大小要求很高，而且在布局和焊接上要越精练越好，所以它不是首选方案。而由于方案二已能满足基本设计和提高设计的要求，而且它的原理更简单易懂，直观明

15、了，元件更少，连线更方便，焊接更可靠，且比较容易实现，所以最终选用了方案二。3.2单元电路设计抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图3-1所示：图3.2.1 抢答电路其工作原理是：当主持人控制开关处于“清零”位置时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q1Q）全部为低电平。于是74LS48的BI=0，显示器灭灯；74LS148的选通输入端ST=0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置

16、时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，既抢答器处于等待工作状态，等待输入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0输入信号，当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出Y2Y1Y0=010，YEX=0，经RS锁存器后，CTR=1，BI=1，此时74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的YEX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，其它按键的输入信号仍不

17、会被接受。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。3.2.2定时电路的设计74LS48的7，6，2，3引脚接受来自74LS192的输出信号并把它译码 显示在数码管上。74LS192的9，10，11，15引脚完成时间设定功能，本设计要求定时30秒，所以把左边的芯片的1，15引脚接高电位，期于的全接低位，使的初始时间设定为30秒。555芯片完成产生秒脉冲的功能。工作过程为：抢答开始前，74LS192的置数端为低电位，处于初始状态，数码管显示为30，5引脚接高电位。抢答开始后，秒脉冲冲推动右边的芯片开始倒记时，

18、同时右边芯片产生的信号做为左边芯片的CP信号推动左边的芯片倒记时，完成十进制的倒记时功能。当有人抢答后1Q的输出为1，经过非门后变为0，通过与门屏蔽了秒信号，停止记时，完成显示抢答时间的功能。当记到了30秒时，左边的芯片产生的定时到信号输出为低电位，也屏蔽了秒信号，使得数码管显示为00。4.2 调试中出现的问题及解决方法 （1） 显示电路不稳定问题在完成电路进入调试阶段时发现抢答器数码管显示无效。主要表现在单选手按下抢答键后数码管显示的不是选手当前号码或者不显示。因此着手对电路进食检查，首先又检查电路各个芯片管脚接错均未发现问题，最后在网上搜索资料，发现是我们在使用74ls279不当，此芯片的

19、1s1和s2、2s1和2s2是同一端，需同时接在一起，不然实现不了输出，或者输出乱码，遂将电路重新接了一遍，此时电路显示正常。（2） 控制开关无法控制电路在调试是发现当按下主持人开关时电路断电，只要有选手按下开关，数码管显示始终有显示，经过一个多小时对电路用万用表逐个检查，发现是开关无法实现反馈，通过加或门或者非门后电路能正常工作。（3）数码管不能正常倒计时在进入定时电路调试时，发现数码管不能正常倒计时，控制开关无法实现清零功能。对这问题我们检查了芯片是否完好，电路界限是否正确均未发现问题，后发现是由于控制开关未与使芯片使能段形成反馈，数码管也出现过乱码，这个主要是芯片管脚连接的问题。 第五章

20、 设计总结本次电子课程设计实习将理论与实践有机地结合，既考查了同学对理论知识的掌握程度，由反映了实际动手能力，更主要的是考查了同学对知识的综合运用以及创新设计思维能力，为今后的发展提供了一次良好的学习环境。针对课设题目八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证试验方案的可实行性，虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。同时也使自己认识到：1、 设计思路是整个设计的灵魂拿下每个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的。只有对课题的充分理解，对各种器件的熟练掌握，勾画出基本的设计图是成功的关键，必须多花时间在设计上才能为后续工作提供更扎实的基础。翻阅各种资料，上网查询填补所需知识的空白是必要的。2、调试调试工作是个精细工作。在调试过程中，有些问题是芯片本身损坏引起的，也有些是因为接线题引起的等因此排查过程需要特别有耐心，通过对芯片功能的检验，对线路的检查，最后检查出问题所在。当最后解决问题时，电路的正确是非常振奋，也很有成就感和满足感。3、建议设计的作品主要是用74系列集成芯片来完成的，但是我们大部分同学对芯片的功能及主要引脚不是很了解大部分都是通过网搜索出来的，希望学校可以发一本芯片使用基本手册，同学们有时间去看看，对芯片的使用有了